ПЛОСКИЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ И СПОСОБ ДЛЯ УСТАНОВКИ РЕЖИМА КОЛЕБАНИЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
FLAT LOUDSPEAKER AND METHOD OF SETTING UP OSCILLATION MODE OF OSCILLATORY SYSTEM

Изобретение относится к плоскому громкоговорителю с колебательной системой, включающей в себя имеющее возможность колебаний колебательное тело, и к способу для установки режима колебаний колебательной системы. С колебательным телом плоского громкоговорителя связан, по меньшей мере, один возбудитель колебаний. Этот возбудитель колебаний, например колебательная катушка, посредством акустического сигнала приводится в колебания и возбуждает колебательное тело посредством этих колебаний. Под колебательным телом далее понимается по существу плоскостное, самонесущее, легкое и жесткое на изгиб тело, которое может возбуждаться для создания колебаний и изготавливается, в частности, из стекла, дерева или пластика.
Из DE 484872 известно устройство для акустической витринной рекламы. При этом колебательная катушка, выполненная как возбудитель колебаний, жестко связана с витринным стеклом, выполненным как колебательное тело. Посредством блока управления колебательная катушка возбуждается для генерации колебаний, которые передаются на витринное стекло. При этом витринное стекло излучает прослушиваемый спектр звучания.
Из DE 10219641 А1 известна комбинация из индикатора и громкоговорителя, в которой выполненный плоскостным индикатор приводится в колебания по типу плоского громкоговорителя. Эта комбинация может выполняться как сенсорный экран или как чувствительный к прикосновению индикатор, при этом посредством, по меньшей мере, одного исполнительного элемента или сенсора регистрируются касания к индикатору.
Посредством одного или более возбудителей колебаний можно также привести в колебания изготовленное из другого материала колебательное тело и, тем самым, обеспечить излучение спектра звучания. Так, можно, например, возбудить изготовленные из дерева или пластика пластинчатые колебательные элементы для генерации колебаний. Подобное акустическое устройство воспроизведения также называется плоским динамиком. Один или более таких плоских динамиков можно, например, встроить в оснащение помещения в качестве обшивки стен или потолка. Таким образом реализуется акустическое устройство воспроизведения с малыми габаритами.
К недостаткам подобных плоских акустических систем следует отнести их нелинейные акустические свойства. Это приводит к тому, что, в частности, очень высокие и очень низкие частоты не воспроизводятся или воспроизводятся в недостаточной степени.
Кроме того, недостатком является то, что режим колебаний колебательного тела плоского громкоговорителя очень сильно зависит от его свойств материала. Так, сравнительно жесткое и тонкое колебательное тело с низкой удельной плотностью хорошо воспроизводит, в частности, тона высокой частоты. Напротив, сравнительно толстое колебательное тело со сравнительно низкой жесткостью и высокой удельной плотностью хорошо воспроизводит, в частности, тона низкой частоты. Сюда же относятся специфические свойства материала колебательного тела, которые также оказывают влияние на воспроизводимый колебательным телом спектр звучания. Кроме того, в частности, для воспроизведения тонов низких частот необходима высокая энергия возбуждения, чтобы реализовать приемлемую громкость. В противоположность этому, воспроизведение однородного спектра звучания посредством обычных многоканальных громкоговорителей может быть реализовано значительно более просто. В подобных многоканальных громкоговорителях обычно находят применение множество полусферических (чашеобразных) громкоговорителей. Каждый из этих чашеобразных громкоговорителей имеет конусовидную колеблющуюся мембрану, которая смонтирована в корпусе громкоговорителя постоянным образом, и ее колебательное поведение известно. Напротив, колебательное поведение плоского громкоговорителя и, тем самым, его спектр звучания сильно варьируются в зависимости от ситуации встраивания.
К тому же следует обратить внимание на то, что органы слуха человека не одинаково чувствительны ко всем частотным диапазонам. Так, слуховое восприятие для особенно высоких и особенно низких частот сильно падает. Поэтому, в особенности в этих частотных диапазонах, должно осуществляться сильное усиление акустического сигнала, чтобы колебательную систему в этих частотных диапазонах возбуждать с усилением и чтобы вырабатывать спектр звучания, сбалансированный для человеческого уха.
В DE 202004020473 U1 описано колебательное тело для плоского громкоговорителя, которое имеет, по меньшей мере, одну частичную область для введения дифференцированного акустического сигнала. Это достигается, в частности, посредством вариации толщины и/или материала колебательного тела. С каждой частичной областью колебательного тела с различными акустическими свойствами сопоставлены одна или более колебательных катушек в качестве возбудителей колебаний. Плоскому громкоговорителю, кроме того, сопоставлен блок управления, который управляет каждым возбудителем колебаний посредством сигнала частичной полосы разложенного на сигналы частичных полос сигнала полосы частот. Под сигналом частичной полосы понимается при этом акустический сигнал, который представляет только частичную область всего воспроизводимого диапазона частот. Тем самым каждая частичная область колебательного тела нагружается спектром колебаний, для воспроизведения которого оно выполнено оптимальным образом. Тем самым достигается улучшенное воспроизведение спектра звучания. Для подобного расщепления сигнала полосы частот на несколько сигналов частичных полос предусмотрен, в частности, частотный разветвитель, который находит применение в многоканальных громкоговорителях уже в течение десятилетий. Различие между обычным многоканальным громкоговорителем и описанным плоским громкоговорителем состоит только в том, что смешивание спектра звучания в многоканальном громкоговорителе осуществляется в воздухе, а в плоском громкоговорителе - в колебательном теле.
Из ЕР 1169884 В1 известен также плоский громкоговоритель, в котором нелинейности воспроизведения частотного спектра колебательного тела корректируются расчетным путем с помощью способа коррекции. При этом проводится так называемая инверсная коррекция частотной характеристики. Акустический сигнал для этого усиливается в частотных диапазонах, воспроизводимых иначе слишком тихо, и ослабляется в частотных диапазонах, воспроизводимых слишком громко. Это осуществляется, в частности, расчетным путем с помощью современной цифровой техники. Для этого в блоке управления вычисляется корректирующая функция с подлежащим воспроизведению акустическим сигналом. Таким способом можно генерировать акустический сигнал, оптимизированный согласно акустическим свойствам колебательного тела.
Однако блок управления для подстройки сигнала полосы частот является сравнительно дорогостоящим. Для пересчета аналогового сигнала полосы частот в цифровой сигнал необходим аналого-цифровой преобразователь. Затем цифровой сигнал посредством высокоразрешающего и поэтому дорогостоящего процессора сигналов настраивается и, наконец, с помощью цифроаналогового преобразователя вновь преобразуется в аналоговый сигнал полосы частот. При необходимости, аналоговый сигнал посредством частотного разветвителя разделяется для нагружения нескольких возбудителей колебаний.
Из WO 03/098964 А2 известен преобразователь с плоским резонансным элементом, который возбуждается для создания изгибных колебаний и может связываться со звукоизлучающим элементом, причем на внешних областях резонансного элемента размещены удерживающие элементы для подавления изгибных колебаний.
Из US 2003/0059068 А1 известен электронный прибор с плоским громкоговорителем, который использует корпус прибора как звукоизлучающий элемент и имеет пассивный резонансный элемент, который перфорирован для снижения излучения звука.
Из WO 2006/125967 А1 известен узел с преобразователем, пластиной и звукоизлучающим элементом, возбуждаемым для создания изгибных колебаний, в котором пластина содержит электронные средства, необходимые для преобразователя, и таким образом связана с упомянутым звукоизлучающим элементом, что вибрации преобразователя преобразуются в звуковые волны.
В основе изобретения лежит задача создания плоского громкоговорителя, в котором коррекция нелинейной частотной характеристики может проводиться простым и экономичным способом. Кроме того, задача изобретения заключается в том, чтобы создать простой, компактный и удобный в использовании плоский громкоговоритель.
Эта задача решается в соответствии с изобретением тем, что с возбудителями колебаний или с каждым возбудителем колебаний связан плоский элемент. На плоском элементе размещен, по меньшей мере, один корректирующий элемент для согласования акустического сигнала и, тем самым, колебательного поведения колебательной системы. Под корректирующим элементом при этом понимается электрическое устройство, посредством которого можно влиять на колебательное поведение колебательной системы.
Колебательная система включает в себя, таким образом, наряду с колебательным телом и возбудителем колебаний, плоский элемент и корректирующий(ие) элемент(ы). Частотная характеристика колебательной системы и излучаемый ею спектр звучания могут быть согласованы в широких границах. За счет связи плоского элемента и корректирующих элементов с возбудителем колебаний плоский элемент и корректирующие элементы сами приводятся в колебания. Эти колебания перекрываются с колебаниями колебательного тела. За счет материала, плоскостной протяженности и толщины плоского элемента можно, таким образом, целенаправленно влиять на колебательное поведение колебательной системы. Также за счет этого с помощью плоского элемента возможна коррекция излучаемого спектра звучания. Колебательное тело, возбудитель колебаний, плоский элемент и корректирующие элементы образуют совместно не только плоский громкоговоритель, но и монтажный блок. Таким способом можно доставлять плоский громкоговоритель на место его монтажа, и его нужно только посредством одного или более аналоговых кабелей нагружать как обычный многоканальный громкоговоритель воспроизводимым акустическим сигналом. Внешнее, пространственно отделенное от плоского громкоговорителя размещение корректирующего(их) элемента(ов) не требуется.
В качестве корректирующих элементов предусмотрены пассивные электрические компоненты. Посредством этих пассивных электрических компонентов, таких как сопротивления, катушки и конденсаторы, можно осуществлять пассивную коррекцию частотной характеристики. При этом осуществляется согласование акустического сигнала перед нагружением колебательной системы. Посредством пассивной коррекции частотной характеристики частотные диапазоны, которые колебательная система в ином случае воспроизводила бы слишком громко, ослабляются. Тем самым только посредством пассивных электрических компонентов достигается инверсная коррекция частотной характеристики.
Подъем амплитуды для частотного диапазона с помощью пассивных электрических компонентов, помимо использования акустически нежелательных резонансных контуров, невозможен. Поэтому, например, с помощью предвключенного усилителя, акустический сигнал задается с достаточно высокой амплитудой во всем частотном диапазоне. Посредством пассивных электрических компонентов осуществляется понижение частичных диапазонов частотного спектра по их амплитуде. При условии достаточной мощности предвключенного усилителя, по отношению к активной коррекции частотной характеристики, не возникает никаких недостатков. Кроме того, пассивные электрические компоненты значительно более экономичны, чем цифровой процессор сигналов. Эти затраты непосредственно сказываются на затратах на изготовление плоского громкоговорителя. Посредством связанного с возбудителем колебаний плоского элемента пассивные электрические компоненты жестко связаны с колебательным телом. Плоский элемент позиционирует тем самым пассивные электрические компоненты, как это имеет место в случае обычного многоканального громкоговорителя с помощью корпуса громкоговорителя, и может монтироваться как монтажный блок.
Также следует учесть, что пассивные электрические компоненты имеют массу, которая при колебании плоского элемента также приводится в колебания. Пассивные электрические компоненты функционируют, таким образом, дополнительно как элементы массы. Эти элементы массы также оказывают влияние на колебательное поведение плоского элемента и, тем самым, колебательной системы. Посредством надлежащего согласованного распределения элементов массы на плоском элементе достигается дальнейшее согласование частотной характеристики колебательной системы и, тем самым, воспроизводимого спектра звучания.
При этом предусмотрены элементы связи для связи плоского элемента с колебательным телом и/или возбудителем колебаний таким образом, что оказывается влияние на колебательное поведение колебательной системы. Так, можно за счет клеящего вещества в качестве элемента связи между плоским элементом и возбудителем колебаний реализовать жесткую связь возбудителя колебаний с плоским элементом. Если плоский элемент дополнительно еще с помощью клеевого соединения наклеен на возбудитель колебаний, то при такой конфигурации можно, в частности, дополнительно улучшить воспроизведение высоких частот частотного спектра. За счет непосредственной связи плоского элемента и возбудителя колебаний высокие частоты непосредственно передаются на плоский элемент для последующего их воспроизведения там.
К тому же, по меньшей мере, один плоский элемент размещен на отвернутой от колебательного тела стороне возбудителя колебаний. Тем самым свободно выступающая над возбудителем колебаний часть плоского элемента приводится в свободные колебания. Эти колебания далее усиливаются массами размещенных на плоском элементе корректирующих элементов. В предположении достаточной плоскостной протяженности плоского элемента можно, в особенности, воспроизводить низкие частоты с высокой амплитудой. При этом особое значение имеет то, что человеческое ухо для низких частот сравнительно нечувствительно. Чтобы низкие частоты достаточно громко воспринимать, они должны воспроизводиться в спектре звучания с достаточно высокой амплитудой.
При этом посредством упругого элемента связи можно достичь того, что колебательное поведение возбудителя колебаний и плоского элемента будет, по меньшей мере, частично развязанным. Так, можно при закреплении плоского элемента на задней, противолежащей колебательному телу стороне возбудителя колебаний достичь того, что плоский элемент может колебаться практически свободно. Таким способом достигается особенно хорошее усиление низких частот частотного спектра.
При этом дополнительные элементы массы закреплены на по меньшей мере одном плоском элементе и/или на корректирующих элементах таким образом, чтобы оказывать влияние на режим колебаний колебательной системы. С помощью этих элементов массы может осуществляться точная юстировка частотной характеристики колебательной системы. В случае элементов массы речь идет о малом прямоугольном параллелепипеде или малом цилиндре из металлического материала, которые простым способом могут закрепляться на корректирующих элементах или на плоском элементе, например, посредством привинчивания или приклеивания.
Предпочтительным образом в качестве плоского элемента предусмотрена пластина. На подобной пластине, которая, например, изготовлена из эпоксида или гетинакса, можно посредством конфигурации проводящих дорожек предусмотреть электрическое соединение электрических компонентов простым и известным способом. Пластина и смонтированные на пластине электрические компоненты образуют блок, который может изготавливаться экономичным способом в массовом производстве.
В предпочтительном варианте, по меньшей мере, один плоский элемент закреплен между колебательным телом и возбудителем колебаний. Плоский элемент тем самым непосредственно связан с колебательным телом и возбудителем колебаний и поэтому непосредственно встроен в колебательную систему. Он непосредственно приводится в колебания возбудителем колебаний и переносит эти колебания на колебательное тело. Если плоский элемент имеет высокую жесткость и является сравнительно тонким, как это имеет место, например, в случае пластины из эпоксида или гетинакса, то можно, в особенности, воспроизводить вообще только высокие частоты или воспроизводить их с более высокой амплитудой. Тем самым можно скомпенсировать недостаточную пригодность колебательного тела для воспроизведения высоких частот. Так, например, в случае плоских громкоговорителей, у которых колебательное тело выполнено как потолочная плита-вкладыш для монтажа в потолке помещения, воспроизведение высоких частот улучшается кардинально и простым способом. В случае подобной потолочной плиты-вкладыша уже при 3000 Гц в воспроизводимом спектре звучания начинается быстрый спад по амплитуде. За счет применения увеличивающего жесткость плоского элемента можно еще в достаточной степени воспроизводить на октаву более высокую частоту в 6000 Гц.
В целесообразном дальнейшем развитии элементы связи массы для связи элементов массы и/или корректирующих элементов предусмотрены таким образом, что на колебательное поведение колебательной системы оказывается влияние. Как уже описано в случае элементов связи, элементы связи массы могут также выполняться жесткими или упругими. Таким способом можно реализовать дополнительную точную юстировку колебательного поведения колебательной системы.
Указанная задача, кроме того, решается способом с признаками, приведенными в пункте 6 формулы изобретения. Предпочтительные формы выполнения соответствующего изобретению способа приведены в зависимых пунктах 7-10 формулы изобретения.
Далее два примера выполнения изобретения описываются более подробно с помощью чертежей, на которых показано следующее:
Фиг.1 - первый плоский громкоговоритель с плоским элементом между колебательным телом и возбудителем колебаний на виде сбоку в разрезе, а также
Фиг.2 - второй плоский громкоговоритель с возбудителем колебаний, закрепленным непосредственно на колебательном теле, на обратной стороне которого размещен плоский элемент, также на виде сбоку в разрезе.
Согласно фиг.1 плоский громкоговоритель имеет колебательную систему 2, которая включает в себя имеющее возможность колебаний колебательное тело 4 и возбудитель 6 колебаний. Возбудитель 6 колебаний закреплен на колебательном теле 4 не непосредственно, а через плоский элемент 8. Для этого плоский элемент 8 посредством слоя 10 клеящего вещества приклеен на колебательное тело 4. Возбудитель 6 колебаний включает в себя колебательную катушку 11 и переносчик 12 колебаний. Переносчик 12 колебаний закреплен на плоском элементе 8. Переносчик 12 колебаний выполнен цельным, с геометрией кольцевой формы. На виде сбоку эта геометрия кольцевой формы представлена только двумя перемычками. Переносчик 12 колебаний может, однако, иметь другую геометрию и состоять, например, из нескольких штифтов.
Плоский элемент 8 выполнен как проводящая пластина и изготовлен из эпоксида. На проводящей пластине размещены не показанные на чертеже проводящие дорожки, посредством которых закрепленные на плоском элементе 8 пассивные электрические компоненты соединены друг с другом. На фиг.1 для иллюстрации пассивных электрических компонентов в качестве примера показаны катушка 14 и конденсатор 16. Катушка 14 и конденсатор 16 закреплены соответственно с помощью слоя 18 клеящего вещества материала на плоском элементе 8 и электрически соединены между собой посредством проводящих дорожек.
Плоский громкоговоритель нагружается акустическим сигналом, который несет информацию о спектре звучания, воспроизводимом с помощью плоского громкоговорителя. Этот акустический сигнал сначала обрабатывается посредством пассивных электрических компонентов 14, 16. Затем возбудитель 6 колебаний нагружается обрабатываемым акустическим сигналом. Посредством колебательной катушки 11 переносчик 12 колебаний приводится в колебания в направлении 20 колебаний перпендикулярно поверхности колебательного тела 4. Эти колебания сначала передаются на плоский элемент 8 и от него на колебательное тело 4. Колебательное тело 4 излучает спектр 22 звучания, который воспринимается ухом слушателя как звук.
Посредством пассивных электрических компонентов 14, 16 осуществляется согласование акустического сигнала для учета частотной характеристики колебательной системы 2. При этом принимается во внимание, в частности, колебательное поведение возбудителя 6 колебаний, колебательного тела 4 и размещенного между колебательным телом 4 и возбудителем 6 колебаний плоского элемента 8. Акустический сигнал подготавливается таким образом, что он ослабляет диапазоны частотного спектра, которые воспроизводились бы колебательной системой 2 слишком громко, то есть со слишком высокой амплитудой. Иными словами, в этих частотных диапазонах амплитуда колебаний снижается.
Так как выполненный в виде пластины плоский элемент имеет высокую жесткость, он может возбуждаться для генерации колебаний с высокими частотами. Тем самым высокие частоты также могут воспроизводиться с достаточной амплитудой. Ослабление колеблющейся мембраны при воспроизведении высоких частот компенсируется посредством плоского элемента 8.
Также следует учесть, что пассивные электрические компоненты 14, 16 имеют массу, которая при колебании плоского элемента 8 также приводится в колебания. Пассивные электрические компоненты 14, 16 функционируют, таким образом, дополнительно как элементы 14, 16 массы. Эти элементы 14, 16 массы также оказывают влияние на колебательное поведение плоского элемента 8 и, тем самым, колебательной системы 2. Посредством надлежащего согласованного распределения элементов 14, 16 массы на плоском элементе 8 достигается дальнейшее согласование частотной характеристики колебательной системы 2 и, тем самым, воспроизводимого спектра 22 звучания. Для точной юстировки, то есть для дополнительного согласования воспроизводимого спектра 22 звучания, возможно размещение других, не показанных на чертеже элементов массы на плоском элементе 8. Кроме того, пассивные электрические компоненты 14, 16 могут быть снабжены корпусами или навесами, которые также изменяют действующее на плоский элемент 8 распределение массы. Таким способом можно достичь дальнейшего согласования частотной характеристики.
Плоский громкоговоритель со своей колебательной системой 2 и своими корректирующими элементами 14, 16 представляет по сравнению с обычным многоканальным громкоговорителем единый монтажный блок. Дополнительные корректирующие элементы, которые расположены пространственно отдельно от плоского громкоговорителя, не требуются. Более того, нужен только, как в случае обычного многоканального громкоговорителя, усилитель для подготовки акустического сигнала, а также аналоговый кабель для передачи акустического сигнала. Подготовка акустического сигнала посредством пассивных электрических компонентов 14, 16 требует при этом только того, чтобы в распоряжение предоставлялся акустический сигнал с достаточной силой сигнала, то есть с достаточной амплитудой. Тем самым гарантируется, что также после пассивной коррекции акустического сигнала достижима достаточная сила звука спектра 22 звучания.
Согласно фиг.2 другой плоский громкоговоритель имеет колебательную систему 2, которая вновь, как на фиг.1, включает в себя колебательное тело 4 и возбудитель 6 колебаний. Возбудитель 6 колебаний через переносчик 12 колебаний непосредственно закреплен на колебательном теле 4. На отвернутой от колебательного тела 4 стороне возбудителя 6 колебаний сначала посредством слоя 10 клеящего вещества закреплен резиновый слой 24, а посредством другого слоя 10 клеящего вещества - плоский элемент 8. Тем самым плоский элемент 8 упруго связан с колебательной системой 2. Плоский элемент 8, как уже описано на фиг.1, выполнен как пластина и снабжен пассивными электрическими компонентами 14, 16. Размещение пассивных электрических компонентов 14, 16, их крепление и их функции такие же, как описано со ссылкой на фиг.1.
Акустический сигнал подготавливается способом, описанным для фиг.1, посредством пассивных электрических компонентов 14, 16 и приводит в колебания возбудитель 6 колебаний в направлении 20 колебаний, перпендикулярно поверхности колебательного тела 4. При этом также плоский элемент 8 со своими корректирующими элементами 14, 16 приводится в вынужденные колебания. И в этом случае колебательное тело 4, возбудитель 6 колебаний и плоский элемент 8 со своими корректирующими элементами 14, 16 образуют колебательную систему 2. Резиновый слой 24 обуславливает с точки зрения техники колебаний частичную развязку плоского элемента 8 от возбудителя 6 колебаний. Тем самым плоский элемент 8 возбуждается для генерации колебаний особенно в низком частотном диапазоне. Эти колебания перекрываются с колебаниями мембраны 4. Тем самым формируется спектр 22 звучания, который имеет усиление колебаний в диапазоне низких частот. Самая низкая воспроизводимая плоским элементом 8 частота зависит при этом от его плоскостной протяженности. Через упругость резинового слоя 24 может задаваться то, с какой амплитудой плоский элемент воспроизводит частоты в низком частотном диапазоне.
В обоих примерах выполнения достигается простое и экономичное согласование частотной характеристики плоского громкоговорителя и, тем самым, излучаемого спектра 22 звучания. Плоский элемент 8 со своими корректирующими элементами 14, 16 является соответственно составной частью плоского громкоговорителя и образует вместе с возбудителем 6 колебаний и колебательным телом 4 монтажный блок, обеспечивающий возможность простого обращения.