DE102023126058A1 - Arrangement and method for generating sound and vibrations with a mechanical structure excited by a strain actuator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Anordnung und ein Verfahren zum Erzeugen von Schwingungen in einer mechanischen Struktur (19) und zum Erzeugen von Luftschall und zur aktiven Unterdrückung von Störschall unter Verwendung eines elektromechanischen Dehnungsaktuators (3), der an eine Kontaktfläche (Sc) mit der Struktur verbunden ist. Der Dehnungsaktuators verwendet piezoelektrisches Material, um ein elektrisches Signal u in eine Dehnung in der Kontaktfläche (Sc) umzuwandeln. Ein konstruktive Element (21) der Struktur erzeugt einen geringen Anstieg der Eigenfunktion auf einer Seite (7) der Begrenzungslinie der Kontaktfläche (Sc) und einen hohen Anstieg auf der gegenüberliegenden Seite (9) der Begrenzungslinie, um die Anregung modaler Schwingungen bei niedrigen Frequenzen zu erhöhen. Die Methode beinhaltet ein iteratives Entwurfsverfahren, das die Eigenschaften der Struktur und die Position des Dehnungsaktuators optimiert, indem eine Anregungsmetrik maximiert wird, die auf der Grundlage der Eigenfunktion an der Begrenzungslinie der Kontaktfläche (Sc) berechnet wird. The invention generally relates to an arrangement and a method for generating vibrations in a mechanical structure (19) and for generating airborne sound and for actively suppressing noise using an electromechanical strain actuator (3) connected to the structure at a contact surface (S c ). The strain actuator uses piezoelectric material to convert an electrical signal u into a strain in the contact surface (S c ). A structural element (21) of the structure generates a low slope of the eigenfunction on one side (7) of the boundary line of the contact surface (S c ) and a high slope on the opposite side (9) of the boundary line in order to increase the excitation of modal vibrations at low frequencies. The method includes an iterative design procedure that optimizes the properties of the structure and the position of the strain actuator by maximizing an excitation metric calculated based on the eigenfunction at the boundary line of the contact surface (S c ).
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft allgemein eine Anordnung zur Erzeugung von Luftschall mit Hilfe einer passiven, mechanischen Struktur, die mit Hilfe eines elektromechanischen Dehnungsaktuators zu Schwingungen angeregt wird und ein Verfahren zum konstruktiven Entwurf und der optimalen Anpassung dieser Komponenten in der Anordnung.The invention generally relates to an arrangement for generating airborne sound by means of a passive, mechanical structure which is excited to oscillate by means of an electromechanical expansion actuator and to a method for the structural design and optimal adaptation of these components in the arrangement.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Die meisten Lautsprecher und andere elektroakustische Schallwandler verwenden spezielle Komponenten wie Membranen aus leichten Materialien, die für die Erzeugung von Schwingungen und die Abstrahlung von Schall besonders geeignet sind. Der nach dem Stand der Technik bekannte Plattenlautsprecher (flat panel speaker) benutzt eine flache Platte, eine gekrümmte Schale, ein Fenster, eine Tür, ein Gehäuse, einen Monitorbildschirm, ein Karosserieteil und andere Strukturen mit großen, schallabstrahlenden Flächen, die eigentlich für andere Zwecke entwickelt wurden, und regt diese Strukturen mit einem elektromechanischen Aktuator zu mechanischen Schwingungen an, die Schall abstrahlen. Fuller, C., Elliott, S., und Nelson, P. entwickelten für diese Anordnung eine physikalische Theorie, die zur aktiven Steuerung dieser Aufbauten verwendet werden kann, siehe
Die mechanische Struktur kann durch eine senkrecht in die Oberfläche der mechanischen Struktur eingespeiste Kraft angeregt werden, wodurch eine nahezu konstante effektive Anregung über einen weiten Frequenzbereich erreicht wird. Es gibt eine Vielzahl von elektromechanischen Kraftaktuatoren, die eine Kraft an einer relativ kleinen Kontaktfläche Sc erzeugen. Zu dieser Gruppe gehört auch ein elektrodynamischer Wandler, der eine Schwingspule in einem Magnetfeld verwendet, die Trägheit des Magneten für die Erzeugung der Anregungskraft ausnutzt. Elektrodynamische Kraftaktuatoren haben einige Nachteile, da das Magnetmaterial teuer und schwer ist und einen Eisenpfad erfordert, was die Dicke von Flachbildschirmen und Fernsehern erhöht.The mechanical structure can be excited by a force applied perpendicularly to the surface of the mechanical structure, achieving a nearly constant effective excitation over a wide frequency range. There are a variety of electromechanical force actuators that generate a force at a relatively small contact area S c . This group includes an electrodynamic transducer, which uses a voice coil in a magnetic field, exploiting the inertia of the magnet to generate the excitation force. Electrodynamic force actuators have some disadvantages, as the magnetic material is expensive and heavy and requires an iron path, which increases the thickness of flat panel displays and televisions.
Die mechanische Struktur kann auch durch einen Dehnungsaktuator angeregt werden, einen elektromechanischen Wandler, der aus einer elektrischen Eingangsspannung u eine Dehnung auf der Kontaktfläche Sc erzeugt. Dehnungsaktuatoren können zum Beispiel relativ einfach mit Hilfe einer piezoelektrischen Keramikplatte oder dielektrischen Folien realisiert werden. Diese Wandler sind leicht, extrem flach, robust und können einfach an der mechanischen Struktur befestigt werden.The mechanical structure can also be excited by a strain actuator, an electromechanical transducer that generates a strain on the contact surface Sc from an electrical input voltage u. Strain actuators can be relatively easily implemented using, for example, a piezoelectric ceramic plate or dielectric foils. These transducers are lightweight, extremely flat, robust, and can be easily attached to the mechanical structure.
Die am Dehnungsaktuator angelegte Spannung u erzeugt Momente, die Biegewellen in der Platte 1 erzeugen. Ein einzelner Dehnungsaktuator 3 einseitig montiert auf der Platte 1 erzeugt auch Dehnungskräfte und Longitudinalwellen in der Platte, die in der weiteren Modellierung vernachlässigt werden. Die Momente auf der Kontaktfläche Sc können wie folgt modelliert werden:
Die auf der klassischen Theorie für dünne Platten basierende Bewegungsgleichung kann in Form der Verschiebung w als
Die Verschiebung w(x,y) in z-Richtung an den Koordinaten x und y kann durch orthonormale Eigenfunktionen Φmn(x,y) beschrieben werden, die mit der modalen Amplitude Wmn skaliert wird
Heilemann beschreibt eine rechteckige Platte mit einfach unterstützten (gelenkig gelagerten) Kanten 11, wie in
Unter Ausnutzung der modalen Orthogonalität der Eigenfunktionen kann die modale Amplitude wie folgt ausgedrückt werden:
Die modale Amplitude einers einfach unterstützen Platte wird Null, wenn der Mittelpunkt des Dehnungsaktuators, der durch die Koordinaten x0 und y0 dargestellt wird, auf einer Knotenlinie liegt, in der die Eigenfunktion sin (γmx0) sin (γnγ0) = 0 ist. Dieses Kriterium gilt auch für die Platzierung von Kraftaktuatoren mit elektrodynamischen Trägheitswandlern. So erzeugen sowohl ein Kraftaktuator als auch ein Dehnungsaktuator, der sich in der Mitte der einfach gelagerten Platte befindet, mehr Amplitude W11 der Grundmode (m=1 und n=1) als an jedem anderen Punkt der Platte.The modal amplitude of a simply supported plate is zero when the center of the extension actuator, represented by the coordinates x 0 and y 0 , lies on a nodal line where the eigenfunction sin (γ m x 0 ) sin (γ n γ 0 ) = 0. This criterion also applies to the placement of force actuators with electrodynamic inertial transducers. Thus, both a force actuator and a extension actuator located at the center of the simply supported plate generate more amplitude W 11 of the fundamental mode (m = 1 and n = 1) than at any other point on the plate.
Heilemann kam in diesem Tagungsbeitrag zu dem Schluss: „Da piezoelektrische Dehnungsaktuatoren sehr gut die Schwingungsmoden bei hohen Frequenzen anregen können, sollten sie am besten als Hochtöner in einem Zwei-Wege-Frequenzweichen-Flachlautsprecher verwendet werden, wobei die Schwingungsmoden bei tiefen Frequenzen mit elektrodynamischen Kraftaktuatoren angeregt werden sollen“.Heilemann concluded in this conference paper: “Since piezoelectric strain actuators are very good at exciting the vibration modes at high frequencies, they should best be used as tweeters in a two-way crossover flat panel loudspeaker, with the vibration modes at low frequencies being excited with electrodynamic force actuators.”
Heilemann et al. offenbarten in dem Patent
Tomohiko Kamimura et al. offenbarten in der
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die Erfindung offenbart eine Anordnung und ein Verfahren zum Erzeugen mechanischer Schwingungen und zum Abstrahlen von Schall unter Verwendung eines Dehnungsaktuators, beispielsweise eines elektrostatischen Wandlers, der an einer Kontaktfläche an einer mechanischen Struktur befestigt ist. Der Dehnungsaktuator wandelt ein elektrisches Eingangssignal u in Dipolkräfte an der Begrenzungslinie der Kontaktfläche Sc, wie in Gleichung (2) gezeigt. Ein wesentliches Ziel der Erfindung ist es, die mechanische Anregung von Schwingungsmoden in großen mechanischen Strukturen durch Dehnungsaktuatoren mit kleiner Kontaktfläche Sc zu verbessern.The invention discloses an arrangement and a method for generating mechanical vibrations and radiating sound using a strain actuator, for example, an electrostatic transducer attached to a contact surface on a mechanical structure. The strain actuator converts an electrical input signal u into dipole forces at the boundary line of the contact surface Sc , as shown in equation (2). A key objective of the invention is to improve the mechanical excitation of vibration modes in large mechanical structures using strain actuators with a small contact surface Sc .
Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass sich die positiven und negativen Dipolkräfte an den gegenüberliegenden Punkten 7 und 9 des Randes 5 der Kontaktfläche Sc gegenseitig aufheben, wenn die modale Eigenfunktion an diesen gegenüberliegenden Punkten den gleichen Wert hat. Eine Auslöschung kann in Moden niedriger Ordnung entstehen, die in einfach unterstützten Platten 1 bei niedrigen Frequenzen erzeugt werden, wenn der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Punkten 7 und 9 viel kleiner als die Biegewellenlänge ist.The invention exploits the fact that the positive and negative dipole forces at the
Entsprechend der Erfindung, soll die Geometrie oder das Material der mechanischen Struktur 1 modifiziert werden oder durch zusätzliche mechanische oder akustische Elemente die Randbedingungen verändert werden, um an den gegenüberliegenden Punkten der Begrenzung der Kontaktfläche Sc unterschiedliche Anstiege in der Eigenfunktion zu erzeugen. Das Einspannen der Kante der mechanischen Struktur und das Platzieren des Dehnungsaktuators mit einer Seite der Begrenzung an der eingespannten Kante sind sehr effektive Ausführungsformen der Erfindung. Eine andere Ausführungsform platziert den Dehnungsaktuator an einer bestimmten Position, an der die mechanische Struktur eine starke Krümmung in der Schale, eine variierende Dicke oder ein Übergang zwischen verschiedenen Materialien stattfindet, wodurch unterschiedliche Anstiege in den Eigenfunktionen an gegenüberliegenden Grenzpunkten erzeugt werden.According to the invention, the geometry or material of the
Die Erfindung kann für ein Entwurfsverfahren verwendet werden, bei dem eine Anregungsmetrik Enm die Anstiege der Eigenfunktion an gegenüberliegenden Punkten auf der Begrenzungslinie der Kontaktfläche Sc auswertet. Ein kleiner Wert der Anregungsmetrik (Enm <<1) deutet auf eine schlechte mechanische Anregung der modalen Schwingung hin. Die Anregungsmetrik hilft dabei, die beste Position des Dehnungsaktuators zu ermitteln und Konstruktionsänderungen an der mechanischen Struktur zu bewerten. Bei der Methode handelt es sich um ein iteratives Verfahren, bei dem die gegenseitige Wechselwirkung zwischen dem Dehnungsaktuator und der Struktur, die die resultierende Eigenfunktion beeinflusst, berücksichtigt wird. Ein hoher Wert der Anregungsmetrik (Enm ≈1) zeigt an, dass eine optimale Entwurfslösung gefunden wurde und das iterative Verfahren beendet werden kann.The invention can be used for a design method in which an excitation metric E nm evaluates the slopes of the eigenfunction at opposite points on the boundary line of the contact surface S c . A small value of the excitation metric (E nm <<1) indicates poor mechanical excitation of the modal vibration. The excitation metric helps to determine the best position of the strain actuator and to evaluate design changes to the mechanical structure. The method is an iterative procedure in which the mutual interaction between the strain actuator and the structure, which influences the resulting eigenfunction, is taken into account. A high value of the excitation metric (E nm ≈1) indicates that an optimal design solution has been found and the iterative procedure can be terminated.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
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1 zeigt die Position und Größe eines piezoelektrischen Dehnungsaktuators, der an einer einfach unterstützten Platte in einer außermittigen Position befestigt ist, die von Heilemann entsprechend dem Stand der Technik verwendet wird.1 shows the position and size of a piezoelectric strain actuator attached to a simply supported plate in an off-center position used by Heilemann according to the state of the art. -
2 zeigt die von Heilemann im Stand der Technik gemessene und simulierte Beschleunigung auf der einfach unterstützten Platte als Stand der Technik, die mit einem Dehnungsaktuator in einer außermittigen Position angeregt wird.2 shows the acceleration measured and simulated by Heilemann in the state of the art on the simply supported plate as state of the art, which is excited with a strain actuator in an off-center position. -
3 zeigt einen Dehnungsaktuator, der an einer Struktur befestigt ist und eine Strukturkomponente, die an der Begrenzungslinie der Kontaktfläche Sc entsprechend der Erfindung angebracht ist.3 shows a strain actuator attached to a structure and a structural component attached to the boundary line of the contact surface S c according to the invention. -
4 zeigt die erste Ausführungsform der Erfindung in einem Flachbildschirmlautsprecher unter Verwendung eines piezoelektrischen Dehnungsaktuators, der an einer Platte befestigt ist, indem die Kontaktfläche Sc nahe den eingespannten Kanten der Platte platziert wird.4 shows the first embodiment of the invention in a flat panel loudspeaker using a piezoelectric strain actuator attached to a plate by placing the contact surface S c close to the clamped edges of the plate. -
5 zeigt die zweite Ausführungsform der Erfindung in einem Flachbildschirmlautsprecher unter Verwendung von zwei piezoelektrischen Dehnungsaktuatoren, die an einer Platte in der Nähe des mittleren Klemmbereichs angebracht sind.5 shows the second embodiment of the invention in a flat panel loudspeaker using two piezoelectric strain actuators mounted on a plate near the central clamping area. -
6 zeigt die dritte Ausführungsform der Erfindung in einem aktiven Regelungssystem zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungen an einem Gehäuse unter Verwendung eines piezoelektrischen Dehnungsaktuators, der an dem Gehäuse an einem Punkt angebracht ist, an dem die Gehäuseschale eine starke Krümmung aufweist.6 shows the third embodiment of the invention in an active control system for suppressing unwanted vibrations on a housing using a piezoelectric strain actuator attached to the housing at a point where the housing shell has a strong curvature. -
7 zeigt ein Flussdiagramm, das die Schritte zur Optimierung eines Flachbildschirmlautsprechers detailliert beschreibt.7 shows a flowchart detailing the steps for optimizing a flat panel speaker.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Unter Ausnutzung der modalen Orthogonalität kann die modale Amplitude Wmn berechnet werden als
Sind die Abmessungen 2lx oder 2ly des Dehnungsaktuators 3 viel kleiner als die Biegewellenlänge λnm, so verringert die Differenz der Anstiege φ'm und φ'n an der Begrenzungslinie der Kontaktfläche die Amplitude Wnm der Schwingungsmoden. Dieser Effekt ist eine charakteristische Eigenschaft des Dehnungsaktuators 3 und kann durch eine Anregungsmetrik bewertet werden, die für einen rechteckigen Rand wie folgt ausgedrückt werden kann:
Der Nenner in Gleichung (8) liefert eine hilfreiche Normalisierung auf die maximale Anregung, bei der die Abmessungen 2lx oder 2ly des Dehnungsaktuators der Hälfte der Biegewellenlänge λnm entsprechen.The denominator in equation (8) provides a useful normalization to the maximum excitation, where the dimensions 2l x or 2l y of the strain actuator correspond to half the bending wavelength λ nm .
Eine zweite Metrik
Beide Anregungsmetriken hängen von den besonderen Eigenschaften der Eigenfunktionen φm(x) und φn(y), der Platzierung des Dehnungsaktuators bei x0 und y0 und der Größe des Dehnungsaktuators, dargestellt durch lx und ly ab.Both excitation metrics depend on the particular properties of the eigenfunctions φ m (x) and φ n (y), the placement of the strain actuator at x 0 and y 0 and the size of the strain actuator, represented by l x and l y .
Gemäß der erfindungsgemäßen Idee soll die Geometrie oder das Material der Struktur 19 geändert werden, oder es soll eine zusätzliche Komponente 21 in der Struktur 19 verwendet werden, um den Anstieg der Eigenfunktionen auf einer Seite 7 der Begrenzung der Kontaktfläche Sc zu verringern, während der Anstieg auf der gegenüberliegenden Seite 9 so groß wie möglich gestaltet werden soll. Eine solche modifizierte Struktur unterdrückt die Dipolkräfte in Gleichung (2) auf einer Seite 7 des Randes, hält aber die Dipolkräfte auf der gegenüberliegenden Seite 7 aufrecht und verhindert einen Auslöschungseffekt bei niedrigen Frequenzen. Ein Dehnungsaktuator kann auch Moden niedriger Ordnung an einer Knotenlinie φm=0 oder φn=0 anregen, wenn sich der Anstieg der Eigenfunktion in der Kontaktfläche Sc ändert. Ein Kraftaktuator kann Schwingungsmoden an der Knotenlinie nicht anregen.According to the inventive idea, the geometry or material of the
Es gibt viele praktische Möglichkeiten, eine gegebene mechanische Struktur zu modifizieren, um diese Bedingungen zu erfüllen, wie in den folgenden Ausführungsformen veranschaulicht wird:There are many practical ways to modify a given mechanical structure to meet these conditions, as illustrated in the following embodiments:
Eine zusätzliche Kantenklemmung 29 wird auf die Platte 1 angewendet, wo die obere Begrenzungslinie beider Dehnungsaktuatoren liegt. Dadurch ergibt sich folgende Randbedingung:
Die Mittenklemmung 27 und die Kantenklemmung 29 erhöhen den Wert der Anregungsmetrik Enm für die Schwingungsmoden.The
Ein Stereo-Audiosignal, das zwei Teilsignale sl und sr enthält, wird einer Weiche zugeführt, die die elektrischen Eingangssignale ul und ur für die Dehnungsaktuator 31 bzw. 32 erzeugt:
Beide Dehnungsanreger 31 und 32 erhalten bei niedrigen Frequenzen ein Monosignal, das durch Addition der linken und rechten Teilsignale erzeugt werden. Die hochfrequenten Stereosignale werden separat den beiden Dehnungsaktuatoren zugeführt. Diese Ausführungsform ermöglicht es, auf der linken und rechten Seite der Platte zwei Grundmoden anzuregen, die in Phase schwingen und die Schalldruckabgabe bei niedrigen Frequenzen verdoppeln. Die Mittelklemmung 27 ermöglicht die Entkopplung der modalen Schwingung auf der linken und rechten Seite der Platte bei höheren Frequenzen, die sich vorteilhaft auf die empfundene Breite des Klangbildes auswirkt.Both
Die Erfindung wird auch als Verfahren zur optimalen Auslegung von mechanischen Shakern, Lautsprechern und aktiven Systemen zur Schall- und Schwingungsdämpfung eingesetzt.The invention is also used as a method for the optimal design of mechanical shakers, loudspeakers and active systems for sound and vibration damping.
Im ersten Schritt wird eine vorläufige Version einer mechanischen Struktur bereitgestellt, die die Anforderungen einer primären Anwendung, wie z. B. die visuelle Leistung eines Bildschirms, erfüllt.The first step is to provide a preliminary version of a mechanical structure that meets the requirements of a primary application, such as the visual performance of a display.
Im zweiten Schritt wird ein Dehnungsaktuator mit einer Kontaktfläche Sc an der Struktur befestigt.In the second step, a strain actuator with a contact surface S c is attached to the structure.
Im dritten Schritt wird die modale Schwingung der Struktur mit dem angebauten Dehnungsaktuator gemessen bzw. simuliert.In the third step, the modal vibration of the structure is measured or simulated using the attached strain actuator.
Im vierten Schritt wird die Modalanalyse auf die gemessenen oder simulierten Schwingungsdaten angewendet, um die Eigenfrequenzen, den modalen Qualitätsfaktor und die Eigenfunktionen der Moden zu extrahieren. Die Anstiege der Eigenfunktionen werden an den Rändern der Kontaktfläche Sc berechnet.In the fourth step, modal analysis is applied to the measured or simulated vibration data to extract the eigenfrequencies, the modal quality factor, and the eigenfunctions of the modes. The slopes of the eigenfunctions are calculated at the edges of the contact surface S c .
Im fünften Schritt wird eine Anregungsmetrik Enm berechnet, die die Differenz der Anstiege der Eigenfunktionen in x- oder y-Richtung an gegenüberliegenden Punkten auf der Begrenzungslinie der Kontaktfläche Sc auswertet.In the fifth step, an excitation metric E nm is calculated, which evaluates the difference between the slopes of the eigenfunctions in the x- or y-direction at opposite points on the boundary line of the contact surface S c .
Im sechsten Schritt ist die Optimierung abgeschlossen, wenn die Anregungsmetrik Enm einen vordefinierten Schwellenwert (z.B. Enm≈1) erreicht.In the sixth step, the optimization is completed when the excitation metric E nm reaches a predefined threshold (e.g., E nm ≈1).
Im siebten Schritt werden konstruktive Konstruktionsänderungen, z.B. durch Anbringung zusätzlicher Versteifungen, an der mechanischen Struktur vorgenommen oder die Position des Dehnungsaktuators unter Berücksichtigung der Randbedingungen der primären Anwendung geändert und die vorherigen Schritte 2 bis 5 des Optimierungsverfahrens wiederholt.In the seventh step, design changes are made to the mechanical structure, e.g., by adding additional stiffeners, or the position of the strain actuator is changed taking into account the boundary conditions of the primary application and the previous steps 2 to 5 of the optimization procedure are repeated.
Das iterative Verfahren berücksichtigt die Wechselwirkungen zwischen der modifizierten Struktur, der effektiven Anregung und der Last, die vom Dehnungsaktuator an einer bestimmten Position ausgeübt wird.The iterative procedure takes into account the interactions between the modified structure, the effective excitation and the load exerted by the strain actuator at a specific position.
VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION
Die Erfindung ist wesentlich für Wiedergabe von Audiosignalen als auch für die aktive Unterdrückung von Störschall, der durch mechanische Schwingungen auf dünnwandigen mechanischen Strukturen erzeugt wird.The invention is essential for the reproduction of audio signals as well as for the active suppression of noise generated by mechanical vibrations on thin-walled mechanical structures.
Die Erfindung kann auf jede mechanische Struktur angewendet werden, auch wenn diese ursprünglich für einen anderen Zweck entworfen wurde, bei dem mechanische Schwingungen und Schallabstrahlung nicht erforderlich oder nicht erwünscht sind. Zum Beispiel ist ein moderner Bildschirm mit organischen Leuchtdioden (OLED) in modernen Fernsehern und Monitoren in erster Linie darauf ausgelegt, die Videoanforderung zu erfüllen, soll nun aber auch ein Audioschallsignal wiedergeben können. Elektrostatische Dehnungsaktuatoren und andere dünne und leichte Hilfsmittel können auf der Rückseite des Bildschirms platziert werden, um Audiosignale in ausreichender Qualität wiederzugeben, ohne die Videoqualität, das visuelle Erscheinungsbild und den Stil des Verbraucherprodukts zu beeinträchtigen.The invention can be applied to any mechanical structure, even if it was originally designed for another purpose where mechanical vibrations and sound radiation are unnecessary or undesirable. For example, a modern organic light-emitting diode (OLED) display in modern televisions and monitors is primarily designed to meet video requirements, but now also needs to be able to reproduce an audio sound signal. Electrostatic strain actuators and other thin and lightweight devices can be placed on the back of the display to reproduce audio signals with sufficient quality without compromising the video quality, visual appearance, and style of the consumer product.
Moderne Bildschirme verfügen über eine große Abstrahlfläche und eine ausreichende modale Schwingungsdichte, die für Wiedergabe niedriger Audiofrequenzen erforderlich ist. Dehnungsaktuatoren sind vorteilhaft für die Realisierung von mehrkanaligen aktiven Steuerungssystemen, die eine gewünschte akustische Richtcharakteristik bei höheren Frequenzen erzeugen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine minimale Anzahl von kleinen Dehnungsaktuatoren für die Anregung von Schwingungsmoden niedrigerer Ordnung, die erforderlich sind, um das gesamte Audiofrequenzband ohne zusätzliche Tieftöner oder Kraftaktuatoren wiedergeben zu können. Somit reduziert die Erfindung die Kosten, das Gewicht und die Größe der Audiokomponenten.Modern screens have a large radiating surface and sufficient modal vibration density, which is necessary for reproducing low audio frequencies. Strain actuators are advantageous for implementing multi-channel active control systems that generate a desired acoustic directivity at higher frequencies. The present invention enables a minimal number of small strain actuators for exciting lower-order vibration modes, which are required to reproduce the entire audio frequency band without additional woofers or force actuators. Thus, the invention reduces the cost, weight, and size of the audio components.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 10,966,042 [0014]US 10,966,042 [0014]
- US 2006/0093165 [0015]US 2006/0093165 [0015]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Active Control of Vibration, Associated Press, 1996, doi:https://doi.org/10.1016/b978-0-12-269440-0.x5000-6 [0002]Active Control of Vibration, Associated Press, 1996, doi:https://doi.org/10.1016/b978-0-12-269440-0.x5000-6 [0002]
- M. Heilemann und Tre DiPassio präsentierten auf der 153. AES-Tagung im Oktober 2022 einen Beitrag 10618 mit [0005]M. Heilemann and Tre DiPassio presented a paper 10618 with [0005] at the 153rd AES Conference in October 2022.
- Titel „Piezoelectric Aktuators for Flat-Panel Loudspeakers [0005]Title “Piezoelectric Actuators for Flat-Panel Loudspeakers [0005]
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| US20060093165A1 (en) | 2004-10-28 | 2006-05-04 | Hosiden Corporation | Flat panel speaker |
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| M. Heilemann und Tre DiPassio präsentierten auf der 153. AES-Tagung im Oktober 2022 einen Beitrag 10618 mit |
| Titel „Piezoelectric Aktuators for Flat-Panel Loudspeakers |
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