DE69602204T2

DE69602204T2 - PANEL-SHAPED MICROPHONES

Info

Publication number: DE69602204T2
Application number: DE69602204T
Authority: DE
Inventors: Henry Azima; Martin Colloms; Neil Harris
Original assignee: New Transducers Ltd
Current assignee: NVF Tech Ltd
Priority date: 1995-09-02
Filing date: 1996-09-02
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2016-09-03
Also published as: ATE179297T1; EA199800262A1; JPH11512254A; EA000640B1; AU6881296A; RO119057B1; EP0847678B1; AU703058B2; ES2132952T3; DE69602204D1; HK1008652A1; EP0847678A1; WO1997009862A1; DK0847678T3; CA2230449A1; CN1195463A

Abstract

A panel-form microphone characterised by a distributed mode acoustic member (12) and a transducer (63) coupled wholly and exclusively to the member to produce a signal in response to resonance of the member due to incident acoustic energy.

Description

FIELD OF INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf Mikrophone und insbesondere auf Mikrophone mit platten- bzw. paneelförmigen akustischen Elementen.The invention relates to microphones and, in particular, to microphones with plate- or panel-shaped acoustic elements.

STATE OF THE ART

Aus der GB-A-2262861 ist ein paneelförmiger Lautsprecher bekannt mit:From GB-A-2262861 a panel-shaped loudspeaker is known with:

einem resonanten Mehrmoden-Strahlerelement, das ein aus zwei Materialhäuten mit einem einen Abstand bildenden Kern mit einem quer laufenden zellularen Aufbau gebildetes Einheits-Sandwich-Paneel ist, worin das Paneel ein Verhältnis der Biegesteifigkeit (B) in allen Orientierungen zur dritten Potenz der Paneelmasse pro Oberflächeneinheit (u) von mindestens 10 aufweist;a resonant multimode radiating element which is a unitary sandwich panel formed from two material skins with a spaced core having a transverse cellular structure, wherein the panel has a ratio of the bending stiffness (B) in all orientations to the cube of the panel mass per unit surface area (u) of at least 10;

einer Befestigungseinrichtung, die das Paneel trägt oder es mit einem Haltekörper in freier ungedämpfter Weise verbindet;a fastening device that supports the panel or connects it to a support body in a free, undamped manner;

und einer mit dem Paneel gekoppelten elektromechanischen Antriebseinrichtung, die dazu dient, als Antwort auf eine elektrische Eingabe innerhalb eines Arbeitsfrequenzbandes für den Lautsprecher in dem Strahlerpaneel eine Mehrmodenresonanz anzuregen.and an electromechanical drive device coupled to the panel for exciting a multi-mode resonance in the radiator panel in response to an electrical input within an operating frequency band for the loudspeaker.

DISCLOSURE OF THE INVENTION

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden Bauteile von einer Beschaffenheit, Struktur und Konfiguration, die im allgemeinen und/oder speziell durch Verwirklichen von Lehren unserer gleichzeitig anhängigen PCT-Veröffentlichung Nr. WO97/09842 gleichen Datums gewonnen werden können. Solche Bauteile haben folglich die Fähigkeit, eingespeiste Schwingungsenergie aufrechtzuerhalten und durch Biegewellen in einer wirksamen Fläche (wirksamen Flächen) fortzupflanzen, die quer zur Dicke oft, aber nicht notwendigerweise, zu den Rändern des Bauteils (der Bauteile) verläuft (verlaufen), sind mit oder ohne Anisotropie der Biegesteifigkeit so konfiguriert, daß sie Resonanzmoden-Schwingungskompo nenten aufweisen, die in vorteilhafter Weise zum akustischen Koppeln mit Umgebungsluft über die Fläche(n) verteilt sind, und weisen vorbestimmte bevorzugte Orte oder Stellen innerhalb der Fläche für Wandlereinrichtungen auf, insbesondere einen betriebsfähig aktiven oder beweglichen Teil(e) davon, der in bezug auf eine akustische Schwingungsaktivität in der (den) Fläche(n) und üblicherweise elektrische Signale entsprechend einem akustischen Inhalt einer solchen Schwingungsaktivität wirksam ist. In der gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO97/09842 gleichen Datums sind Anwendungen für solche Bauteile als "passive" akustische Vorrichtungen ohne Wandlereinrichtungen oder in solchen ins Auge gefaßt bzw. erwogen, wie z. B. für Hall bzw. Echo oder für akustisches Filtern oder zum akustischen "Stimmen" (engl. voicing) eines Raums oder Zimmers; und als "aktive" akustische Vorrichtungen mit Wandlereinrichtungen oder in solchen, wie z. B. in einem bemerkenswert weiten Bereich von Schallquellen oder Lautsprechern, wenn sie mit in Schall umzuwandelnden Eingangssignalen versorgt werden, oder in Mikrophonen, wenn sie in andere Signale umzuwandelndem Schall ausgesetzt sind.Embodiments of the present invention employ components of a nature, structure and configuration that can be obtained generally and/or specifically by implementing teachings of our co-pending PCT Publication No. WO97/09842 of even date. Such components thus have the ability to sustain and propagate injected vibration energy through bending waves in an effective area(s) extending across the thickness, often but not necessarily, to the edges of the component(s), are configured, with or without anisotropy of bending stiffness, to accommodate resonant mode vibration components, and are capable of supporting vibrational energy in a manner that is consistent with the nature of the vibration components. components advantageously distributed over the surface(s) for acoustic coupling with ambient air, and have predetermined preferred locations or sites within the surface for transducer means, in particular an operatively active or movable part(s) thereof operative in relation to acoustic vibrational activity in the surface(s) and usually electrical signals corresponding to an acoustic content of such vibrational activity. In co-pending International Publication No. WO97/09842 of even date, applications are envisaged for such components as "passive" acoustic devices without transducer means, or in such as for reverberation or for acoustic filtering or for acoustic voicing of a space or room; and as "active" acoustic devices with transducer means, or in such as This occurs, for example, in a remarkably wide range of sound sources or loudspeakers when they are supplied with input signals that need to be converted into sound, or in microphones when they are exposed to sound that needs to be converted into other signals.

Diese Erfindung betrifft insbesondere aktive akustische Vorrichtungen in Form von Mikrophonen.This invention particularly relates to active acoustic devices in the form of microphones.

Bauteile, wie sie oben erwähnt sind, werden hierin akustische Strahler mit verteilten Moden genannt und sollen wie in der obigen PCT-Anmeldung und/oder andernfalls wie speziell hierin dargelegt gekennzeichnet sein.Devices as mentioned above are referred to herein as distributed mode acoustic radiators and shall be characterized as in the above PCT application and/or otherwise as specifically set forth herein.

Die Erfindung ist ein paneelförmiges Mikrophon, gekennzeichnet durch ein steifes leichtes Bauteil mit der Fähigkeit, eingespeiste Schwingungsenergie aufrechtzuerhalten und durch Biegewellen in zumindest einer wirksamen Fläche fortzupflanzen, die quer zur Dicke verläuft, um Resonanzmoden- Schwingungskomponenten über die zumindest eine Fläche zu verteilen mit vorbestimmten bevorzugten Orten oder Stellen innerhalb der Fläche für Wandlereinrichtungen, und mit einem Wandler, der ganz und ausschließlich auf dem Bauteil an einem der Orte oder Stellen angebracht ist um als Antwort auf eine Resonanz des Bauteils infolge einfallender akustischer Energie ein Signal zu erzeugen. Das Bauteil kann in einem umgebenden Rahmen durch einen dazwischen angeordneten federnden Träger angebracht sein. Zwei oder mehr der Wandler können an den Orten oder Stellen auf dem Bauteil angeordnet sein. Das Bauteil kann einen zwischen Häuten sandwichartig aufgenommenen zellularen Kern aufweisen. Der oder jeder Wandler kann eine piezoelektrische Vorrichtung sein.The invention is a panel-shaped microphone characterized by a rigid, lightweight member capable of sustaining and propagating input vibration energy by bending waves in at least one effective surface extending transversely to the thickness for distributing resonant mode vibration components over the at least one surface with predetermined preferred locations or sites within the surface for transducer means, and a transducer mounted wholly and exclusively on the member at one of the locations or sites for generating a signal in response to resonance of the member due to incident acoustic energy. The member may be supported in a surrounding frame by a resilient carrier. Two or more of the transducers may be arranged at the locations or sites on the component. The component may have a cellular core sandwiched between skins. The or each transducer may be a piezoelectric device.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Erfindung ist beispielhaft in den beiliegenden Zeichnungen schematisch veranschaulicht, in denen:The invention is illustrated schematically by way of example in the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 ein Diagramm ist, das einen wie in unserer gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO97/09842 beschriebenen und beanspruchten Lautsprecher mit verteilten Moden zeigt;Fig. 1 is a diagram showing a distributed mode loudspeaker as described and claimed in our co-pending International Publication No. WO97/09842;

Fig. 2a ein partieller Schnitt auf der Linie A-A von Fig. 1 ist;Fig. 2a is a partial section on the line A-A of Fig. 1;

Fig. 2b ein vergrößerter Querschnitt durch einen Strahler mit verteilten Moden der in Fig. 2a gezeigten Art ist und zwei alternative Konstruktionen zeigt;Fig. 2b is an enlarged cross-section through a distributed mode radiator of the type shown in Fig. 2a and showing two alternative designs;

Fig. 3 ein Diagramm einer Ausführungsform eines Mikrophons mit verteilten Moden gemäß der vorliegenden Erfindung ist; undFig. 3 is a diagram of an embodiment of a distributed mode microphone according to the present invention; and

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Schwingungswandlers ist.Fig. 4 is a perspective view of a vibration transducer.

BEST MODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION

In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein paneelförmiger Lautsprecher (81) der in unserer gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO97/09842 gleichen Datums beschriebenen und beanspruchten Art dargestellt mit einem rechtwinkligen Rahmen (1), der um seinen Innenumfang eine federnde Aufhängung (3) trägt, die ein schallabstrahlendes Paneel (2) mit verteilten Moden hält. Ein Wandler (9), z. B. wie ausführlich mit Verweis auf unsere gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichungen Nr. WO97/09859, WO97/09861, WO97/09858 gleichen Datums beschrieben ist, ist ganz und ausschließlich auf oder in dem Paneel (2) an einer durch Abmessungen x und y definierten vorbestimmten Stelle angebracht, deren Lage wie in unserer gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO97/09842 gleichen Datums beschrieben berechnet wird, um Biegewellen in das Paneel auszusenden, um es in Resonanz treten bzw. schwingen zu lassen, um eine akustische Abgabe abzustrahlen. Der Wandler (9) wird durch einen Signalverstärker (10), z. B. einen Tonfrequenzverstärker, angetrieben, der durch Leiter (28) mit dem Wandler verbunden ist.In Fig. 1 of the drawings there is shown a panel-type loudspeaker (81) of the kind described and claimed in our co-pending International Publication No. WO97/09842 of even date, comprising a rectangular frame (1) carrying around its inner periphery a resilient suspension (3) supporting a distributed mode sound radiating panel (2). A transducer (9), e.g. B. as described in detail with reference to our co-pending International Publications Nos. WO97/09859, WO97/09861, WO97/09858 of the same date, is mounted wholly and exclusively on or in the panel (2) at a predetermined location defined by dimensions x and y, the location of which is calculated as described in our co-pending International Publications No. WO97/09842 of the same date, to emit bending waves into the panel to cause it to resonate or vibrate to emit an acoustic output. The transducer (9) is driven by a signal amplifier (10), e.g. an audio frequency amplifier, which is connected to the transducer by conductors (28).

Die Anforderungen an die Verstärkerlast und Leistung können ähnlich herkömmlichen Lautsprechern vom Konustyp vollkommen normal sein, wobei die Empfindlichkeit in der Größenordnung von 86-88 dB/Watt unter Raumbelastungsbedingungen liegt. Die Lastimpedanz des Verstärkers ist im wesentlichen resistiv bzw. ohmsch bei 6 Ohm, und die Leistungsaufnahme beträgt 20-80 Watt. Bestehen der Paneelkern und/oder die Häute aus Metall, können sie so hergestellt werden, daß sie als eine Wärmeabführeinrichtung bzw. Wärmesenke für den Wandler dienen, um Wärme von der Motorspule des Wandlers zu entfernen und somit die Leistungsaufnahme zu verbessern.The amplifier loading and power requirements can be quite normal, similar to conventional cone-type loudspeakers, with sensitivity in the order of 86-88 dB/Watt under room loading conditions. The amplifier load impedance is essentially resistive at 6 ohms and power consumption is 20-80 watts. If the panel core and/or skins are made of metal, they can be made to act as a heat sink for the transducer to remove heat from the transducer motor coil, thus improving power consumption.

Fig. 2a und 2b sind typische partielle Querschnitte durch den Lautsprecher (81) von Fig. 1. Fig. 2a zeigt, daß der Rahmen (1), die Einfassung (3) und das Paneel (2) durch jeweilige verklebte Verbindungsstellen (20) miteinander verbunden sind. Geeignete Materialien für den Rahmen umfassen eine leichte Einrahmung, z. B. eine Bildrahmung aus stranggepreßtem Metall, z. B. einer Aluminiumlegierung oder Kunststoff. Geeignete Einfassungsmaterialien umfassen federnde Materialien, wie z. B. Schaumgummi und Schaumkunststoffe. Geeignete Klebstoffe für die Verbindungsstellen (20) schließen Epoxid-, Acryl- und Zyanoacrylat-Klebstoffe etc. ein.Figures 2a and 2b are typical partial cross-sections through the loudspeaker (81) of Figure 1. Figure 2a shows that the frame (1), bezel (3) and panel (2) are connected together by respective bonded joints (20). Suitable materials for the frame include light framing, e.g., picture framing made of extruded metal, e.g., aluminum alloy or plastic. Suitable bezel materials include resilient materials such as foam rubber and foam plastics. Suitable adhesives for the joints (20) include epoxy, acrylic and cyanoacrylate adhesives, etc.

Fig. 2b veranschaulicht in einem vergrößerten Maßstab, daß das Paneel (2) ein steifes leichtes Paneel ist, das einen Kern (22) z. B. aus hartem Kunststoffschaum (97), beispielsweise quer-vernetztem Polyvinylchlorid, oder aus einer zellularen Matrix (98), d. h. einer Bienenwabenmatrix aus einer Metallfolie, Kunststoff oder dergleichen, aufweist, wobei die Zellen quer zur Ebene des Paneels verlaufen und durch gegenüberliegende Häute (21) z. B. aus Papier, Pappe, Kunststoff oder einer Metallfolie oder Blech geschlossen sind. Bestehen die Häute aus Kunststoff, können sie durch Fasern aus beispielsweise Kohlenstoff, Glas, Kevlar oder dergleichen in einer per se bekannten Art und Weise verstärkt werden, um ihren Modul zu erhöhen.Fig. 2b illustrates on an enlarged scale that the panel (2) is a rigid, lightweight panel having a core (22) of, for example, rigid plastic foam (97), for example cross-linked polyvinyl chloride, or of a cellular matrix (98), i.e. a honeycomb matrix of metal foil, plastic or the like, the cells extending transversely to the plane of the panel and being closed by opposing skins (21) of, for example, paper, cardboard, plastic or a metal foil or sheet metal. If the skins are made of plastic, they can be reinforced by fibers of, for example, carbon, glass, Kevlar or the like in a manner known per se in order to increase their modulus.

Erwogene Hautschichtmaterialien und Verstärkungen umfassen folglich Fasern aus Kohlenstoff, Glas, Kevlar (®), Nomex (®), d. h. Aramid etc. in verschiedenen Schichtungen und Geweben sowie Papier, geklebte Papierlaminate, Melamin und verschiedene synthetische Kunststoffilme mit hohem Modul, wie z. B. Mylar (®), Kaptan (®), Polykarbonat, Phenolharz bzw. Phenolverbindungen, Polyester oder verwandte Kunststoffe, und faserverstärkte Kunststoffe etc. und Blech oder eine Metallfolie. Eine Untersuchung der Vectra-Güte von flüssigkristallinen polymeren thermoplastischen Kunststoffen zeigt, daß sie für das Spritzgießen ultradünner Häute oder Hüllen geringerer Größe, z. B. bis zu einem Durchmesser von etwa 30 cm, nützlich sein können. Dieses Material selbst bildet eine orientierte Kristallstruktur in der Spritzrichtung, eine bevorzugte Orientierung für die gute Ausbreitung der Energie hoher Töne von dem Antriebspunkt zum Paneelumfang.Skin layer materials and reinforcements considered thus include fibers of carbon, glass, Kevlar (®), Nomex (®), i.e. aramid, etc. in various layers and weaves, as well as paper, bonded paper laminates, melamine and various high modulus synthetic plastic films such as Mylar (®), Kaptan (®), polycarbonate, phenolic resin or compounds, polyester or related plastics, and fiber reinforced plastics, etc. and sheet metal or metal foil. An examination of the Vectra grade of liquid crystal polymer thermoplastics shows that they can be useful for injection molding ultra-thin skins or shells of smaller sizes, e.g. up to about 30 cm in diameter. This material itself forms an oriented crystal structure in the spray direction, a preferred orientation for the good propagation of high-pitched energy from the drive point to the panel perimeter.

Außerdem gestattet ein solches Formverfahren für diese und andere thermoplastischen Kunststoffe, daß die Werkzeugbestückung für die Formgebung Anordnungs- und Justierungsmerkmale, wie z. B. Rillen oder Ringe, für die genaue Anordnung von Wandlerteilen, z. B. der Motorspule und der Magnetaufhängung, trägt. Es wurde berechnet, daß es zusätzlich zu einigen schwächeren Kernmaterialien vorteilhaft wäre, die Hautdicke lokal, z. B. in einer Fläche oder einem Kreisring, bis zu 15% des Wandlerdurchmessers zu erhöhen, um diese Fläche zu verstärken und die Schwingungsenergie in vorteilhafter Weise in das Paneel zu koppeln. Der Hochfrequenzgang wird mit weicheren Schaummaterialien durch dieses Mittel verbessert.In addition, such a molding process for these and other thermoplastics allows the molding tooling to carry location and alignment features, such as grooves or rings, for the precise location of transducer parts, e.g. the motor coil and magnet suspension. It has been calculated that in addition to some weaker core materials, it would be advantageous to increase the skin thickness locally, e.g. in an area or annulus, up to 15% of the transducer diameter, to strengthen that area and advantageously couple the vibration energy into the panel. High frequency response is improved with softer foam materials by this means.

Erwogene Kernschichtmaterialien umfassen künstlich hergestellte Wabenkörper oder Riffelungen bzw. Wellungen einer Schicht oder Folie aus einer Aluminiumlegierung oder Kevlar (®), Nomex (®), unbeschichtete bzw. einfache oder verklebte Papiere und verschiedene synthetische Kunststoffilme sowie expandierten oder geschäumten Kunststoff oder Zellstoffmaterialien, sogar Aerogelmetalle, falls sie eine geeignet niedrige Dichte aufweisen. Einige geeignete Kernschichtmaterialien zeigen tatsächlich bei ihrer Herstellung eine brauchbare selbsttätige Hautbildung und/oder weisen ansonsten eine ausreichende inhärente Steifigkeit zur Verwendung ohne Schich tung bzw. Laminieren zwischen Hautschichten auf. Ein zellulares Kernmaterial hoher Güte ist unter dem Handelsnamen "Rohacell" bekannt, das als Strahlerpaneel geeignet sein kann und ohne Häute ist. Vom praktischen Standpunkt aus besteht das Ziel darin, für eine allgemeine Leichtigkeit und Steifigkeit zu sorgen, die für einen bestimmten Zweck geeignet sind, konkret einschließlich eines Optimierens von Beiträgen von Kern- und Hautschichten und Übergängen zwischen ihnen.Core layer materials considered include man-made honeycombs or corrugations of a layer or foil of aluminum alloy or Kevlar (®), Nomex (®), uncoated or plain or bonded papers and various synthetic plastic films, as well as expanded or foamed plastic or pulp materials, even aerogel metals if they have a suitably low density. Some suitable core layer materials actually exhibit suitable self-skinning during manufacture and/or otherwise have sufficient inherent stiffness for use without a layer. lamination between skin layers. A high quality cellular core material is known under the trade name "Rohacell" which can be suitable as a radiator panel and is skinless. From a practical point of view, the aim is to provide an overall lightness and stiffness suitable for a specific purpose, specifically including optimizing contributions from core and skin layers and transitions between them.

Mehrere der bevorzugten Formulierungen für das Paneel verwenden Häute aus Metall und Metallegierungen oder alternativ dazu eine Kohlenstoffaserverstärkung. Diese beiden und auch Konstruktionen mit einer Legierung Aerogel oder einem Wabenkern aus Metall weisen beträchtliche Hochfrequenz- Abschirmeigenschaften auf, die in mehreren EMC-Anwendungen wichtig sind. Herkömmliche Lautsprecher vom Paneel- oder Konustyp weisen keine ihnen eigene Fähigkeit zur EMC-Abschirmung auf.Several of the preferred panel formulations use metal and metal alloy skins or, alternatively, carbon fiber reinforcement. Both of these, as well as alloy aerogel or metal honeycomb core designs, exhibit significant high frequency shielding properties that are important in several EMC applications. Conventional panel or cone type loudspeakers do not have any inherent EMC shielding capability.

Außerdem weisen die bevorzugten Formen piezo- und elektrodynamischer Wandler unwesentliche elektromagnetische Strahlung oder magnetische Streufelder auf. Herkömmliche Lautsprecher haben ein großes Magnetfeld bis zu einer Entfernung von 1 Meter, es sei denn, daß spezielle Gegenmaßnahmen zur Kompensation getroffen werden.In addition, the preferred forms of piezo and electrodynamic transducers have negligible electromagnetic radiation or stray magnetic fields. Conventional loudspeakers have a large magnetic field up to a distance of 1 meter, unless special countermeasures are taken to compensate.

Wo es wichtig ist, die Abschirmung in einer Anwendung aufrechtzuerhalten, kann eine elektrische Verbindung zu den leitenden Teilen eines geeigneten DML-Paneels hergestellt werden, oder ein elektrisch leitender Schaum oder eine ähnliche Schnittstelle kann für die Randbefestigung verwendet werden.Where it is important to maintain shielding in an application, an electrical connection can be made to the conductive parts of a suitable DML panel, or an electrically conductive foam or similar interface can be used for edge fixing.

Die Aufhängung (3) kann die Ränder des Paneels (2) dämpfen, um eine übermäßige Randbewegung des Paneels zu verhindern. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine weitere Dämpfung verwendet werden, z. B. Polster bzw. Flecken (engl. patches), die an ausgewählten Stellen an das Paneel geklebt sind, um eine übermäßige Bewegung zu dämpfen, um eine Resonanz gleichmäßig über das Paneel zu verteilen. Die Flecken können aus einem Material auf Bitumenbasis bestehen, wie es gewöhnlich in herkömmlichen Lautsprechergehäusen verwendet wird, oder können aus einem federnden oder steifen Polymerschichtmaterial bestehen. Einige Materialien, besonders Pa pier und Pappe, und einige Kerne können selbstdämpfend sein. Wo es erwünscht ist, kann die Dämpfung im Aufbau der Paneele erhöht werden, indem eher federnd verfestigende als steif verfestigende Klebstoffe verwendet werden.The suspension (3) may dampen the edges of the panel (2) to prevent excessive edge movement of the panel. In addition or alternatively, further damping may be used, such as pads or patches glued to the panel at selected locations to dampen excessive movement in order to distribute resonance evenly across the panel. The patches may be made of a bitumen-based material, as is commonly used in conventional loudspeaker enclosures, or may be made of a resilient or stiff polymer layer material. Some materials, particularly Pa pier and cardboard, and some cores may be self-damping. Where desired, damping can be increased in the construction of the panels by using spring-setting rather than stiff-setting adhesives.

Die effektive selektive Dämpfung beinhaltet eine spezielle Anbringung, an dem Paneel einschließlich seines Schichtmaterials, von Einrichtungen, die permanent damit verbunden sind. Ränder und Ecken können für dominierende und weniger verteilte Niederfreguenzschwingungsmoden von erfindungsgemäßen Paneelen besonders von Bedeutung sein. Eine Befestigung einer Dämpfungseinrichtung am Rand kann in nützlicher Weise zu einem Paneel führen, bei dem dessen Schichtmaterial ganz gerahmt ist, obwohl ihre Ecken oft relativ frei sein können, z. B. für eine erwünschte Ausdehnung auf einen Betrieb bei niedrigeren Frequenzen. Die Befestigung kann durch klebende oder selbstklebende Materialien erfolgen. Andere Formen einer nützlichen Dämpfung, insbesondere im Sinne feinerer Effekte und/oder mittlerer und höherer Frequenzen, können durch eine geeignete Masse oder Massen erfolgen, die an vorbestimmten wirksamen mittleren lokalisierten Stellen der Fläche am Schichtmaterial befestigt sind.Effective selective damping involves special attachment to the panel including its laminated material of devices permanently connected thereto. Edges and corners may be particularly important for dominant and less distributed low frequency vibration modes of panels according to the invention. Attachment of a damping device at the edge may usefully result in a panel having its laminated material entirely framed, although its corners may often be relatively free, e.g. for a desired extension to lower frequency operation. Attachment may be by adhesive or self-adhesive materials. Other forms of useful damping, particularly in terms of finer effects and/or medium and higher frequencies, may be by a suitable mass or masses attached to the laminated material at predetermined effective central localized locations of the surface.

Ein Paneel, wie es oben beschrieben ist, ist ein guter Empfänger für Schall, der als akustische Schwingung über das Paneel erscheint. Eine vorzugsweise leichte Paneelstruktur unterstützt die Empfindlichkeit, und die Schwingung kann durch einen und vorzugsweise mehr einfache Biegewandler z. B. der Piezo-Art wie in Fig. 4 unten beschrieben erfaßt bzw. abgefühlt werden. Mehrere Wandler und Anordnungsstellen für Wandler optimieren die Qualität einer Koppelung der verteilten Paneelschwingungen mit dem gewünschten elektrischen Ausgangssignal. Die Anordnung sollte an einer Position (an Positionen) hoher Schwingungsdichte in dem Paneel erfolgen, während das Paneel selbst die bevorzugte eigentliche oder äquivalente Geometrie für eine gute Schwingungsverteilung aufweisen sollte.A panel as described above is a good receiver for sound appearing as acoustic vibration across the panel. A preferably lightweight panel structure aids sensitivity, and the vibration can be sensed by one and preferably more simple bending transducers, e.g. of the piezo type as described in Fig. 4 below. Multiple transducers and transducer locations optimize the quality of coupling the distributed panel vibrations to the desired electrical output signal. The location should be at a position(s) of high vibration density in the panel, while the panel itself should have the preferred intrinsic or equivalent geometry for good vibration distribution.

Auf das Paneel einfallende Schallenergie wird in eine freie Modenschwingung umgewandelt. Diese Schwingung kann durch optische oder elektrodynamisch Schwingungswandler abgefühlt bzw. erfaßt werden, und das Ergebnis ist ein Mikrophon. Für nicht kritische Anwendungen ist ein einziger Sensor ef fektiv, der an einem äquivalenten optimierten Ansteuerpunkt plaziert ist.Sound energy incident on the panel is converted into a free mode vibration. This vibration can be sensed or captured by optical or electrodynamic vibration transducers, and the result is a microphone. For non-critical applications, a single sensor is sufficient. fective, which is placed at an equivalent optimized control point.

Für eine bessere Qualität muß die nicht-reziproke Natur des Wandlerprinzips in Betracht gezogen werden. Zwei Faktoren sind von Bedeutung; erstens eine gewisse frequenzabhängige Entzerrung, um einen flachen Frequenzgang zu erhalten, und zweitens die Notwendigkeit, das breitere Abtasten der komplexen Schwingungen des akustischen Paneels zu erfassen. Mindestens drei Wandler sind angegeben; sie können billige piezoelektrische Biegevorrichtungen sein, deren Ausgänge parallel verbunden sind. Alternativ dazu können polymere Piezofilme mit größerer Fläche mit einem geeigneten geometrischen Aufnahmemuster verwendet werden, um die Schwingungsintegrationsflächen für die erforderliche Optimierung der Empfindlichkeit gegenüber dem Frequenzgang zu definieren.For better quality, the non-reciprocal nature of the transducer principle must be taken into account. Two factors are important; first, some frequency-dependent equalization to obtain a flat frequency response, and second, the need to capture the wider sampling of the complex vibrations of the acoustic panel. At least three transducers are specified; they can be inexpensive piezoelectric bender devices with their outputs connected in parallel. Alternatively, larger area polymeric piezo films can be used with a suitable geometric pickup pattern to define the vibration integration surfaces for the required optimization of sensitivity to frequency response.

Für Mikrophonanwendungen ist es vorteilhaft, daß das Paneel leicht ist, um die beste Anpassung zwischen der Strahlungsimpedanz der Luft und des Paneels zu schaffen. Eine höhere Empfindlichkeit wird mit Paneelen geringerer Masse erzielt. Für einen einzelnen Wandler geben die Berechnungen für das theoretische Modell eine optimale Stelle an einer Paneelecke an, weil alle Schwingungsmoden an den Ecken "abgestimmt" sind.For microphone applications, it is advantageous for the panel to be light in order to provide the best match between the radiation impedance of the air and the panel. Greater sensitivity is achieved with panels of lower mass. For a single transducer, the calculations for the theoretical model indicate an optimal location at a panel corner because all vibration modes are "tuned" at the corners.

Fig. 3 veranschaulicht ein Paneel (2) mit verteilen Moden gemäß der vorliegenden Erfindung z. B. der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Art, das zur Verwendung als Schallempfänger oder Mikrophon gedacht ist. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, ist das Paneel (2) in einem umgebenden Rahmen (1) angebracht und über eine federnde Aufhängung (3) in der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Weise am Rahmen befestigt. Der Rahmen ist an einem Paar Drähte (33) z. B. von einer Decke oder an einem (nicht dargestellten) auf dem Boden stehenden Rahmen aufgehängt.Fig. 3 illustrates a distributed mode panel (2) according to the present invention, e.g. of the type shown in Figs. 1 and 2, intended for use as a sound receiver or microphone. Although not shown in the drawing, the panel (2) is mounted in a surrounding frame (1) and is attached to the frame by a resilient suspension (3) in the manner shown in Figs. 1 and 2. The frame is suspended by a pair of wires (33), e.g. from a ceiling or from a floor-standing frame (not shown).

Das Paneel trägt ein Feld von vier Schwingungswandlern (63), die über das Paneel verteilt bzw. beabstandet sind und piezoelektrische Wandler der in Fig. 4 unten gezeigten Art sein können, welche parallel gekoppelt sind, um einen Signalempfänger und -former (65) anzutreiben, die mit einem Ausgang (66) verbunden ist.The panel carries an array of four vibration transducers (63) spaced across the panel and may be piezoelectric transducers of the type shown in Fig. 4 below, coupled in parallel to drive a signal receiver and shaper (65) connected to an output (66).

Fig. 4 zeigt einen Wandler (9) für ein Paneel (2) mit verteilten Moden in Form einer kristallinen scheibenartigen Piezo-Biegevorrichtung (27), die auf einer Scheibe (118) z. B. aus Messing angebracht ist, welche mit einer Seite des Paneels (2) z. B. durch eine Klebeverbindung (20) verbunden ist. Im Betrieb wird ein über Zuleitungen (28) an den Wandler (9) angelegtes akustisches Signal die Piezo-Scheibe (27) veranlassen, sich zu biegen und somit das Paneel (2) lokal elastisch bzw. federnd zu verformen, um Biegewellen in das Paneel auszusenden.Fig. 4 shows a transducer (9) for a panel (2) with distributed modes in the form of a crystalline disk-like piezo bending device (27) which is mounted on a disk (118), e.g. made of brass, which is connected to one side of the panel (2), e.g. by an adhesive connection (20). In operation, an acoustic signal applied to the transducer (9) via leads (28) will cause the piezo disk (27) to bend and thus locally deform the panel (2) elastically or resiliently in order to emit bending waves into the panel.

Claims

1. A panel-shaped microphone characterized by a rigid lightweight member (2) capable of sustaining and propagating input vibration energy by bending waves in at least one effective surface extending transversely to the thickness for distributing resonant mode vibration components over the at least one surface with predetermined preferred locations or positions in the surface for transducer means (9, 63), and with a transducer (9, 63) mounted wholly and exclusively on the member at one of the locations or positions for generating a signal in response to resonance of the member due to incident acoustic energy.

2. Panel-shaped microphone according to claim 1, characterized in that the component (2) is mounted in a surrounding frame (1) by means of a resilient support (3) arranged therebetween.

3. Panel-shaped microphone according to claim 1 or claim 2, characterized by at least two transducers (9, 63) at the locations or points on the component.

4. Panel-shaped microphone according to one of the preceding claims, characterized in that the component (2) has a cellular core (22) sandwiched between skins (21).

5. Panel-shaped microphone according to one of the preceding claims, characterized in that the or each transducer (9, 63) is a piezoelectric device.