Акустическое устройство панельного типа с использованием мод колебаний изгибных волн

1 Изобретение относится к акустическому устройству панельного типа с использованием мод колебаний изгибных волн и более конкретно к громкоговорителям, включающим в себя такие панели. Акустические устройства с распределенными модами колебаний известны из ряда публикаций, например из международной заявкиWO 97/09842. Такие устройства работают без перемещения (поршневого) диафрагмы назад и вперед, как обычные громкоговорители. Вместо этого преобразователь связан с жесткой панелью, способной совершать изгибные волновые колебания. Колебания изгибных волн распределены по необходимому диапазону частот и связаны с воздухом. В громкоговорителях часто используют технологию, в которой преобразователь является возбудителем, который возбуждает колебания изгибных волн в панели, в результате которых возникает акустический выходной сигнал. В международной заявкеWO 98/39947,т.е. в документе, который опубликован после даты приоритета настоящей заявки, описано акустическое устройство с распределенными модами колебаний, которое к тому же может работать в поршневом режиме. Чтобы положение центра массы было подходящим для расположения возбудителя, распределение изгибной жесткости создают таким, что центр изгибной жесткости оказывается смещенным от места расположения возбудителя. Часто выгодно использовать большую жесткую панель. Большие жесткие панели имеют хорошую характеристику на низких и высоких частотах. Однако выше частоты совпадения, на которой скорость распространения изгибных волн совпадает со скоростью звука в воздухе,может возникнуть сильная концентрация излучения. В небольших панелях эффекты совпадения представляют меньшую проблему. Однако уменьшение размера приводит к ухудшению характеристики на низких частотах и к снижению модальной плотности на еще более низких частотах, и характеристика становится менее равномерной. Кроме того, чтобы ослабить эффекты совпадения, можно использовать менее жесткую панель. По двум причинам это может ухудшить характеристику на высоких частотах. Вопервых, масса катушки может оказывать более сильное влияние, когда ее импеданс становится сравнимым с импедансом панели на более низкой частоте, отрицательно влияя на спад характеристики на высокой частоте. Во-вторых, апертурный резонанс материала панели внутри звуковой катушки, который возникает, когда длина волны в панели сравнима с диаметром возбудителя, происходит на более низкой частоте в случае менее жесткой панели. Этот эффект может проявляться в виде пика в звуковом давлении. В 2 дополнение к этому низкочастотная характеристика большой панели с меньшей жесткостью является относительно плохой. В соответствии с изобретением разработан акустический элемент панельного типа, способный выдерживать колебание изгибной волны, в котором изгибная жесткость и/или поверхностная плотность панели изменяется по площади панели для получения диапазона частот совпадения, имеющих отношение максимальной к минимальной частоте совпадения, по меньшей мере, 1,2 к 1, так что изгибные волны в панели связаны с воздухом более равномерно в отношении акустической мощности и/или характеристики направленности по сравнению с изотропной панелью. Диапазон совпадения 1,2 к 1 в варианте осуществления изобретения создает умеренный эффект. Однако более широкий диапазон, по меньшей мере, 1,5 к 1 или предпочтительно, по меньшей мере, 2 к 1 обеспечивает больший эффект. Управление совпадением не является предметом теории или принципом, изложенным в учебнике. Хотя эффект совпадения известен,считается, что его трудно предотвратить. В альтернативных способах, обычно основанных на изотропных подходах, предлагается добавлять массу к элементу или демпфировать связанный слой. Акустический элемент панельного типа может быть включен в состав ряда возможных акустических устройств. В соответствии с этим они могут образовывать звукопоглотитель, акустический резонатор для управления реверберацией, акустический экран или опору для компонентов звуковоспроизведения, включающих в себя такой акустический элемент панельного типа. Активные устройства, имеющие преобразователь, связанный с акустическим элементом,для преобразования электрических сигналов в изгибные волны в элементе или обратного преобразования, обозначают важную область применения. В соответствии с этим можно создать микрофон, имея акустический элемент панельного типа, описанный выше, и преобразователь для преобразования изгибных волн в элементе в электрические сигналы. Особенно ценной является возможность применения в громкоговорителе. В соответствии с этим можно создать громкоговоритель,содержащий панельный элемент, способный выдерживать изгибные волны в диапазоне звуковых частот, возбудитель на панельном элементе для возбуждения изгибных волн в панели,чтобы получить акустический выходной сигнал,причем изгибная жесткость панельного элемента изменяется с местоположением на протяжении площади панельного элемента, так что действие совпадения на акустический выходной сигнал панели сглажено. 3 Действия совпадения на акустический выходной сигнал включают в себя концентрацию излучения звука выше частоты совпадения или разрывы, или пики в звуковом давлении или в мощности как функции частоты, проинтегрированной в пределах всей передней полусферы и/или в конкретных направлениях. Используя изобретение, действие каких-либо или всех этих эффектов можно уменьшить. Изменение изгибной жесткости вызывает дополнительное изменение скорости звука в панели и, следовательно, изменение частоты совпадения. В соответствии с этим направление излучения звука можно изменять на протяжении поверхности панели. Поэтому можно создать изменение изгибной жесткости, чтобы получить рассеивание распределения излучаемого звука в большем угле для снижения концентрации излучения. Кроме того, в изгибной панели выходная мощность в зависимости от частоты часто имеет пик, скачок или разрыв на частоте совпадения. Эту неравномерность можно сгладить путем изменения частоты совпадения. Частота совпадения связана в обратной пропорциональности с изгибной жесткостью, и ее обычно можно изменять путем изменения изгибной жесткости. В свою очередь, это можно делать путем изменения толщины панели. Панель может быть более жесткой в месте расположения возбудителя, поскольку в случае более жесткой панели апертурный резонанс,вызванный связью массы катушки, на протяжении конечной площади возникает на более высокой частоте, что является выгодным. В качестве альтернативы изгибная жесткость может иметь максимум вблизи места расположения возбудителя. Например, панель может быть изготовлена симметричной с максимумом в центре, так что предпочтительное для панелей с распределенными модами колебаний место расположения возбудителя со смещением от центра будет находиться близко к минимуму,но не в нем, частоты совпадения, т.е. обычно близко к максимуму изгибной жесткости. Близко к означает настолько близко, что изгибная жесткость в месте расположения возбудителя составляет, по меньшей мере, 70% максимальной; предпочтительно 80% и еще более предпочтительно 90% максимальной. В других вариантах осуществления панель может быть более жесткой на краях панели, чем в центре. Частота совпадения еще больше сглаживается при изменении жесткости. Возбудитель может быть расположен в тонкой области панели, где механический импеданс панели меньше. Это может способствовать введению энергии в панель на более низких частотах. Панель может иметь максимальную изгибную жесткость в пределах центральной области 4 при уменьшении жесткости по направлению к краям. Такую панель можно изготовить посредством литьевого формования путем изменения литников от более толстой центральной области панели. Изобретение может обеспечить преимущества большой жесткой панели с уменьшением значения некоторых недостатков, в частности,эффектов частоты совпадения в пределах звукового диапазона частот. Однако изобретение применимо не только к большим жестким панелям, и некоторые хорошие результаты, представленные ниже, получены на небольших панелях. Чтобы оказывать влияние на совпадение,изгибную жесткость изменяют на протяжении области панели с линейным размером, сравнимым или большем, чем длина волны звука в представляющем интерес диапазоне частот. Для частоты 10 кГц это может быть обычно от 3 до 4 см. В соответствии с этим очень небольшая площадь повышенной изгибной жесткости не пригодна для сглаживания эффектов совпадения. Поэтому является приемлемым изменение по площади с линейным размером, по меньшей мере, в 1,5 раза, предпочтительно в 2 раза,большем длины волны на частоте совпадения. Изменение по площади, составляющей, по меньшей мере, 5% площади панели, предпочтительно 10%, может быть выгодным для ослабления эффектов совпадения. С учетом предостережений, изложенных в предыдущем абзаце, изменение изгибной жесткости можно сосредоточить в месте расположения возбудителя. Например, градиент изгибной жесткости может быть высоким вблизи места расположения возбудителя и медленно уменьшаться вдоль линий, проходящих в стороны от места расположения возбудителя. В некоторых вариантах осуществления такой профиль обеспечивает получение полезных эффектов сглаживания совпадения. Градиент может уменьшаться до нуля на краю области нахождения возбудителя, или изменение может продолжаться до края панели. Изгибная жесткость может быть постоянной в области панели, отдаленной от возбудителя, при этом все изменение изгибной жесткости оказывается сосредоточенным в области нахождения возбудителя. Кроме того, изгибную жесткость можно изменять в пределах полосы вокруг края панельного элемента. Изгибная жесткость может быть максимальной на краю и уменьшаться по направлению к внутренней части панели или может быть минимальной на краю и возрастать к внутренней части. Такая панель может иметь край, зажатый в раме, поэтому изменением изгибной жесткостью на краю можно создавать необходимое согласование и рассогласование между механическим импедансом панели и ме 5 ханическим импедансом зажима для дальнейшего регулирования акустической отдачи. В частности, изгибную жесткость можно изменять на краевой полосе, которая продолжается от края не более чем на 10% длины панели. Снижение жесткости вблизи края панели приводит к уменьшению механического импеданса панели в краевой области. Если этот уменьшенный импеданс ниже, чем импеданс зажимающей рамы, то из панели в раму передается небольшая энергия. Подобным образом повышение периферийной жесткости приводит к увеличению механического импеданса панели в этой области. Если панель находится на упругой опоре, то,увеличивая импеданс панели, можно получить большее рассогласование, чтобы минимизировать нежелательную передачу энергии в раму. И наоборот, если панель соединена с жесткой рамой типа зажима, то это может обеспечить более плавный переход от панели к зажатому краю и таким образом способствовать механической устойчивости законченной конструкции. Кроме того, в любом случае резкое изменение изгибной жесткости вблизи края может создать отражение энергии акустических колебаний обратно во внутреннюю часть панели,вследствие чего небольшое количество энергии будет достигать рамы. Изгибную жесткость можно резко изменять в краевой области и сделать относительно постоянной во внутренней части панели. В качестве альтернативы изгибную жесткость можно изменять на протяжении как краевой области, так и внутренней части. Кроме того, изгибную жесткость можно изменять как в области нахождения возбудителя, так и вблизи края, с областью небольшого или отсутствующего изменения жесткости между краем и областью нахождения возбудителя. По усмотрению для изменения изгибной жесткости образуют волнообразную конфигурацию панели или некоторое количество ступенек. Частота fc совпадения, на которой скорость звука в воздухе совпадает со скоростью звука в панели, изменяется как где с - скорость звука в воздухе, - поверхностная плотность панели и В - изгибная жесткость. На самом деле с тем же успехом вместо изменения изгибной жесткости можно изменять любой параметр, который изменяет скорость звука в панели и соответственно частоту совпадения. В соответствии с этим можно изменять модуль Юнга покрытия или поверхностную плотность покрытия или внутреннего слоя. Другим объектом изобретения является способ изготовления акустического элемента, 002629 6 способного выдерживать колебание изгибной волны, причем скорость волны существенно изменяют в области совпадения, чтобы получить диапазон частот совпадения. Способ может дополнительно включать в себя стадии выбоpa материала панели и размера панели, выбора начального профиля изгибной жесткости и итеративного изменения профиля панели или жесткости на растяжение покрытия по площади для того, чтобы улучшить частотную и угловую характеристики панели путем изменения скорости волны в панели около частоты совпадения для получения диапазона частот совпадения. На стадии итеративного выбора профиля панели также оптимизируют распределение резонансных мод колебаний в панели по частоте. Еще одним объектом изобретения является способ изготовления акустической системы,включающий в себя выбор материала панели,размера панели и типа возбудителя, выбор начального места расположения возбудителя на панели, выбор начального профиля изгибной жесткости панели, итеративное изменение места расположения возбудителя и профиля панели для того, чтобы выбрать место расположения и профиль, при которых оптимизируются частотная и угловая характеристики панели для уменьшения эффектов совпадения по сравнению с плоской панелью, при этом получают панель с итеративно выбранным профилем панели и прикрепляют к ней возбудитель в итеративно выбранном месте. Чтобы получить громкоговоритель с распределенными модами колебаний, в котором моды нижних частот полностью распределены по частоте и в котором апертурные эффекты минимизированы на высших частотах, можно выбирать размер, профиль и место расположения возбудителя. Перечень чертежей Изобретение далее раскрыто на примерах конкретных вариантов осуществления, приводимых со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 - громкоговоритель согласно изобретению; фиг. 2 - профили панелей, предназначенных для использования в громкоговорителях согласно изобретению; фиг. 3-6 - графики скорости звука и звуковой отдачи для громкоговорителя постоянной толщины, представленные для сравнения; фиг. 7 - параметры громкоговорителя согласно первому варианту осуществления изобретения; фиг. 8-10 - результаты, полученные при использовании громкоговорителя, показанного на фиг. 7; фиг. 11 - параметры второго варианта осуществления изобретения; 7 фиг. 12-14 - результаты, полученные при использовании громкоговорителя, показанного на фиг. 11; фиг. 15 - третий вариант осуществления изобретения; фиг. 16 - график изменения частоты совпадения на протяжении панели из фиг. 15; фиг. 17 и 18 - результаты, полученные при использовании громкоговорителя из фиг. 15; фиг. 19-21 - графики, иллюстрирующие эффекты апертурного резонанса в панели, показанной на фиг. 9; фиг. 22 и 23 - иллюстрация альтернативных способов получения изменения изгибной жесткости; и фиг. 24 - альтернативные профили панели. На фиг. 1 показан громкоговоритель, содержащий панель (1) с возбудителем (3), прикрепленным к ней. Возбудитель (3) возбуждает в панели резонансные изгибные волны, чтобы вызвать излучение звука панелью. Провода (5) соединяют возбудитель с усилителем. В этом варианте осуществления панель (1) состоит из сердцевины (7) и двух покрытий (9). В качестве альтернативы панель может быть монолитной. Панель, использованная в громкоговорителе, может быть панелью с распределенными модами колебаний, описанной в международной заявкеWO 97/09842 и в других заявках, где приемлемую частотную характеристику получают путем равномерного распределения резонансных мод колебаний по частотам, и при этом выгодно, если моды колебаний распределены по панели. Для получения отвечающего требованиям модального распределения возбужденных волн можно выбирать форму панели и место расположения возбудителя. Некоторые конкретные удачные формы показаны в международной заявкеWO 97/09842, например прямоугольная в случае изотропной панели и с отношением размеров 1:0,882 или 1:0,707. В зависимости от толщины профиля панели может потребоваться некоторое изменение этих отношений. Кроме того, имеют большое значение места расположения возбудителя. Место расположения возбудителя должно быть соотнесено с распределенными резонансными модами колебаний. Некоторые отвечающие требованиям места расположения возбудителя находятся вблизи центра, но не в центре панели. В случае изотропной прямоугольной панели одно такое место имеет координаты (3/7, 4/9), соотнесенные с длинами сторон, а место, близкое к центру панели, имеет координаты (1/2, 1/2). Для панелей с отклонением от изгибной жесткости,установленной в настоящем изобретении, предпочтительные координаты будут отличаться от этих значений, которые, однако, все же могут быть подходящими начальными точками для нахождения оптимальных мест расположения путем проб и ошибок. В качестве альтернативы 8 с помощью лазера или численного анализа можно выявить эффективные места для расположения возбудителя. Эффективным в отношении затрат способом изготовления изгибной волновой панели является литьевое формование. Это обусловлено не только умеренными производственными затратами и возможностью получения совпадающих результатов, но также характерными особенностями присоединения панели возбудителей и опорной рамы панели, причем крепежные приспособления можно также реализовать в формованных изделиях в виде составной части панели, что обеспечивает снижение затрат на изготовление деталей и сборку. Очевидным является, что литьевое формование является рациональным в случае более толстых панелей в середине и сужающихся по направлению к краям. До некоторой степени обособленным параметром из параметров, считающихся полезными для регулирования характеристики громкоговорителя с распределенными модами колебаний, является частота совпадения и, прежде всего, ее расположение в спектре частот. Причина этого заключается в том, что панель выше частоты совпадения работает в ином режиме излучения, чем ниже ее. Частота совпадения, fc,для некоторых реальных изгибных волновых панелей часто находится внутри диапазона звуковых частот и может создавать слышимые отрицательные эффекты. Излучение звука на частоте совпадения происходит более сильно в широком угле, и этот угол уменьшается по направлению к нормальной оси по мере повышения частоты. Изменение угла излучения в диапазоне от ниже частоты совпадения до выше ее вызывает пространственный сдвиг энергии, который может быть нежелательным. Кроме того, апертурные эффекты ограничивают высокочастотную характеристику менее жестких панелей. В зажатых громкоговорителях с распределенными модами колебаний можно использовать менее жесткие панели, но добавление массовой плотности, как правило, может быть нежелательным,поскольку оно будет приводить к потере эффективности. Может быть желательным регулирование отрицательного действия частот совпадения посредством уменьшения содержания энергии на одной единственной частоте путем распределения ее по диапазону частот изменением изгибной жесткости на протяжении панели. Результирующий эффект заключается не в резком переходе к диаграмме излучения с высокоэнергетическим спектром, скорее это будет плавный переход в пределах широкого диапазона частот совпадения. Вследствие изменения изгибной жесткости по панели длина волны изгибных волн в частотной области вблизи частоты совпадения изменяется на протяжении панели. Например, в случае, 9 когда толщина возрастает от центра в стороны,скорость волны повышается к краям панели. С другой стороны, скорость волны будет понижаться при изменении направления уменьшения толщины на обратное. Эти изменения собственных значений связаны с изгибными волнами по площади поверхности панели. Градиент жесткости панели можно изменять различными методами. Подходящие методы включают в себя: 1. Получение изменения толщины по панели с помощью процесса вспенивания при литьевом формовании. На фиг. 2 показаны некоторые варианты такого изменения. Вероятно,что дополнительная толщина может привести к некоторой дополнительной массе. Дополнительная масса будет небольшой по отношению к дополнительной жесткости, поскольку последняя изменяется с толщиной более быстро (приблизительно как квадрат толщины в трехслойной конструкции) по сравнению с изменением массы, которая возрастает незначительно (плотность вспененного материала может быть очень небольшой). 2. Использование в случае монолитного формованного изделия градиента жесткости и градиента поверхностной плотности (см. фиг. 2). В этом случае удвоение толщины будет создавать восьмикратное увеличение жесткости,тогда как поверхностная плотность материала будет только удваиваться. Поэтому этот подход является практически пригодным для монолитных изделий. 3. Создание градиента жесткости посредством прямого компрессионного формования вспененного материала до получения требуемой формы, например, панели Rohacell или панели типа "сандвич" с покрытиями, охватывающими сердцевину из вспененного материала. В этом случае плотность сохраняется неизменной по поверхности панели. 4. Создание градиента жесткости путем использования так называемых рациональных полимеров, которые имеют градиент модуля по направлению размера или по площади. Полимеры с переменной жесткостью по площади или по области, которые можно получить в виде листов, следует использовать в слоистых композитах, или их можно использовать при литьевом формовании и в других процессах изготовления. В этом случае панель может иметь равномерную толщину с достижением требуемого градиента жесткости без влияния на массу. 5. Использование контура, кривизны или волнистости панели. Этим способом можно получить умеренные градиенты жесткости, если не использовать очень малые радиусы кривизны. Способ может быть полезным в тех областях применения, в которых необходимая форма может сочетаться с дизайном, см. фиг. 22 и 23. 10 6. Обработка внутреннего слоя на станке или шлифование до получения нужного профиля. Покрытия можно прикреплять к обеим сторонам обработанной или отшлифованной сердцевины. Процессы литьевого формования чрезвычайно подходят для изготовления изгибных волновых панелей в большом количестве при низкой стоимости и нужным образом. Хотя монолитные излучатели можно формовать непосредственным образом, они могут быть неприемлемыми в некоторых случаях применения. Эти процессы решают проблемы формования без дополнительной стоимости, поскольку для вспенивания необходим дополнительный материал в сравнительно небольшом количестве. Изменение жесткости в два раза приводит к рассеиванию частоты совпадения примерно на 40% (например, от 10 до 14 кГц), что может быть весьма полезным и достаточным для рассеивания частоты совпадения/энергии для большинства применений. Некоторые возможные изгибные панели с такими изменениями жесткости показаны на фиг. 2. Предпочтительный метод, пригодный для формования, заключается в создании изменения толщины от центра в стороны с положительным или отрицательным градиентом. Путем регулирования количества пенообразователя в сердцевине панели можно получить большой градиент жесткости по панели. В монолитной панели жесткость изменяется с толщиной в кубической степени, тогда как в панели типа "сандвич" она изменяется в зависимости от квадрата толщины. В случаях, когда градиент жесткости является отрицательным в направлениях к краям панели, можно получить одно или несколько следующих преимуществ. Во-первых, вследствие более высокой жесткости вблизи середины панели апертурный эффект, обусловленный конечным размером катушки возбудителя, может быть уменьшен. Во-вторых, реализуется приближение свободно подвешенной панели, которое может быть выгодным в некоторых применениях и обеспечивает благоприятный плавный переход к опоре или раме панели. В-третьих,становится осуществимым литьевое формование при изменении литника от середины панели. Этим обеспечивается получение вспененной сердцевины малой массы. С другой стороны, при положительном градиенте в направлениях к краям панели жесткость можно повысить посредством конструкции, обеспечивающей плавный переход к зажатому краю панельной конструкции. Это может придать законченной конструкции дополнительную механическую устойчивость. Возбуждение панели можно осуществлять любым желаемым образом, например, как раскрыто в различных предшествующих заявках на патенты, принадлежащих заявителю. Поэтому 11 сохраняется задача равномерного возбуждения мод колебаний панели с тем, чтобы получить хорошую степень сглаживания механического импеданса (для подведения механической энергии) и/или излучаемой акустической мощности в пределах рассчитанного диапазона рабочих частот. Такую оптимизированную возможность(возможности) можно получить путем анализа,например, методом конечных элементов или эмпирически. Поведение изгибных волновых панелей хорошо характеризуется изгибными волнами на низких частотах, на которых панель имеет постоянную изгибную жесткость и плотность. Однако на высоких частотах эффекты, такие как совпадение и апертурный резонанс, могут вызвать отклонения от предсказаний, основанных на рассчитанных статических значениях, поскольку на этих высоких частотах панель может работать с большой степенью сдвига, который может описываться изгибной жесткостью, спадающей на более высоких частотах. Точное поведение на высоких частотах можно определить только при полном знании сдвиговых свойств материалов панели, которые не всегда доступны. Поэтому результаты, полученные из основных уравнений постоянной изгибной жесткости,могут не отражать истинного поведения некоторых материалов панелей вблизи частоты совпадения. Для определения акустических свойств панели согласно изобретению могут потребоваться анализ колебаний и эксперимент. Акустическая мощность представляет собой результат интегрирования уровней звукового давления по всем углам. Характеристика,которая является гладкой функцией частоты,часто представляет собой показатель качества звука. Неравномерность выходной мощности изгибной волновой панели на частоте совпадения можно распределить по частотам путем постепенного уменьшения толщины панели. Повышение жесткости на расстоянии от места возбуждения приводит к рассеиванию совпадения к более низкой частоте; и наоборот, снижение жесткости приводит к рассеиванию совпадения в диапазон более высоких частот. При рассмотрении большой легкой панели связанная с излучением повышенная интенсивность означает, что больше энергии, подводимой к панели, излучается вблизи места возбуждения. При дальнейшем удалении от возбудителя скорость панели постепенно уменьшается, и излучается небольшая мощность. Следовательно, изменение толщины панели должно быть сосредоточено относительно близко к возбудителю, либо изменение должно происходить в части панели, которая сильно не излучает и оказывает небольшое влияние. Это создает дополнительное преимущество, заключающееся в том, что изменение толщины панели обуславливает меньшее изменение характеристики на более низких частотах: на более низких частотах(ниже совпадения) эффективность излучения сильно уменьшается, а энергия будет существовать в виде резонансных мод колебаний изгибных волн, распределенных по частотам и по всей поверхности панели. С другой стороны, в тяжелой панели связь с излучением меньше, и звук излучается дополнительно по большей площади панели. Поэтому изменение жесткости/скорости волны в панели должно быть сконцентрировано на большей площади. Кроме того, площадь, по которой изменения должны быть распределены, также зависит от конструкционного демпфирования материала, если оно больше, чем затухание излучения. Таким образом, профиль, необходимый для распределения эффекта совпадения, зависит от плотности материала панели, изменяется с повышением частоты. Путем существенного изменения изгибной жесткости по панели можно получить более равномерный звуковой выходной сигнал на заданной частоте, но суммирование выходных мощностей может привести к менее гладкому выходному сигналу на других частотах. В качестве альтернативы можно сделать,чтобы уровень звукового давления при одном угле прослушивания оставался относительно постоянным. Однако в другом месте звуковое давление не может быть постоянным, и могут возникать эффекты повышенной концентрации излучения. Итак, невозможно получить максимально сглаженную диаграмму направленности в полярных координатах для всех частот или максимально сглаженную частотную характеристику для всех положений. Проектировщик должен пытаться достичь практического компромисса,чтобы получить относительно гладкую характеристику в ряде положений и относительно гладкую диаграмму направленности в полярных координатах в диапазоне частот. Экспериментальные результаты Панели, испытанные с получением результатов, приведенных на фиг. 4-10, состояли из стеклянных покрытий толщиной 100 мкм, расслоенных несжатой пластиной Rohacell. Клиновидные панели были образованы путем ламинирования покрытиями пластин Rohacell, которые шлифовались до получения необходимого профиля. Относительно большие панели были выбраны для того, чтобы подчеркнуть эффект совпадения, и все они имели следующие размеры(средние демонстрационные размеры): длина панели 544 мм, ширина панели 480 мм, площадь панели 0,26 м 2. Чтобы упростить профиль испытуемой панели, место возбуждения было выбрано в центре панели. В качестве возбудителя использовался электродинамический возбудитель фирмыNEC со звуковой катушкой диаметром 13 мм,имеющей сопротивление 4 Ом. 13 Для каждой панели были выполнены следующие измерения: 1). Зависимость уровня звукового давления от угла вокруг панели. Расстояние при измерениях 1 м. Панель в экране с суммарной площадью 1 м 2. Результаты представлены в единицах дБ. Данные не сглажены. 2). Одночастотная диаграмма направленности в полярных координатах для демонстрации характеристики направленности. Расстояние при измерениях 1 м. Панель в экране с суммарной площадью 1 м 2. Результаты представлены в единицах дБ. Данные сглажены в третьоктавной полосе,чтобы сгладить мелкие детальные флуктуации характеристики излучения изгибной панели и тем самым выделить аспекты совпадения. 3). Акустическая мощность. Расстояние при измерениях 1 м. Панель в экране с суммарной площадью 1 м 2. Результаты представлены в единицах дБ. Данные не сглажены. 4). Скорость места возбуждения измерялась посредством лазерной системы измерения скорости. Результаты представлены в единицах(мм/с/В). Данные не сглажены. 5). Данные сканирования распределения скорости панели по ее поверхности. Они использовались для определения длины волны в панели при заданной частоте возбуждения и,следовательно, скорости изгибной волны. Прежде всего будут представлены сравнительные результаты для панелей с постоянной изгибной жесткостью. На фиг. 3 а показаны скорости изгибных волн, рассчитанные по известным параметрам материалов панели, для трех панелей с различной равномерной толщиной 4, 3 и 2 мм соответственно. На фиг. 3b показаны экспериментально определенные скорости этих панелей, найденные по изображениям картин колебаний в панели на фиксированных частотах. На низких частотах предсказанные значения согласуются с экспериментальными результатами. Однако на высоких частотах из-за влияния сдвига измеренная скорость меньше, чем предсказанное значение. Скорость изменяется с частотой более медленно, чем зависимость в виде квадратного корня, ожидаемая для чистого изгиба на высоких частотах. Кроме того, на графиках по фиг. 3 показана линия, обозначенная как с, отражающая скорость звука в воздухе. Частота, на которой эта линия пересекает линию скорости для каждой толщины панели, представляет собой часто 002629 14 ту совпадения. Предсказание/расчет на основании статической или низкочастотной изгибной жесткости указывает на повышение частоты совпадения от примерно 5 до 8,5 кГц при уменьшении толщины панели от 4 до 2 мм. На практике это изменение толщины приводит к намного большему повышению частоты совпадения, от 5 до 14 кГц. Панель толщиной 4 мм имеет частоту совпадения 5 кГц, толщиной 3 мм- частоту совпадения 7 кГц и панель толщиной 2 мм - частоту совпадения 14 кГц. Панели с уменьшающейся толщиной, описанные далее, имеют толщину 4 мм в месте нахождения возбудителя, уменьшающуюся до 2 мм на краю. Эффекты совпадения, на которые направлено изобретение, отражены на фиг. 4-6, на которых показаны результаты измерений на плоских панелях толщиной 4 мм. На фиг. 4 показаны результаты измерений в одной точке частотной характеристики на оси и при смещении на 40 и 80 от оси. По мере увеличения угла от положения на оси низкие частоты ослабляются вследствие некоторого акустического гашения. При угле 80 высокочастотный пик наблюдается вблизи частоты 5 кГц, частоты совпадения панели. Максимальный звуковой выходной сигнал при угле 80 достигает 80 дБ, что примерно на 14 дБ больше,чем в случае осевой характеристики на этой частоте. Этот пик на характеристике, который сопровождается значительным ослаблением,является характеристикой эффекта совпадения в большой жесткой панели. На фиг. 5 показаны диаграммы в полярных координатах уровня звукового давления для различных направлений на частотах 6, 9 и 15 кГц. Видно сужение излучения, начинающееся при угле 90 в случае частоты 6 кГц, со спадом не меньше чем в пределах 60 на частоте 15 кГц. Эта угловая концентрация излучения, которая уменьшается с повышением частоты, представляет собой характеристику эффекта совпадения. На фиг. 6 показана зависимость акустической мощности от частоты. На низких частотах мощность изменяется медленно. Однако по мере дальнейшего повышения частоты мощность возрастает до максимума вблизи частоты совпадения, после чего снова падает на более высоких частотах. Максимум намного шире, чем показанный на кривых уровня звукового давления на фиг. 5. Это происходит потому, что измерение мощности представляет собой результат интегрирования уровня звукового давления по всем углам и поэтому не отражает изменений характеристики направленности, а только суммарную акустическую мощность, которая с частотой изменяется относительно медленно. Этот максимум в характеристике мощности также представляет собой характеристику эффекта совпадения, наблюдаемого в излучателях с большой изгибной жесткостью. 15 Далее раскрыт первый вариант осуществления громкоговорителя в соответствии с изобретением. Громкоговоритель имеет сужающуюся панель. На фиг. 7 а показан профиль сужающейся панели в зависимости от относительного расстояния до края панели. Панель была отфрезерована до этого профиля в обеих плоскостях х и у с образованием пирамидальной формы в центральной области. Кроме того, на фиг. 7b показан соответствующий график частоты совпадения, из которого видно, что наибольшее изменение происходит вблизи места расположения возбудителя. На фиг. 8 показаны частотные характеристики, полученные в одной точке, для возрастающего угла вокруг панели. Осевая характеристика подобна характеристике контрольной панели при продолжении в область как высоких,так и низких частот. В этом варианте осуществления максимум совпадения, присущий плоской панели, ослабляется вплоть до 10 дБ. Кроме того, примерно в 2 раза увеличивается ширина максимума. Выше совпадения значительное ослабление звукового давления при угле 80 относительно характеристики на оси, обнаруженное в сравнительном примере, отсутствует в панели согласно изобретению, что существенно улучшает высокочастотную характеристику при смещении от оси. На фиг. 9 показаны диаграммы направленности в полярных координатах в виде зависимостей уровней звукового давления, приведенные для тех же самых частот 6, 9 и 15 кГц, что и на фиг. 5. Из сравнения этих двух фигур становится очевидным, что на диаграмме направленности в полярных координатах панели согласно первому варианту осуществления заметна существенно меньшая концентрация излучения, чем для контрольной плоской панели. На фиг. 10 показан график акустической мощности, излучаемой панелью согласно первому варианту осуществления. При сравнении с характеристикой контрольной панели, показанной на фиг. 6, становится очевидным, что максимум совпадения ослаблен на 5 дБ и расширен в сторону более высокой частоты, как предсказывалось для сужающейся панели с жесткостью,уменьшающейся по направлению к краю. Таким образом, испытанные панели во всех аспектах проблемы, обусловленной совпадением, существенно лучше по сравнению с плоской панелью. Само по себе это означает хороший компромисс между профилем панели и существенным уменьшением во всех отношениях значимости проблем совпадения при сохранении хорошей частотной характеристики. Результаты для громкоговорителя согласно второму варианту осуществления изобретения с большим градиентом по площади панели пока 002629 16 заны на фиг. 11-14. Эти результаты очень похожи на результаты для панели по фиг. 7. Характеристики обеих панелей отражают удачный компромисс, который позволяет улучшить во всех отношениях характеристики излучения при совпадении. Вторая панель по сравнению с первой имеет несколько худший набор частотных характеристик, полученных в одной точке, и несколько худшую характеристику выходной мощности, тогда как диаграммы направленности в полярных координатах, полученные на одной частоте, несколько лучше. Хотя оптимизация всегда будет компромиссом, проектировщик может осуществить выбор с учетом условий применения. Первые два варианта осуществления относились к панели среднего размера. Далее рассмотрен третий вариант осуществления небольшого размера (А 5 - 210 на 148,5 мм). На фиг. 15 и 16 показан профиль панели. Она выполнена сильно сужающейся. Панель изготовлена из материала Rohacell толщиной 14,5 мм, сжатого в центре до 10,8 мм, а по краям до 1 мм. Контрольная плоская панель была сжата до 9,8 мм по всей поверхности. Возбудитель устанавливался на задней части панели на месте, которое является оптимальным для изотропной панели. В случае этого места расположения возбудителя хорошие результаты получены даже для сужающейся панели, хотя исследовалась дальнейшая оптимизация места расположения возбудителя. На фиг. 16 показан график частоты совпадения, рассчитанной в зависимости от позиции на панели. На фиг. 17 показаны сравнительные результаты для плоской панели толщиной 10 мм и сужающейся панели, имеющих одинаковые размеры. Результаты измерений акустической мощности показаны на фиг. 18 а (для плоской панели) и фиг. 18b (для сужающейся панели). Панели имеют достаточно широкую характеристику направленности, даже звук с частотой 13 кГц излучается равномерно в передней полусфере. Кроме того, характеристика мощности сужающейся панели не имеет значительного скачка вблизи 5 кГц; такой скачок ясно виден на характеристике контрольной панели. Следует отметить, что эти испытуемые панели устанавливались в неглубокий ящик, что приводило к возрастанию максимума вокруг частоты 500 Гц. В реальном громкоговорителе его необходимо устранять посредством электрического фильтра или иным образом. Он обусловлен ящиком, а не сужением. Был проведен ряд испытаний на дополнительных панелях. Результаты свидетельствуют о том, что в панелях согласно изобретению уменьшено влияние различных эффектов, обусловленных совпадением. Для сглаживания характеристики направленности имеет значение профиль, тогда как точный профиль намного 17 менее важен для сглаживания суммарной акустической мощности. На фиг. 19-21 показаны результаты измерений скорости места возбуждения для трех панелей, возбуждаемых преобразователем со звуковой катушкой диаметром 25 мм. На фиг. 19 представлены результаты для плоской панели толщиной 4 мм, на фиг. 20 - результаты для панели согласно первому варианту осуществления и на фиг. 21 - результаты для плоской панели толщиной 2 мм. Апертурный резонанс проявляется на кривых скорости в виде острого пика между частотами 10 и 20 кГц. Для панели толщиной 4 мм и сужающейся панели резонанс наблюдался на частоте 13,1 кГц. Для панели толщиной 2 мм резонанс наблюдался на частоте 11,8 кГц. Как ожидалось, резонансная частота для плоских панелей возрастает с повышением жесткости панелей. Резонансная частота для сужающейся панели определяется толщиной панели в месте возбуждения и поэтому аналогична резонансной частоте плоской панели толщиной 4 мм. Это свидетельствует о том, что апертурный резонанс определяется толщиной в месте возбуждения. Поэтому, имея жесткую секцию панели в месте расположения возбудителя,можно минимизировать этот апертурный резонанс. Результаты (непоказанные) также указывают на то, что, когда изменение изгибной жесткости сосредоточено вблизи края панели, вышеуказанная частота совпадения оказывает небольшое влияние на характеристики излучения. Однако, как теперь будет описано, придание такого свойства панели может привести к положительным эффектам. Чтобы изготовить реальный громкоговоритель, панель часто устанавливают в некоторую раму/опору. Цель этого заключается в сохранении энергии колебаний в панели с минимальной передачей в раму. Этого достигают с помощью значительного рассогласования импедансов панели и рамы. Изменением толщины панели на краю можно регулировать импеданс на границе панель/рама без существенного влияния на суммарные характеристики излучения. Далее представлены несколько примеров,где такой подход может быть выгодным. Сужение панели до очень небольшой толщины вблизи края снижает импеданс панели до весьма малого значения. Если этот импеданс значительно ниже, чем импеданс зажимающей рамы, то передается очень небольшая энергия. Увеличение толщины панели на краю приводит к значительному возрастанию импеданса. Если панель присоединена к раме при помощи мягкой концевой заделки (и имеющей соответственно низкий импеданс), то возрастание импеданса панели создает большее рассогласова 002629 18 ние на границе и минимизирует передачу энергии в раму. В дополнение к вышеуказанным двум примерам резкое увеличение/уменьшением толщины панели на границе приводит к отражению энергии обратно в панель. Например, резкое увеличение толщины панели на краю соответствует приближению зажатой границы, и энергия, падающая на границу, отражается обратно в панель. Поэтому без риска край можно зажать или закрепить, поскольку энергия колебаний удерживается в нем в небольшом количестве. Нет необходимости изменять толщину панели для того, чтобы получить изменение изгибной жесткости. На фиг. 22 показана панель,которая имеет постоянную толщину, но в которой радиус кривизны изменяется по площади панели. Это вызывает изменение изгибной жесткости. Альтернативный вариант показан на фиг. 23. Как показано, панель выполнена гофрированной для того, чтобы получить более высокую изгибную жесткость в центральной области, чем в периферийной области. Кроме того, нет необходимости изменять толщину панели простыми методами, показанными выше. Например, изгибную жесткость можно изменять на протяжении поверхности,образуя волнообразную конфигурацию или ряды ступенек на протяжении поверхности панели. Несколько возможных профилей показаны на фиг. 24. Такие профили можно получить с помощью соответствующих волнообразных поверхностей и ступенек по толщине панели или иным образом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Акустический элемент в виде панели (1),способной выдерживать колебание изгибной волны, причем изгибная жесткость и/или поверхностная плотность панели изменяется на протяжении площади панели (1) для получения диапазона частот совпадения, имеющих отношение максимальной к минимальной частоте совпадения, по меньшей мере, 1,2 к 1, так что изгибные волны в панели (1) связаны с воздухом более равномерно в отношении акустической мощности и/или характеристики направленности по сравнению с изотропной панелью. 2. Акустическое устройство, содержащее акустический элемент в виде панели (1) по п.1 и связанный с элементом возбудитель. 3. Громкоговоритель, содержащий акустический элемент в виде панели (1) по п.1 и связанный с панелью (1) возбудитель (3) для возбуждения изгибных волн в элементе, чтобы получить акустический выходной сигнал, причем акустический выходной сигнал панели сглажен. 4. Громкоговоритель по п.3, в котором изгибная жесткость панели (1) изменяется по 19 площади в пределах, по меньшей мере, 10% площади панели. 5. Громкоговоритель по п.3 или 4, в котором возбудитель (3) связан с панелью (1) в месте, имеющем изгибную жесткость, по меньшей мере, 70% максимального значения. 6. Громкоговоритель по любому из пп.3-5,в котором толщина панели изменяется по площади панели (1) для получения диапазона изгибной жесткости и, следовательно, частоты совпадения. 7. Громкоговоритель по любому из пп.3-6,в котором изгибная жесткость имеет максимум в центральной области панели (1) и понижается по направлению к краям. 8. Громкоговоритель по п.7, в котором возбудитель (3) связан с панелью (1) вблизи максимума изгибной жесткости. 9. Громкоговоритель по любому из пп.3-8,в котором возбудитель (3) расположен в максимуме изгибной жесткости панели (1). 10. Громкоговоритель по любому из пп.37, в котором жесткость панели имеет минимум в центре панели (1) и повышается по направлению к краям панели (1). 11. Громкоговоритель по п.10, в котором возбудитель (3) расположен вблизи центра панели (1) в области меньшей жесткости, чем средняя жесткость панели (1). 12. Громкоговоритель по п.10 или 11, в котором, по меньшей мере, один из краев панели(1) зажат, а изгибная жесткость панели (1) максимальна, по меньшей мере, на одном зажатом крае. 13. Громкоговоритель по любому из пп.312, в котором градиент изгибной жесткости увеличивается вблизи места расположения возбудителя. 14. Громкоговоритель по п.13, в котором градиент изгибной жесткости понижается вдоль линий, проходящих в стороны от места расположения возбудителя. 15. Громкоговоритель по любому из пп.314, в котором изгибная жесткость изменяется вокруг края панельного элемента. 16. Громкоговоритель по п.15, в котором изгибная жесткость является наиболее высокой на краях панели (1) и плавно спадает по направлению к внутренней части панели (1). 17. Громкоговоритель по п.15 или 16, в котором, по меньшей мере, один край зажат в опоре. 18. Громкоговоритель по п.17, в котором изгибная жесткость на краю панели (1) такова,что механический импеданс панели (1) на ее краю рассогласован с механическим импедансом опоры (13). 20 19. Громкоговоритель по любому из пп.36, в котором изгибная жесткость панели (1) изменяется волнообразно, так что акустический выходной сигнал сглажен. 20. Громкоговоритель по любому из пп.319, в котором панель (1) выполнена с распределенными модами колебаний и имеет некоторое количество резонансных мод изгибных волн,распределенных по частоте. 21. Звукопоглотитель, содержащий акустический элемент в виде панели (1) по п.1. 22. Акустический резонатор для управления реверберацией, содержащий акустический элемент в виде панели (1) по п.1. 23. Акустический экран, включающий в себя акустический элемент в виде панели (1) по п.1. 24. Опора для компонентов звуковоспроизведения, содержащая акустический элемент в виде панели (1) по п.1. 25. Устройство по п.2, в котором преобразователь преобразует изгибные волны в панели(1) в электрический сигнал, так что акустическое устройство работает как микрофон. 26. Способ изготовления акустической системы с резонансными модами колебаний,при осуществлении которого выбирают материал акустической панели, размер панели и тип возбудителя, выбирают начальное место расположения возбудителя на панели, выбирают начальный профиль изгибной жесткости панели,итеративно изменяют место расположения возбудителя и профиль панели для того, чтобы выбрать место расположения и профиль, при которых сглаживаются частотная и угловая акустические характеристики панели и прикрепляют к панели возбудитель в итеративно выбранном месте. 27. Способ по п.26, в котором на стадии итеративного выбора места расположения возбудителя и профиля панели также оптимизируют распределение резонансных мод в панели по частоте. 28. Громкоговоритель, содержащий панельный элемент (1), способный выдерживать изгибные волны в звуковом диапазоне частот,возбудитель, установленный на панельном элементе (1) для возбуждения изгибных волн в панели, чтобы получить акустический выходной сигнал, причем изгибная жесткость панели изменяется в краевой области панели и является относительно постоянной во внутренней части панели. 29. Громкоговоритель по п.28, в котором края панели зажаты, вследствие чего изгибная жесткость панельного элемента (1) быстро возрастает по направлению к краю панели.