СПОСОБ ОЗВУЧИВАНИЯ ЗАКРЫТЫХ ПОМЕЩЕНИЙ И ОТКРЫТЫХ ПРОСТРАНСТВ Российский патент 1994 года по МПК H04R1/28 G10K13/00 

Изобретение относится к физике звуковых волн и может быть использовано при озвучивании закрытых помещений и открытых пространств с применением акустических псевдостереосистем.

Известен способ всенаправленного озвучивания закрытых помещений, включающий установку двух диффузорных громкоговорителей, размещенных друг против друга и включенных синфазно [1].

Известно также устройство одноканальной системы звукопередачи, в которой реализуется способ озвучивания закрытых помещений, основанный на синфазном включении электроакустических преобразователей и установке их в горизонтальной плоскости попарно излучающими поверхностями друг к другу [2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ озвучивания закрытых помещений и открытых пространств, включающий выделение спектральных компонентов электрического сигнала, соответствующих различным частотным полосам, преобразование электрических сигналов в звуковые с помощью синфазно и попарно включенных головок громкоговорителей с обеспечением когерентности звуковых волн и установленных параллельно и соосно навстречу друг другу на различных расстояниях в соответствии с различными частотными полосами [3].

Недостаток указанного способа заключается в том, что он не обеспечивает широкую частотную характеристику при ее малой неравномерности, а это, в свою очередь, не позволяет сформировать малую направленность и объемность звучания, создать высокую чувствительность акустической системы, а также не обеспечивает высокого качества и естественности звучания акустической системы при использовании современных выпускаемых в производстве головок громкоговорителей.

Целью изобретения является расширение частотной характеристики и уменьшение ее неравномерности, что позволяет в результате суперпозиции излучаемых волн сформировать ненаправленные вторичные источники звукового поля и осуществить воспроизведение качественного и естественного объемного звучания, а также пиковых уровней сигнала с минимальными частотными нелинейными и переходными искажениями.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе озвучивания закрытых помещений и открытых пространств, включающем выделение спектральных компонентов электрического сигнала, соответствующих различным частотным полосам, преобразование электрических сигналов в звуковые с помощью попарно и синфазно включенных головок громкоговорителей с обеспечением когерентности звуковых волн, которые установлены параллельно и соосно навстречу друг другу лицевыми панелями на различных расстояниях в соответствии с различными частотными полосами, головки громкоговорителей устанавливают на расстояниях, при которых частотная характеристика равномерна в пределах каждой полосы частот в направлении, перпендикулярном осям, по которым установлены пары головок громкоговорителей, при этом параллельность между лицевыми панелями головок громкоговорителей выдерживают с точностью в вертикальной и горизонтальной плоскостях ±(0,1-15)^о, а отношения максимального характерного размера D лицевой панели головки громкоговорителя и расстояния S между лицевыми панелями пары головок громкоговорителей к соосности F установки громкоговорителей выбирают соответственно равными D/F = ±(10-500) и S/F = ±(50-1500).

На фиг. 1 изображена схема установки одной пары головок громкоговорителей; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - частотная характеристика для одной пары головок громкоговорителей; на фиг. 4 - схема установки трех пар головок громкоговорителей; на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - частотная характеристика акустической системы из трех пар головок громкоговорителей.

П р и м е р 1. Реализацию способа осуществляют на акустической системе с одной парой головок громкоговорителей, предназначенной для озвучивания закрытых помещений и открытых пространств (см. фиг. 1). Указанная акустическая система состоит из двух однотипных диффузорных громкоговорителей 1, каждый из которых представляет собой головку громкоговорителя, состоящую из диффузора 2, имеющего звуковую катушку 3, и из магнитопровода 4, смонтированного с возможностью взаимодействия с последней. Громкоговорители 1 размещены друг против друга внутри корпусов 5 и включены синфазно с обеспечением поршнеобразных колебаний корпусов 5 и включены синфазно с обеспечением поршнеобразных колебаний диффузора 2 в соответствии с колебаниями звуковой катушки 3. Корпуса 5 также расположены один против другого и соединены посредством стержнеобразных жестких элементов 6, а звуковые катушки 3 подключены к источнику звукового сигнала. Громкоговорители 1 размещены один напротив другого лицевыми панелями диффузоров 2. Краем 7 лицевой панели диффузора 2 громкоговорителя 1 является крайняя лицевая поверхность ее наиболее выступающей части, и в частном случае краем 7 лицевой панели диффузора 2 может быть наиболее выступающая лицевая поверхность ее гофрированной части, входящей в систему подвеса. Диффузор 2 каждого громкоговорителя 1 может быть выполнен в виде конуса, купола, плоской мембраны, рупора или в виде элемента любой формы, обеспечивающей поршнеобразные колебания диффузора 2 в соответствии с колебаниями звуковой катушки 3. Материал, из которого изготавливают диффузор 2 каждого громкоговорителя 1, может быть в виде бумажно-волокнистой массы, пластмассы, металла или из любого другого материала, обеспечивающего требуемые акустические характеристики громкоговорителя 1.

Монтаж и настройку указанной акустической системы осуществляют следующим образом.

Громкоговорители 1 в корпусах 5 устанавливают лицевыми панелями диффузоров 2 навстречу друг к другу с соблюдением строгой параллельности и соосности между лицевыми панелями как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Соединяют коpпуса 5 после проведения настройки акустической системы при помощи стержневых жестких элементов 6 со строгой фиксацией расстояния между лицевыми панелями диффузоров 2. Звуковые катушки 3 диффузоров 2, соединенные с магнитопроводами 4 попарно и синфазно, подключают к источнику звукового сигнала. Выбор расстояния между лицевыми панелями диффузоров зависит в основном от частоты излучаемых из них звуковых волн высокочастотные, среднечастотные или низкочастотные излучатели, частотной характеристики пары громкоговорителей 1, а также от параллельности и соосности между лицевыми панелями диффузоров 2. Настройку акустической системы проводят перемещением громкоговорителей 1 навстречу друг к другу или раздвигание их друг от друга с замером частотной характеристики при работающей паре диффузоров 2 с звуковыми катушками 3 и замером спектра излучаемой частоты в направлении, перпендикулярном осям, по которым установлены головки громкоговорителей 1, и неограниченном их панелями, например анализатором спектра частот фирмы ClarkTechnic. Перемещая громкоговорители 1 относительно друг друга, отыскивают оптимальное расстояние между ними, при котором частотная характеристика (см. фиг. 3) излучаемого звукового поля близка к равномерной при отсутствии всплесков и провалов в ней. На найденном расстоянии корпуса 5 громкоговорителей 1 фиксируют и закрепляют при помощи стержневых жестких элементов 6 для исключения всплесков и провалов в характеристике, параллельность между лицевыми панелями диффузоров 2 в вертикальной и горизонтальной поверхностях выдерживают при монтаже в пределах ±(0,1-15)^о. Выдержать параллельность между плоскостями меньше 0,1^о практически не удается, а при увеличении угла отклонения края 7 лицевой панели диффузора 2 в вертикальной или горизонтальной плоскостях больше чем 15^о приводит к значительному разрыву частотной характеристики и практически происходит работа пары громкоговорителей 1 в самостоятельном режиме. Аналогичная картина наблюдается при нарушении соосности установки лицевых панелей в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Отношение максимального характерного размера D лицевой панели головки громкоговорителя и расстояния S между лицевыми панелями пары головок громкоговорителей к соосности F установки громкоговорителей, принятое равным соответственно, как D/F=±(10-500) и S/F=±(50-1500), является оптимальным для различных типов громкоговорителей.

Работает акустическая система, реализующая предлагаемый способ, следующим образом.

На звуковые катушки 3 диффузоров 2 громкоговорителей 1 поступает звуковой сигнал, который может подаваться непосредственно с микрофона или воспроизводиться с носителя записи любого типа, который в каждом громкоговорителе 1 вызывает механическое колебание его звуковой катушки 3 и диффузора 2, пропорциональное в каждом случае звуковому сигналу. При этом в подобном идеальном случае диффузоры 2 разных громкоговорителей 1 колеблются в противоположных направлениях вдоль осевой линии, проходящей через их звуковые катушки 3, благодаря чему диффузоры 2 могут вдоль этой осевой линии только сближаться или только удаляться один от другого в процессе их колебаний. Механическое колебание диффузора 2 каждого громкоговорителя 1 преобразуется в звуковое колебание частиц воздуха. При этом колебание частиц воздуха, возбуждаемое каждым диффузором 2, распространяется в виде звуковой волны в сторону другого диффузора 2. Благодаря тому, что громкоговорители 1 включены синфазно, в пространстве между диффузорами 2 происходит наложение (суперпозиция) одной на другую возбуждаемых ими звуковых волн, обеспечивающее создание вторичного источника звука. Этот вторичный источник звука обеспечивает в окружающей среде формирование звукового поля, действующего в перпендикулярном направлениях относительно осей, по которым установлены головки громкоговорителей 1 и не ограниченном их лицевыми панелями, обладающего высокой естественностью и объемностью звучания. Однако, последнее обеспечивается только в том случае, если выбрано между лицевыми панелями диффузоров 2 расстояние, при котором частотная характеристика создаваемого ими вторичного источника звука имеет минимальную неравномерность.

П р и м е р 2. Реализацию способа осуществляют на трехполосной акустической системе, предназначенной для озвучивания закрытых помещений и открытых пространств (см. фиг. 4).

Указанная акустическая система состоит из трех пар диффузорных громкоговорителей 8-10, в качестве которых использованы низкочастотные громкоговорители 8, среднечастотные громкоговорители 9, и высокочастотные громкоговорители 10. Каждый из низкочастотных громкоговорителей 8 представляет головку громкоговорителя, состоящую из диффузора 12, имеющего звуковую катушку 13 и магнитопровод 14, каждый из среднечастотных громкоговорителей 9 содержит головку, состоящую из диффузора 15, имеющего звуковую катушку 16, магнитопровод 17 и устройство для гашения излишней звуковой мощности за счет пассивных элементов, которые не входят в состав акустической системы, а каждый из высокочастотных громкоговорителей 10 имеет головку, состоящую из диффузора 18, включающего в себя звуковую катушку 19 и магнитопровод 20. Диффузорные громкоговорители 8-10 закреплены в корпусе 21 на фронтальных стенках 22-24 соответственно, установленных параллельно противоположным соответствующим друг другу стенкам. Корпус 21 установлен и закреплен между четырьмя стойками, посредством которых он может быть установлен на полу помещения. Каждый из пар диффузоров 12, 15 и 18 громкоговорителей 8-10 размещены напротив друг друга и направлены навстречу один к другому с соблюдением параллельности и соосности лицевых панелей диффузоров 12, 15 и 18 в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Головки громкоговорителей 8-10 установлены на расстояниях друг от друга, соответствующих равномерной частотной характеристике в пределах каждой полосы частот в направлении, перпендикулярном осям, по которым установлены головки громкоговорителей 8-10 и не ограниченном их лицевыми панелями.

Монтаж и настройку трехполосной акустической системы осуществляют аналогичным образом, как монтаж и настройку однополосной системы, приведенными в предыдущем примере. Дополнительная операция при настройке трехполосной акустической системы вытекает из-за необходимости проверки частотной характеристики при работе сразу всех трех пар громкоговорителей 8-10. Суммарная частотная характеристика (см. фиг. 6) всех трех пар громкоговорителей 8-10 должна иметь минимум неровностей и быть близкой к трапециевидной без всплесков и провалов. Для достижения таких условий большое значение оказывают параллельность и соосность лицевых панелей диффузоров 12, 15 и 19, а также наличие устройств для гашения излишка звуковой мощности. Параллельность и соосность между лицевыми панелями диффузоров 12, 15 и 18 принимается аналогичной, как и в примере 1.

Работает трехполосная акустическая система, реализующая предлагаемый способ, следующим образом.

На звуковые катушки 13, 16 и 19 диффузоров 12, 15 и 18 громкоговорителей 8, 9 и 10 поступает звуковой сигнал, который может воспроизводиться непосредственно с микрофона или носителя записи любого типа. Звуковой сигнал вызывает механические колебания звуковых катушек 13, 16 и 19 и диффузоров 12, 15 и 18, пропорциональные в идеальном случае звуковому сигналу. В подобном идеальном случае все диффузоры 12, 15 и 18 колеблются в противоположных направлениях вдоль их собственной осевой линии. Механические колебания преобразуются в звуковые колебания частиц воздуха, которые распространяются в сторону попарно противоположных диффузоров соответственно. При этом в пространствах между противоположно установленными диффузорами происходит наложение (суперпозиция) одна на другую возбуждаемых ими звуковых волн, обеспечивающее создание вторичных источников звука. Эти вторичные источники звука обеспечивают в окружающей среде формирование звукового поля, действующего в перпендикулярном направлении относительно осей, по которым установлены головки громкоговорителей 8, 9 и 10, и неограниченном их лицевыми панелями обладающего высокой естественностью и объемностью звучания. Однако последнее обеспечивается только в том случае, если выбраны между лицевыми панелями диффузоров 12, 15 и 18 расстояния, при которых суммарная частотная характеристика создаваемого ими вторичного источника звука имеет минимальную неравномерность.

Использование заявленного способа озвучивания закрытых помещений и открытых пространств в акустических псевдостереосистемах позволит качественно повысить объемное направленное звучание с максимальным приближением к естественности звука при использовании современных и морально устаревших головок громкоговорителей, что приведет к снижению стоимости указанных систем.

Использование: архитектурная акустика, волновые процессы. Сущность изобретения: способ озвучивания закрытых помещений и открытых пространств заключается в выделении спектральных компонентов электрического сигнала, соответствующим различным частотным полосам, преобразовании электрических сигналов в звуковые с помощью попарно и синфазно включенных головок громкоговорителей с обеспечением когерентности звуковых волн, которые установлены параллельно и соосно навстречу друг другу лицевыми панелями на различных расстояниях в соответствии с различными частотными полосами. Причем выбирают расстояния, при которых частотная характеристика равномерна в пределах каждой полосы частот в направлении, перпендикулярном осям, по которым установлены пары головок громкоговорителей. При этом параллельность между лицевыми панелями головок громкоговорителей выдерживают с точностью в вертикальной и горизонтальной плоскостях ± (0.1 - 15) , а отношения максимального характерного размера D лицевой панели головки громкоговорителя и расстояния S между лицевыми панелями пары головок громкоговорителей к соосности F установки громкоговорителей выбирают соответственно равными D/F = ± (10-500) и S/F = ± (50-1500) . 6 ил.

СПОСОБ ОЗВУЧИВАНИЯ ЗАКРЫТЫХ ПОМЕЩЕНИЙ И ОТКРЫТЫХ ПРОСТРАНСТВ, включающий выделение спектральных компонентов электрического сигнала, соответствующих различным частотным полосам, преобразование электрических сигналов в звуковые с помощью попарно и синфазно включенных головок громкоговорителей с обеспечением когерентности звуковых волн, которые установлены параллельно и соосно навстречу друг другу лицевыми панелями на различных расстояниях в соответствии с различными частотными полосами, отличающийся тем, что головки громкоговорителей устанавливают на расстояниях, при которых частотная характеристика равномерна в пределах каждой полосы частот в направлении, перпендикулярном к осям, по которым установлены пары головок громкоговорителей, при этом параллельность между лицевыми панелями головок громкоговорителей выдерживают с точностью в вертикальной и горизонтальной плоскостях ±(0,1-15)^o , а отношения максимального характерного размера D лицевой панели головки громкоговорителя и расстояния S между лицевыми панелями пары головок громкоговорителей к соосности установки громкоговорителей F выбирают соответственно равными
D/F = ± (10 ÷ 500) и S/F = ± (50 ÷ 1500).