ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H04R1/28 G10K13/00 

Изобретение относится к электроакустике, а именно к электроакустическим преобразователям, в частности к низкочастотным громкоговорителям.

Известен громкоговоритель [1] представляющий собой фазоинверсную акустическую систему, содержащую внутренние полости, соединенные отверстиями. Громкоговоритель имеет частотный диапазон, расширенный в область низких частот, но не позволяет обеспечить достаточно высокую эффективность звукоизлучения (такую, как, например, рупорные громкоговорители).

Известен громкоговоритель [2] акустическое оформление которого выполнено в виде прямого широкогорлого экспоненциального рупора, встроенного в ящик-фазоинвертор, при этом фазоинверсные отверстия расположены на лицевой панели (передней стенке) ящика симметрично относительно выходного прямоугольного отверстия рупора. С горловиной рупора сопряжены электроакустические преобразователи (электродинамические головки).

Громкоговоритель обеспечивает достаточную эффективность звукоизлучения, но недостатком рупорных громкоговорителей является ограничение снизу критической частотой полосы пропускания частотного диапазона.

Цель изобретения повышение эффективности звукоизлучения при расширении частотного диапазона в область низких частот и, в частности, ниже критической частоты рупора.

Предлагаемый громкоговоритель содержит ящик с боковыми, лицевой и задней стенками, электроакустический преобразователь (один или несколько), сопряженный с горловиной рупора, выходное прямоугольное отверстие которого и симметричные ему фазоинверсные отверстия размещены на лицевой стенке ящика. Во внутреннюю полость ящика вплотную к верхней, нижней и боковой стенкам введена панель с отверстиями, на которой установлен электроакустический преобразователь (преобразователи), при этом отношение объема полости между панелью и задней стенкой ящика громкоговорителя к сумме равных объемов полостей между стенками рупора и боковыми стенками ящика громкоговорителя находится в пределах от 0,2 до 8,0.

Предложенное устройство позволяет получить многорезонансную колебательную систему, обеспечивающую эффективное звукоизлучение при расширении частотного диапазона в область низких частот, в том числе и ниже критической частоты рупора.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый громкоговоритель; на фиг.2 показаны сравнительные частотные характеристики громкоговорителей.

Громкоговоритель (фиг. 1) содержит ящик 1, на лицевой стенке 2 которого выполнены фазоинверсные отверстия 3. Внутренняя полость 4 ящика 1 снабжена панелью 5 с отверстиями 6. на панели 5 размещены электроакустический преобразователь, в частности электродинамическая головка 7, присоединенная к горловине рупора 8, который преимущественно выполнен экспоненциальным, но может быть и иным коническим, катеноидальным, параболическим, гиперэкспоненциальным и т.д. Внутренняя полость ящика между лицевой стенкой 2 и панелью 5 разделена на две равные части 9, образованные стенками 10 рупора 11, выходное отверстие (устье) 12 которого имеет прямоугольную форму.

Рупор 11, внутренние полости 4 и 9 ящика и отверстия 3 и 6 образуют многорезонансную колебательную систему. Объемы полостей 4 и 9 находятся соответственно в отношении от 0,2 до 8,0 в зависимости от типа резонансных частот и эквивалентных параметров электроакустического преобразователя (головки).

Рупор 11 повышает эффективность звукоизлучения громкоговорителя на частотах выше нижней границы полосы пропускания рупора, которая называется критической частотой ω_кр., определяемой по формуле
ω_кр= где β- показатель расширения рупора;
С_о скорость звука.

Для повышения эффективности звукоизлучения на частотах ниже критической частоты рупора служат фазоинверторы, образованные частями 9 внутренней полости ящика между лицевой стенкой 2 с фазоинверсными отверстиями 3 и панелью 5; колебательный контур, образованный частью внутренней полости ящика между перегородкой 5 с отверстиями 6 и задней стенкой 13.

Указанные фазоинверторы и колебательный контур представляют собой резонаторы Гельмгольца, собственная круговая частота ω_о которых определяется формулой
ω_o= где m_a акустическая масса воздуха в отверстии (горле резонатора);
С_а акустическая гибкость воздушного объема полости резонатора;
С_о скорость звука;
а радиус отверстия;
V объем полости.

Переход от угловой частоты ω_о к циклической f_o (Гц), выражается формулой
f_o= = 8,5·10³ где а в см; V см³.

Отверстия имеют такие размеры а, полости имеют такие объемы V, что образуемые ими резонаторы обладают разными собственными частотами f_о, что ведет к расширению диапазона эффективного звукоизлучения в область низких частот. При этом отношение объема полости 4 к сумме объемов рупора 8 находится в пределах от 0,2 до 8,0. За указанными пределами технический результат не достигается, так как при нижнем пределе акустическое оформление громкоговорителя вырождается в обычный рупор, а на верхнем пределе, практически, в ящик фазоинвертор.

Многорезонансная частотная характеристика модуля полного электрического сопротивления предложенного громкоговорителя (фиг.2, кривая 14) обуславливает его частотную характеристику звукоизлучения (кривая 15). Сравнение с исходной частотной характеристикой звукоизлучения (кривая 16) обычного фазоинверсного громкоговорителя показывает, что наличие рупора повышает эффективность звукоизлучения (кривая 17), а в совокупности с описанными выше резонаторами расширяет частотный диапазон звукоизлучения в область низких частот на 1/3 октавы (итоговая кривая 15 на фиг.2).

Разница по частоте между кривыми 15 и 17 в области низких частот является результатом взаимодействия собственных частот рупора с резонансными частотами многорезонансной системы и реально показывает достижение технического результата повышение эффективности звукоизлучения на частотах ниже критической частоты рупора.

При заданном объеме акустического оформления громкоговорителя для того, чтобы сохранить одинаковую излучаемую акустическую мощность при расширении вниз частотного диапазона громкоговорителя, необходимо увеличивать мощность оконечного усилителя, причем каждая октава потребует увеличения подводимой мощности в 8 раз. Соответственно для расширения частотного диапазона звукоизлучения в низкочастотную область на 1/3 октавы потребовалось бы увеличение мощности усилителя в 8:3 2,7 раза. Конструкция предложенного громкоговорителя позволяет избежать необходимости увеличения мощности усилителя при расширении частотного диапазона в низкочастотную область, что создает очевидность экономических преимуществ этой конструкции по сравнению с существующими видами громкоговорителей.

Использование: электроакустические преобразователи. Сущность изобретения: громкоговоритель содержит ящик с лицевой, задней, верхней, нижней и боковыми стенками, в котором размещены рупор с выходным прямоугольным отверстием и электроакустические преобразователи, сопряженные с горлом рупора. На лицевой стенке ящика выполнены фазоинверсные отверстия, расположенные симметрично относительно выходного прямоугольного отверстия рупора. Во внутреннюю полость ящика введена панель с отверстиями, установленная вплотную к верхней, нижней и боковым стенкам, на которой размещены электроакустические преобразователи. При этом отношение объема полости, заключенной между панелью и задней стенкой ящика, к сумме равных объемов полостей, заключенных между стенками рупора, к боковым стенкам ящика составляет 0,2 - 2,0. 2 ил.

ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ, содержащий ящик с лицевой задней, верхней, нижней и боковыми стенками, в котором размещены рупор с выходным прямоугольным отверстием и электроакустические преобразователи, сопряженные с горлом рупора, при этом на лицевой стенке ящика выполнены фазоинверсные отверстия, расположенные симметрично относительно выходного прямоугольного отверстия рупора, отличающийся тем, что во внутреннюю полость ящика введена панель с отверстиями, установленная вплотную к верхней, нижней и боковым стенкам, на которой размещены электроакустические преобразователи, при этом отношение объема полости, заключенной между панелью и задней стенкой ящика, к сумме равных объемов полостей, заключенных между стенками рупора и боковыми стенками ящика, составляет 0,2 8,0.