АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 1995 года по МПК H04R1/20 H04R5/00 

Изобретение относится к электроакустике, в частности к акустическим системам, и может быть использовано для высококачественного звуковоспроизведения в домашних, общественно-культурных, полу- и профессиональных условиях, а также в информационных системах аэропортов, вокзалов, в поездах, судах и тому подобных сооружениях, требующих повышенной артикуляции в условиях зашумленности и помех.

Известна акустическая система, содержащая 2N (где N>3) излучающих головок, соединенных синфазно и расположенных в горизонтальной плоскости попарно соосно напротив одна другой с равномерно нарастающим расстоянием между головками в парах в сторону слушателя [1]
Однако такая акустическая система не обладает объемностью и направленностью звучания.

Известна акустическая система, содержащая два идентичных соосных излучателя, включенных синфазно и направленных навстречу друг другу фронтальными излучающими поверхностями, удаленными друг относительно друга [2]
Однако такому конструктивному выполнению указанной акустической системы присущи повышенная неравномерность амплитудно-частотной характеристики, направленность излучения в вертикальной плоскости и недостаточный "эффект присутствия".

Задача изобретения создание акустической системы, конструктивное выполнение которой позволило бы снизить неравномерность амплитудно-частотной характеристики и направленность излучения в вертикальной плоскости и обеспечивало бы "эффект присутствия".

Для этого в акустической системе, содержащей два идентичных соосных излучателя, включенных синфазно и направленных навстречу друг другу фронтальными излучающими поверхностями, удаленными друг относительно друга, излучающие поверхности удалены друг от друга на расстояние, превышающее их радиус, но не превышающее длину волны нижней частоты воспроизводимого этими излучателями диапазона, включающего в себя по меньшей мере диапазон средних частот.

Целесообразно между удаленными на указанное расстояние излучающими поверхностями среднечастотных излучателей дополнительно ввести пару идентичных соосных высокочастотных излучателей, расположенных симметрично им и включенных синфазно, при этом фронтальные излучающие поверхности высокочастотных излучателей обращены в сторону излучающей поверхности среднечастотных излучателей и площадь поперечного сечения каждого высокочастотного излучателя пары составляет не более 1/4 площади излучающей поверхности среднечастотного излучателя.

В акустическую систему может быть введен низкочастотный излучатель, расположенный симметрично паре среднечастотных излучателей, причем их акустические оси расположены поперечно друг относительно друга.

Целесообразно акустические оси расположить взаимоперпендикулярно.

Преимущества предлагаемой акустической системы заключаются в улучшении качества звучания в части его объемности и "эффекта присутствия". Дополнительно резко улучшается разборчивость (артикуляция) звучания, его прозрачность, возможность проследить звучание каждого инструмента в оркестре и атмосфера зрительного зала.

Для решения поставленной задачи оказалось необходимым привлечение результатов исследований в смежной с технической акустической области-психофизиологии звуковосприятия.

Анализ психофизиологических особенностей звуковосприятия указывает, что объемность звучания обуславливается совокупностью направленности излучения с некоррелированностью шумов с программным сигналом. Основной составляющей коррелированных с сигналом шумов является интермодуляция, преобладающая в акустических системах в виде допплеровской. Суть допплеровской интермодуляции изменение частоты верхних частотных составляющих мембраной, движущейся под действием низкочастотного сигнала (эффект изменения тона гудка поезда, движущегося относительно слушателя).

Для исключения допплеровской составляющей интермодуляции, наиболее заметной в среднечастотном диапазоне, каждый излучатель, подсоединен к источнику средних частот, а геометрическая ось их излучающих поверхностей расположена вертикально. При этом допплеровские интермодуляционные составляющие каждой из излучающих поверхностей взаимно компенсируются и достигается круговая диаграмма направленности в горизонтальной плоскости.

"Эффект присутствия" обуславливается воссозданием пространственно-временных аспектов реверберации сигнала, записанного близко расположенными к исполнителям и инструментам микрофонами и звукоснимателями, не несущего информации о размерах и характере отражающих поверхностей помещения исполнения.

Основная, обязательная во всех случаях составляющая реверберации, образуется отражением звука от пола и потолка помещения. Восстановление этой составляющей осуществляется при вертикальной оси среднечастотных (высокочастотных) излучателей отражением от пола и потолка помещения прислушивания части излучения верхней и нижней излучающих поверхностей среднечастотных (высокочастотных) излучателей.

Ненаправленность излучения в горизонтальной плоскости достигается за счет расположения среднечастотных излучателей в одной вертикальной плоскости с акустической осью других полосовых излучателей.

Кроме того, для формирования единого центра излучения и круговой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости с сохранением спектрального соотношения в отраженных от пола и потолка сигналах высокочастотные излучающие поверхности располагают соосно среднечастотным излучающим поверхностям и симметрично между ними. Для того, чтобы высокочастотные излучатели своими габаритами не перекрыли существенной части излучения среднечастотных излучающих поверхностей, его габаритная площадь не должна быть более 1/4 от площади каждой из среднечастотных излучающих поверхностей. Расстояние между среднечастотными излучающими поверхностями определяется, с одной стороны, отсутствием поперечных стоячих волн, с другой стороны возможным использованием продольного резонанса для полной реализации потенциального диапазона среднечастотных излучателей. Для этого полосовой низкочастотный излучатель располагают симметрично среднечастотным излучателям по акустической оси акустической системы.

На чертеже изображена общая схема предлагаемой акустической системы.

Акустическая система содержит два идентичных соосных среднечастотных излучателя 1, включенных синфазно, пару идентичных соосных полосовых высокочастотных излучателей 2 и полосовой низкочастотный излучатель 3.

Среднечастотные излучатели 1 направлены навстречу друг другу фронтальными излучающими поверхностями 4, удаленными друг относительно друга, их геометрическая ось расположена вертикально. Излучающие поверхности 4 удалены друг от друга на расстояние, превышающее их радиус, но не превышающее длину волны нижней частоты воспроизводимого этими излучателями 1 диапазона.

Полосовые высокочастотные излучатели 2 расположены между излучающими поверхностями 4 излучателей 1 соосно и симметрично с ними. Фронтальные излучающие поверхности 5 высокочастотных излучателей 2 обращены в сторону излучающей поверхности 4 среднечастотных излучателей 1, и площадь поперечного сечения каждого высокочастотного излучателя 2 составляет не более 1/4 площади излучающей поверхности 4 излучателя 1.

Полосовой низкочастотный излучатель 3 расположен симметрично паре среднечастотных излучателей 1, причем их акустические оси расположены поперечно друг относительно друга. В описываемом варианте выполнения акустической системы акустические оси расположены взаимно перпендикулярно.

Однако следует иметь в виду, что, кроме конкретного варианта выполнения описанного выше предлагаемой акустической системы, возможны и другие варианты выполнения акустической системы, не выходящие за рамки данного изобретения.

Принцип работы предлагаемой акустической системы заключается в следующем.

Сигналы звуковых частот вызывают симметричные встречные колебания воздуха на излучающих поверхностях 4 и 5 среднечастотных 1 и высокочастотных 2 излучателей. Возбуждаемые при этом пульсирующие скоростные векторные потоки молекул воздуха сталкиваются и взаимно компенсируют векторную адиабатическую составляющую возбуждения в горизонтальной плоскости симметрии акустической системы, обеспечивая при этом азимутальную симметрию и ненаправленность излучения, преобразование векторной потоковой адиабатической составляющей возбуждения в скалярную изотермическую величину переменную концентрацию частиц, т. е. в звуковое давление, достигаемое в других акустических системах только в дальней зоне излучения.

Кроме того, вертикальность направления осей излучающих поверхностей 4 обеспечивает компенсацию допплеровской составляющей интермодуляции, так как излучающие поверхности смещаются по нормали к направлениям на зону преимущественного прислушивания. Это же расположение излучающих поверхностей способствует восстановлению обязательных реверберационных составляющих, обусловленных отражением сигнала от пола 6 и потолка 7, при этом сохраняется и азимутальная изотропность как первичного, так и отраженного звука.

Использование полосовых низкочастотного 3 и высокочастотных 2 излучателей, их симметричное расположение относительно среднечастотных излучателей 1 обеспечивает единcтво центра излучения относительно зоны оптимального расположения слушателей 8 и сохранение указанных выше преимуществ конструкции во всем диапазоне воспроизводимых частот.

Следует отметить, что повышение качества воспроизведения звука описанной акустической системы отчетливо проявляет недостатки других элементов тракта звуковоспроизведения: интермодуляционные искажения усилителей, узость динамического диапазона звуковоспроизводящих устройств и т. д. Таким образом, высокая разрешающая способность акустической системы позволяет использовать ее как контрольную при сравнительной экспертизе качества звучания элементов тракта звуковоспроизведения.

Кроме того, шумы в этой акустической системе имеют постоянную локализацию, создающую предпосылки психологической отстройки от них.

При использовании полосового низкочастотного излучателя предпочтительна его конструкция, способствующая уменьшению потоковой составляющей излучения. Габариты акустической системы в сторону зоны прислушивания должны определяться среднечастотными излучающими поверхностями, чтобы не перекрывать излучение в сторону пола 6 и потолка 7.

Использование предлагаемой акустической системы позволяет поднять технику акустических систем на новую качественную ступень. При этом потребители практически впервые получают вполне доступную возможность домашнего воспроизведения не только содержания, но и атмосферы зрительного зала, отчетливого "эффекта присутствия", восприятия закладываемого режиссером впечатления от музыкального произведения.

В предлагаемой акустической системе могут быть использованы серийные излучатели массового применения.

Использование: электротехника. Сущность изобретения: акустическая система содержит два идентичных соосных излучателя, включенных синфазно и направленных навстречу друг другу фронтальными излучающими поверхностями. Излучающие поверхности удалены друг от друга на расстояние, превышающее их радиус, но не превышающее длину волны нижней частоты воспроизводимого диапазона. 3 з. ф-лы, 1 ил.

1. АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, содержащая два идентичных соосных излучателя, включенных синфазно и направленных навстречу друг другу фронтальными излучающими поверхностями, удаленными одна от другой, отличающаяся тем, что излучающие поверхности удалены одна от другой на расстояние, превышающее их радиус, но не превышающее длину волны нижней частоты воспроизводимого этими излучателями диапазона, включающего в себя по меньшей мере диапазон средних частот. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что между удаленными на указанное расстояние излучающими поверхностями среднечастотных излучателей дополнительно введена пара идентичных соосных высокочастотных излучателей, расположенных симметрично им и включенных синфазно, при этом фронтальные излучающие поверхности высокочастотных излучателей обращены в сторону излучающих поверхностей среднечастотных излучателей и площадь поперечного сечения каждого высокочастотного излучателя пары составляет не более 1/4 площади излучающей поверхности среднечастотного излучателя. 3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в нее введен низкочастотный излучатель, расположенный симметрично паре среднечастотных излучателей, причем их акустические оси расположены под углом одна к другой. 4. Система по п.3, отличающаяся тем, что акустические оси расположены взаимно перпендикулярно.