УЗЕЛ АКУСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 1996 года по МПК H04R9/06 

Изобретение относится к акустической звуковоспроизводящей аппаратуре и может найти применение в составе бытовых стереофонических систем.

Одним из главных требований к высококачественному воспроизведению акустических систем (АС) является обеспечение неискаженной передачи динамического диапазона передаваемых сигналов. Исследования по определению слышимости искажений динамического диапазона, проведенные почти 40 лет назад, показали сильную чувствительность слуха к его ограничению. Поскольку КПД современных динамических громкоговорителей составляет примерно 1% то при условии выполнения вышеуказанного требования, громкоговорители должны выдерживать подводимые электрические мощности до 100.200 Вт и обеспечивать большие амплитуды смещений подвижной системы на низких частотах. При этом нелинейные искажения, возникающие из-за нелинейной зависимости деформации подвеса диффузора и центрирующей шайбы от приложенной силы, могут составлять 80% от общего уровня искажений излучаемого громкоговорителем сигнала.

Известен низкочастотный блок (1), содержащий акустический излучатель, состоящий из двух пар низкочастотных громкоговорителей. Излучатель установлен на нижней половине фронтальной стенки корпуса, причем одна пара громкоговорителей излучает фронтальной поверхностью диффузора, а другая - тыльной. Электрически эти пары включены в противофазе. В блоке применен корпус фазоинверсного типа. Отверстие фазоинвертора расположено на фронтальной стенке над излучателем. Блок имеет корректирующий фильтр верхних частот.

Данный низкочастотный блок имеет следующие недостатки:
повышенный уровень звукоотражения от пола и стен помещения прослушивания, снижающий качество звука,
пониженные эксплуатационные свойства, связанные с выступающими над фронтальной поверхностью корпуса громкоговорителями, излучающими тыльной стороной диффузора,
необходимость использования четырех громкоговорителей с одинаковыми параметрами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является низкочастотный узел акустической системы (2), содержащий корпус, выходное отверстие на фронтальной стенке, панель, низкочастотные громкоговорители, причем громкоговорители закреплены на панели соосно и навстречу один другому фронтальными поверхностями диффузоров. Первая сторона панели закреплена на фронтальной стенке над выходным отверстием, вторая сторона панели на первой боковой стенке, третья на второй боковой стенке. Четвертая сторона панели закреплена на тыльном ребре основания корпуса.

К недостаткам известного низкочастотного узла можно отнести:
низкий КПД, связанный с установкой громкоговорителей соосно и навстречу друг другу,
"задержанные" резонансы, обусловленные воздействием на диффузор импульсов, отраженных от тыльной стенки корпуса, приводящие к снижению качества звучания.

Цель изобретения повышение качества звучания за счет расширения динамического диапазона и снижения влияния отраженных звуковых импульсов на излучатель.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом узле АС, содержащем корпус со средством звукоотражения, выполненного в виде наклонной к основанию корпуса и закрепленной на нем панели, на которой установлен первый громкоговоритель акустического излучателя, в средство звукоотражения введена дополнительная наклонная к основанию и закрепленная на нем панель, причем средство звукоотражения вместе со стенками корпуса образует рупоры, связывающие акустический излучатель с окружающим пространством посредством двух выходных отверстий. Кроме того второй громкоговоритель акустического излучателя установлен на дополнительной панели средства звукоотражения, причем один громкоговоритель направлен диффузором внутрь корпуса, а другой наружу.

На фиг. 1 представлен чертеж узла акустической системы, на фиг. 2 узел акустической системы в помещении прослушивания.

Как показано на фиг. 1 узел АС состоит из корпуса, средства звукоотражения 2, излучателя 3. Корпус 1 образован фронтальной, тыльной, боковыми стенками, верхней панелью и панелями средства звукоотражения 2. Корпус 1 совместно со средством 2 образует акустическое оформление излучателя 3. Средство 2 состоит из двух отражательных панелей с отверстиями для установки громкоговорителей. Средство 2 совместно с основанием и тыльной панелью образуют рупоры, предназначенные для согласования механического сопротивления подвижной системы громкоговорителей с воздушной средой. Излучатель 3 состоит из двух громкоговорителей, электрически включенных в противофазе. С целью уменьшения четных гармоник, возникающих при больших амплитудах смещений диффузоров, один громкоговоритель излучает фронтальной поверхностью диффузора, а другой тыльной. Панели средства звукоотражения закреплены на основании корпуса вдоль оси симметрии основания своей общей стороной.

Акустическое оформление излучателя 3 выполнено в виде закрытого ящика, но также может быть выполнено в виде фазоинвертора, в том числе, с использованием пассивного излучателя. Для реализации предлагаемого узла АС могут быть использованы традиционные материалы: фанера, древесно-стружечная плита, а в качестве излучателя 3 могут быть использованы низкочастотные динамические громкоговорители типа 75ГДН и другие.

Узел работает следующим образом. При подведении сигнала к излучателю 3, звуковые колебания, создаваемые громкоговорителями, отражаются от основания и панелей, образующих средство 2. Форма отверстий на фронтальной и боковых стенках выбрана с таким расчетом, чтобы в пределах зоны прослушивания обеспечивалось равномерное звуковое поле. При работе однотипных громкоговорителей на общую акустическую камеру механическая гибкость излучателя уменьшается в 2 раза (в случае равенства гибкостей громкоговорителей). В отличие от наиболее близкого аналога в предлагаемом узле АС излучатель 3 имеет в 2 раза большую эффективную площадь излучения, так как громкоговорители установлены отдельно, а не соосно. Известно, что КПД узла АС:
, (1)
где f_S резонансная частота громкоговорителя,
С_MS механическая гибкость подвеса громкоговорителя,
S_D эффективная площадь диффузора громкоговорителя,
Q_ES электрическая добротность громкоговорителя,
C скорость звука в воздуха,
ρ_o плотность воздуха.

В наиболее близком аналоге эффективная площадь излучателя равна эффективной площади одиночного громкоговорителя, поэтому в соответствии с [1] КПД предлагаемого узла АС в 4 раза больше по сравнению с известным.

Максимальный уровень звукового давления, создаваемый узлом АС:
, (2)
где Р_E электрическая мощность, подводимая к излучателю 3,
η_o КПД,
r расстояние, на котором определяется уровень звукового давления.

Четырехкратное увеличение КПД обеспечивает расширение динамического диапазона по сравнению с наиболее близким аналогом на 6 дБ.

Принципиально новая ориентация рупоров позволяет увеличить глубину акустической камеры за счет увеличения расстояния между боковыми стенками. Это благоприятно сказывается на работе излучателя 3, так как значительная часть энергии, отраженной от боковых стенок звуковой волны, успевает рассеяться внутри камеры.

На фиг. 2 представлен предлагаемый узел АС в помещении прослушивания. Здесь узел АС используется в качестве низкочастотного блока трифонической системы, который обеспечивает широкую диаграмму направленности излучения в горизонтальной плоскости.

Как видно из приведенного описания и графических материалов, предлагаемый узел АС по сравнению с прототипом, за счет полного использования эффективной площади диффузоров громкоговорителей и лучшего согласования их с воздушной средой, позволяет увеличить КПД, расширить динамический диапазон воспроизведения, а также благодаря принципиально новой ориентации отражательных панелей, увеличивающей расстояние между диффузором громкоговорителя и противоположной отражающей поверхностью, уменьшить мощность отраженного импульса, воздействующего на диффузор, тем самым снизить отрицательное влияние "задержанных" резонансов на качество звучания.

Использование: в акустической звуковоспроизводящей аппаратуре. Сущность изобретения: в узел акустической системы введено средство звукоотражения, содержащее корпус, средство звукоотражения в виде двух панелей, наклонных к основанию, первый громкоговоритель, установленный на одной из панелей. Средство звукоотражения вместе со стенками корпуса образует рупоры, связывающие акустический излучатель с окружающим пространством посредством двух выходных отверстий. 2 ил.

1. Узел акустической системы, содержащий корпус со средством звукоотражения, выполненного в виде наклоненной к основанию корпуса и закрепленной на нем панели, на которой установлен первый громкоговоритель акустического излучателя, отличающийся тем, что в средство звукоотражения введена дополнительная наклоненная к основанию и закрепленная на нем панель, причем средство звукоотражения вместе со стенками корпуса образует рупоры, связывающие акустический излучатель с окружающим пространством посредством двух выходных отверстий. 2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что второй громкоговоритель акустического излучателя установлен на дополнительной панели средства звукоотражения, причем один громкоговоритель направлен диффузором внутрь корпуса, а другой наружу, при этом панели средства звукоотражения закреплены на основании корпуса вдоль оси симметрии основания своей общей стороной.