АКУСТИЧЕСКАЯ КОЛОНКА Российский патент 1997 года по МПК H04R1/28 

Изобретение относится к акустической технике, в частности к акустическим колонкам звуковоспроизводящей аппаратуры и может быть использовано преимущественно для выполнения низкочастотной части акустических колонок.

Известна акустическая колонка в виде прямоугольного ящика, на лицевой панели которого расположен блок громкоговорителей, состоящий из среднечастотного и высокочастотного громкоговорителей в верхней части панели и низкочастотного громкоговорителя в нижней части [1]
Ее недостатками являются низкий КПД, связанный с излучением громкоговорителями звуковых волн непосредственно в открытое пространство и обусловленный несогласованностью высокого механического сопротивления подвижной головки громкоговорителя с низким сопротивлением открытой воздушной среды, а также значительное искажение частотных характеристик из-за внутренних резонансов параллельных стенок корпуса колонки.

Известна акустическая колонка, в которой повышение равномерности частотной характеристики и повышение КПД головки громкоговорителя достигается за счет выполнения корпуса сферической формы. При этом звуковые волны, возникающие внутри корпуса, возбуждают его колебания, и он излучает звуковую энергию. Обеспечиваемая сферой плавность прилегающей к диффузору поверхности корпуса значительно ослабляет эффект дифракции [2]
Недостаток данной колонки заключается в том, что ее диаграмма направленности имеет сферическую форму, т.е. является всенаправленной. Это снижает эффективность восприятия и обусловливает специфические условия применения, например, в центре зала дискотеки.

Прототипом изобретения является акустическая колонка, содержащая корпус, громкоговоритель с диффузором, установленный в корпусе и звукоотражатель, установленный напротив фронтальной поверхности [3]
Недостатком этой колонки является низкий КПД и неравномерность частотной характеристики.

Техническим результатом использования изобретения является повышение КПД, направленности излучения и равномерности частотной характеристики.

Результат достигается за счет выполнения корпуса с кольцевым отверстием на фронтальной стенке и перегородкой в форме полусферы; громкоговоритель выполнен низкочастотным и установлен по кромке диффузора в отверстии перегородки корпуса, а звукоотражатель имеет форму полусферы, основание которой закреплено на внутренней стороне фронтальной стенки корпуса по внутреннему радиусу ее кольцевого отверстия.

При этом центральные оси звукоотражателя, перегородки корпуса и громкоговорителя могут совпадать, а зазор между звукоотражателем и перегородкой не являться постоянным. Кроме того, в колонку могут быть введены среднечастотный и высокочастотный громкоговорители с диффузорами, установленные внутри звукоотражателя, причем диффузоры этих громкоговорителей расположены в соответствующих отверстиях на фронтальной стенке корпуса.

В колонке по крайней мере фронтальная стенка корпуса может быть выполнена округлой.

Зазор между перегородкой корпуса и звукоотражателем является лабиринтом, по которому распространяются излучаемые диффузором звуковые волны. При этом за счет плавных переходов поверхностей этих элементов и отсутствия каких-либо углов и выступов, в частности, в месте подвески диффузора, предотвращается дифракция и обусловленные дифракцией нелинейные искажения низших звуковых частот, обеспечивается повышенная равномерность частотной характеристики.

Лабиринт является воздушной полостью, обеспечивающей повышенное сопротивление воздушной среды, что уменьшает несогласованность высокого механического сопротивления подвижной головки и сопротивления воздушной среды и повышает КПД громкоговорителя.

Наличие кольцевого отверстия на фронтальной стенке корпуса, являющегося выходом лабиринта, обеспечивает повышенную направленность излучения звуковых волн.

Совпадение центральных осей звукоотражателя, перегородки корпуса и низкочастотного громкоговорителя при непостоянстве зазора между звукоотражателем и перегородкой исключает образование параллельных друг другу сферических кривых и предотвращает образование резонанса, характерного для параллельных поверхностей.

Выполнение акустической колонки с разделенной низкочастотной и высокочастотной частями и размещение среднечастотного и высокочастотного громкоговорителей в полусфере звукоотражателя оптимизирует компановочные решения акустической системы и исключает взаимное воздействие ее элементов друг на друга.

Выполнение фронтальной стенки корпуса колонки округлой позволяет повысить КПД громкоговорителя и снизить вероятность резонанса стенок корпуса. Звуковые волны внутри корпуса воздействуют преимущественно на фронтальную стенку, вызывая ее колебания с излучением звуковой энергии. При этом непараллельность фронтальной стенки к другим стенкам корпуса предотвращает возникновение резонанса на этих стенках под воздействием ее колебаний.

На фиг. 1 показана акустическая колонка, общий вид; на фиг.2 - акустическая колонка, продольный разрез; на фиг.3 принципиальная схема акустической системы при условном размещении громкоговорителя в центре перегородки корпуса; на фиг. 4 схема лабиринта с непараллельными стенками при взаимном смещении центров, образующих его полусферических элементов.

Акустическая колонка содержит корпус 1 с плоскими боковыми 2, тыльной 3 и округлой фронтальной 4 стенками. Внутри корпуса размещен низкочастотный громкоговоритель 5 с диффузором 6, звукоотражатель в форме полусферы 7, установленный напротив фронтальной поверхности диффузора 6 с зазором относительно нее, перегородка корпуса в форме полусферы 8, имеющая отверстие, в котором по кромке раскрыва 9 диффузора 6 установлен громкоговоритель 5. Ограниченное звукоотражателем и перегородкой пространство имеет форму полусферического лабиринта, входным отверстием которого является отверстие в перегородке, где установлен диффузор 6, а выходным кольцевое отверстие на фронтальной стенке 4 корпуса. Громкоговоритель 5 расположен на тыльной стороне полусферической перегородки, а основание полусферы звукоотражателя 7 закреплено на внутренней стороне фронтальной стенки 4 корпуса. Низкочастотный громкоговоритель 5 и лабиринт 10 образуют низкочастотную часть акустической колонки. Высокочастотная часть акустической колонки образована среднечастотным и высокочастотным громкоговорителями 12 и 13, установленными в полусфере звукоотражателя 7. Диффузоры громкоговорителей 12 и 13 выходят наружу через отверстия во фронтальной стенке колонки.

Центральные оси звукоотражателя 7, перегородки 8 и громкоговорителя 5 совпадают. При этом предпочтительный вариант выполнения (фиг.4) предполагает расположение центров образующих полусферических элементов на этой оси со сдвигом друг относительно друга таким образом, что эти элементы не имеют параллельных друг другу поверхностей. Эту непараллельность обеспечивают изменением радиуса R₁ полусферы звукоотражателя без изменения радиуса R₂ окружности, проходящей через кромки раскрыва диффузора с сохранением расстояния между вершинами полусфер А. Расстояние между вершинами зависит от типа громкоговорителя и может быть привязано к радиусу R окружности раскрыва диффузора. Определенное расчетным путем оптимальное расстояние А составляет А 0,618R.

Устройство работает следующим образом.

При подаче электрических сигналов звуковой частоты на катушку громкоговорителя 5 возбуждение последней вызывает колебания диффузора, преобразующего электрические колебания в звуковые колебания частиц воздуха. Излучаемые диффузором звуковые волны распространяются по ограниченному, в виде полусферического лабиринта 10, пространству и, частично отражаясь от боковых стенок и поверхности звукоотражателя и огибая его, выходят наружу через кольцевое отверстие во фронтальной стенке корпуса колонки. При этом, за счет плавных переходов внутренних поверхностей и отсутствия каких-либо углов и выступов, в частности в месте подвески диффузора, предотвращается дифракция и обусловленные дифракцией нелинейные искажения на низких частотах.

Использование: акустические колонки звуковоспроизводящей аппаратуры. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, низкочастотный громкоговоритель с диффузором, установленный в корпусе, звукоотражатель в форме полусферы, установленный напротив фронтальной поверхности диффузора с зазором относительно нее и закрепленный основанием на внутренней стороне фронтальной стенки корпуса по внутреннему радиусу ее кольцевого отверстия. Громкоговоритель установлен по кромке диффузора в отверстии полусферической перегородки корпуса. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Акустическая колонка, содержащая корпус, громкоговоритель с диффузором, установленный в корпусе, и звукоотражатель, установленный напротив фронтальной поверхности диффузора с зазором относительно нее, отличающийся тем, что корпус выполнен с кольцевым отверстием на фронтальной стенке и имеет перегородку в форме полусферы, громкоговоритель выполнен низкочастотным и установлен по кромке диффузора в отверстии перегородки корпуса, а звукоотражатель имеет форму полусферы, основание которой закреплено на внутренней стороне фронтальной стенки корпуса по внутреннему радиусу ее кольцевого отверстия. 2. Колонка по п. 1, отличающаяся тем, что центральные оси звукоотражателя, перегородки корпуса и громкоговорителя совпадают, а зазор между звукоотражателем и перегородкой не является постоянным. 3. Колонка по п. 1, отличающаяся тем, что в нее введены среднечастотный и высокочастотный громкоговорители с диффузорами, установленные внутри звукоотражателя, причем диффузоры этих громкоговорителей расположены в соответствующих отверстиях на фронтальной стенке корпуса. 4. Колонка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что по крайней мере фронтальная стенка корпуса выполнена округлой.