АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 2009 года по МПК H04R1/28 

Заявляемое изобретение относится к области электроакустики и может быть использовано во всех случаях, где требуется высокое качество воспроизведения звука, а именно для озвучивания залов, студий, кинотеатров, в бытовой акустической аппаратуре экстракласса и т.п.

Из технического уровня известно достижение улучшения качества звучания, которое достигнуто за счет уменьшения нелинейных искажений. Для этого в акустической системе, содержащей корпус с размещенными в нем громкоговорителем и вибродемферирующим элементом, последний выполнен в виде сотовой конструкции, состоящей из треугольных призм, связанных между собой дроссельными отверстиями. Громкоговоритель установлен в сотовой конструкции без диффузородержателя. Численные значения диаметра D диффузора, толщин стенок призмы и корпуса S, радиуса R дроссельного отверстия и высоты h поперечного сечения треугольной призмы выбраны в соответствии с соотношениями h/S=50-60; D/S=1000-1200; S/S=1-10; D/R=20-30 (з. RU на изобретение №93043957).

Недостатком известного устройства является то, что диффузор головки нагружен дополнительной упругостью объема воздуха внутри оформления. Наличие дополнительной упругости приводит к повышению резонансной частоты подвижной системы головки в закрытом оформлении и, как следствие, к сужению снизу воспроизводимого диапазона частот.

Известно также устройство, которое обеспечивает качество звуковоспроизведения путем снабжения наружной поверхности корпусов акустической системы звукопоглощающим материалом, выполненным, например, в виде ворса (з. RU на изобретение №93013891). Предложенное конструктивное решение позволяет устранить дребезжащие призвуки.

Недостатком известного решения является увеличение веса акустической системы и способность звукопоглощающего материала поглощать влагу из окружающей среды, что приводит к сокращению воспроизводимых частот, так как корпус является важным элементом акустической системы.

Эффективное излучение звука в окружающее пространство в воздушной среде достигнуто в устройстве, корпус которого включает последовательно размещенные сверху вниз фазоинвертор, высокочастотную громкоговорящую головку, среднечастотную громкоговорящую головку и низкочастотную громкоговорящую головку. Фазоинвертор выполнен в виде трубчатого канала прямоугольного сечения, выходная часть которого на лицевой панели корпуса представляют собой горизонтальную щель с соотношением ее ширины к протяженности как 1:17. Глубина канала фазоинвертора составляет половину протяженности горизонтальной щели. Глубина, ширина и высота внутреннего пространства корпуса находятся в соотношении 1:1,05:2,65. Межцентровые расстояния между каналом фазоинвертора, высокочастотной громкоговорящей головкой, среднечастотной громкоговорящей головкой и низкочастотной громкоговорящей головкой находятся в соотношении 1,05:1,21:1,42. Среднечастотная громкоговорящая головка заключена в отдельный бокс, на задней панели корпуса размещен электрический фильтр, внутри корпуса предусмотрены звукопоглотители. Электрический фильтр акустической системы содержит высокочастотный фильтр, состоящий из индуктивности, последовательно включенную с громкоговорящей головкой RC-цепочку, включенную параллельно громкоговорящей головке, при этом ее плюс подсоединен через индуктивность с плюсом входа. Среднечастотный фильтр содержит цепочку из емкости, индуктивности и резистора, последовательно соединяющих плюс входа с минусом громкоговорящей головки. Низкочастотный фильтр содержит последовательную цепочку из емкости и резистора, соединяющие плюс входа с минусом громкоговорящей головки, и индуктивность, параллельную громкоговорящей головке (з. 93014130).

Наиболее близким к заявляемому устройству, выбранным в качестве прототипа, является устройство, позволяющее повысить эффективность звуковоспроизведения на низких частотах и оптимизации диаграммы направленности за счет разворота основного лепестка на область прослушивания. Громкоговоритель, содержащий корпус с размещенными на его фронтальной части фазоинвертором, низкочастотным, среднечастотным и высокочастотным излучателями. Фронтальная часть выполнена в виде двух плоскостей, расположенных под углами 5-65 к плоскости, перпендикулярной дну корпуса, и составляющих друг с другом угол 0-45, причем низкочастотный излучатель размещен на плоскости, один край которой примыкает к дну корпуса, другой край наклонен внутрь корпуса, а вторая плоскость расположена таким образом, что один край примыкает к крышке корпуса, а другой конструктивно выдвинут перед плоскостью расположения низкочастотного излучателя, при этом фазоинвертор размещен между этими плоскостями. Между плоскостями, образующими фронтальную часть корпуса, выполнена перегородка, по крайней мере с одним отверстием, образующим фазоинвертор. Фазоинвертор может быть выполнен в виде тоннеля, образованного боковыми стенками корпуса, верхней плоскостью фронтальной части и продолжением нижней плоскости, причем угол составляет 0-15 градусов (П SU №1547083).

Недостатком известного устройства является сокращение внутреннего объема акустической системы, что приводит к нарушению гибкости объема воздуха, повышению коэффициента нелинейных искажений, нечеткости звучания и неравномерности амплитудно-частотной характеристики.

Задачей изобретения является расширение арсенала известных устройств воспроизводства высококачественного звука.

Техническими результатами, которые могут быть получены при использовании изобретения, являются:

- снижение коэффициента нелинейных искажений;

- повышение равномерности амплитудно-частотной характеристики;

- повышение звукового давления,

- повышение качества звучания;

Решение поставленной задачи и достижение вышеперечисленных результатов стали возможны благодаря тому, что в известной акустической системе, включающей корпус, динамическую головку громкоговорителя, элементы крепления и фазоинверсное отверстие, корпус имеет в разрезе форму овала, вытянутого вдоль вертикальной оси симметрии изделия и выполнен из дерева, с противолежащих сторон в этом корпусе выполнено по одному круговому отверстию, центры которых лежат на горизонтальной оси симметрии изделия, одно из отверстий корпуса наглухо закрыто резонирующей торцевой стенкой из дерева, габаритные размеры динамической головки громкоговорителя обеспечивают возможность ее установления по горизонтальной оси изделия внутри корпуса таким образом, чтобы ее диффузор располагался во втором отверстии корпуса, а его периметр формировал с краями этого отверстия кольцевое фазоинверсное отверстие, ширина которого обеспечивает создание максимальной величины когерентной волны, а резонирующая торцевая стенка выполнена в виде сегмента, имеющего изгиб, обеспечивающий возможность создания точного угла для максимального отражения звуковой волны и имеет толщину, меньшую, чем толщина корпуса, обеспечивающую вибрацию торцевой стенки.

В частных примерах выполнения акустической системы динамическая головка громкоговорителя крепится в сквозном отверстии с помощью элементов крепления, а элементы крепления представлены тремя кронштейнами из пластмассы в виде профильного сегмента, состоящего из двух частей, стороны которого при совмещении запирают кромку отверстия и кромку диффузора, при этом угол между кронштейнами составляет 120 градусов.

Известные из технического уровня акустические системы построены по принципу разделения бесконечным экраном лицевой стороны диффузора с тыльной его частью. Это позволяет добиться высокого качества. Однако бесконечный экран на практике является абсурдным и заменен корпусом с ограниченным объемом, а вот форма этого объема приобретает различные конфигурации в зависимости от конструкции акустической системы. Известно, что форма оказывает заметное влияние на характер звучания, при этом по мере изменения формы акустической системы от шара к кубу возрастают неравномерность акустических характеристик и потеря частот. В то же время усеченный параллелепипед имеет весьма равномерную акустическую характеристику частот. Наличие углов в плоскости распространения от источника звука вызывает образование мнимых источников звука. При расширении этой плоскости мнимые источники звука раздвигаются с увеличением расстояния между углами колонки, что приводит к дифракции звука. Частота, при которой возникает эффект дифракции, зависит от размеров и резонанса акустической системы. Резонанс столба воздуха наблюдается при возникновении стоячей волны между параллельными стенками корпуса и может иметь сравнительно постоянную энергию. Коробка корпуса имеет четыре пары параллельных стенок, т.е. существует четыре возможных источника окрашивания со своими собственными частотами и их гармониками.

Изобретательским шагом является то, что заявляемая совокупность существенных признаков позволяет устранить вышеупомянутые недостатки за счет расположения фазоинверсного отверстия вдоль периметра диффузора динамической головки. Это позволяет не делить волну на составные части. Резонансная торцевая стенка создает направленную отраженную волну. Отраженная волна формирует на выходе из фазоинверсного отверстия в сумме с излученной волной амплитудно-частотные характеристики и повышается качество звучания;

Заявляемое изобретение показано на следующих фигурах:

Фиг.1. Показан корпус, динамическая головка громкоговорителя, горизонтальная и вертикальные оси симметрии, диффузор, кольцевое фазоинверсное отверстие, резонирующая стенка, разрез по вертикали.

Фиг.2. Показан корпус с отверстиями под динамическую головку громкоговорителя и резонирующую стенку.

Фиг.3. Показано устройство с динамической головкой громкоговорителя со стороны диффузора и кольцевое фазоинверсное отверстие.

Заявляемая акустическая система включает корпус 1, динамическую головку громкоговорителя 2, элементы крепления 3, резонирующую торцевую стенку 4 и кольцевое фазоинверсное отверстие 5. Корпус 1 выполнен из дерева и в разрезе имеет форму овала, вытянутого вдоль вертикальной оси симметрии 6. С противолежащих сторон в корпусе выполнено по одному круговому отверстию 7 и 8, центры которых лежат на горизонтальной оси симметрии 9 изделия. Динамическая головка громкоговорителя 2 является готовым целостным резонатором (не показано) со своим диапазоном частот. Габаритные размеры динамической головки громкоговорителя 2 должны обеспечивать возможность ее установления по горизонтальной оси симметрии 9 внутри корпуса 1 таким образом, чтобы ее диффузор 10 располагался в отверстии 7, а его периметр формировал с краями отверстия 7 кольцевое фазоинверснос отверстие 5, ширина которого обеспечивает возможность создания максимальной величины когерентной волны.

Динамическая головка громкоговорителя 2 крепится в сквозном отверстии 7 с помощью элементов крепления 3 в виде кронштейнов, которые могут быть выполнены из пластмассы и представляют собой профильный сегмент (не показан), состоящий из двух частей, стороны которого при совмещении запирают кромку отверстия 7 и кромку диффузора 10. Угол между кронштейнами составляет 120 градусов.

Противолежащее отверстие 8 плотно закрыто резонирующей торцевой стенкой 4, выполненной из дерева в виде сегмента, имеющего изгиб, обеспечивающий возможность создания точного угла для максимального отражения звуковой волны и имеет толщину, меньшую, чем толщина корпуса, обеспечивающую вибрацию торцевой стенки. Устройство может быть снабжено ножками 11, обеспечивающими его установку на плоской поверхности.

Заявленное устройство основано на формировании когерентной волны в плоскости фазоинверсного отверстия и работает следующим образом. Воздушный объем, находясь в состоянии покоя, не оказывает никакого влияния как на резонатор динамической головки громкоговорителя 2, так и на резонирующую торцевую стенку 4. Это нулевая точка отсчета заявляемого устройства. На резонатор динамической головки громкоговорителя 2 подают электрический ток. Поверхность диффузора 10 выгибается в сторону уменьшения воздушного объема в корпусе 1. Резонирующая торцевая стенка 4 деформируется в сторону увеличения воздушного объема и, достигнув критической точки, возвращается назад. Следующая операция осуществляется в обратном порядке до начала момента первой волны. Затем, продвигаясь дальше, волна начинает накладываться на волну, излученную резонатором уже в противоположную сторону, направленную на увеличение объема в корпусе 1. В результате этого формируют область особенно сильного колебания воздушного объема. Точка совмещения двух волн в области колебания позволяет использовать когерентную волну в кольцевом фазоинверсном отверстие 5.

Промышленная применимость заявленного изобретения показана на следующих примерах конкретного применения.

Пример 1.

Корпус заявленной акустической системы выполнен из дуба:

Высота корпуса по вертикальной оси симметрии, м 0,9 Ширина корпуса по горизонтальной оси симметрии, м 0,35 Толщина стенки корпуса, м 0,02 Диаметр сквозных отверстий, м 0,5

Габаритные размеры динамической головки:

Длина динамической головки, м 0,25 Диаметр диффузора, м 0,37

Ширина кольцеобразного фазоинверсного отверстия составляет 0,037 м.

Резонирующая торцевая стенка выполнена из осины и имеет толщину 0,008 м, изгиб равен 3 градусам.

Крепежные элементы представлены тремя кронштейнами из пластмассы в виде профильного сегмента, состоящего из двух частей, стороны которого при совмещении запирают кромку отверстия и кромку диффузора, при этом угол между кронштейнами составляет 120 градусов.

Устройство установлено на территории автопарка, содержащего семьдесят единиц автотранспортных средств. Территория характеризуется наличием боксов и открытых площадок.

При полной загрузке рабочего времени, включенных механизмах, наивысшем коэффициенте децибел, система при мощности в 50 Вт в канал обеспечивает четкую слышимость. Коэффициент нелинейных искажений составляет 0,2, график амплитудно-частотных характеристик равномерный, звуковое давление составляет 1,7 Па.

Пример 2. Прототип.

Устройство установлено по примеру 1.

Слышимость нечеткая. Коэффициент нелинейных искажений составляет 0,8, график амплитудно-частотных характеристик равномерный, звуковое давление Па составляет 1,2 Па. Качество звучания нечеткое.

Как видно из представленных примеров 1 и 2, заявляемая совокупность существенных признаков акустической системы позволяет расширить арсенал известных средств новым устройством, реализующим свое назначение с позитивными результатами. Снижение коэффициента нелинейных искажений до 0,2, повышение равномерности амплитудно-частотной характеристики, повышение звукового давления до 1,7 Па и повышение качества звучания получены благодаря достигнутой конструктивной возможности формирования когерентной волны в плоскости фазоинверсного отверстия.

Изобретение относится к области электроакустики и может быть использовано там, где требуется высокое качество воспроизведения звука, например для озвучивания залов, студий. Техническим результатом изобретения является снижение коэффициента нелинейных искажений, повышение равномерности амплитудно-частотной характеристики, повышение звукового давления. Акустическая система включает корпус, динамическую головку громкоговорителя, элементы крепления и фазоинверсное отверстие. При этом корпус имеет в разрезе форму овала, вытянутого вдоль вертикальной оси симметрии изделия и выполнен из дерева. С противолежащих сторон в корпусе выполнено по одному круговому отверстию, центры которых лежат на горизонтальной оси симметрии изделия, одно из отверстий корпуса наглухо закрыто резонирующей торцевой стенкой из дерева, диффузор динамической головки громкоговорителя располагается во втором отверстии корпуса, а его периметр формирует с краями этого отверстия кольцевое фазоинверсное отверстие, ширина которого обеспечивает создание максимальной величины когерентной волны, а резонирующая торцевая стенка выполнена в виде сегмента, имеющего изгиб, обеспечивающий возможность создания точного угла для максимального отражения звуковой волны и имеет толщину, меньшую, чем толщина корпуса, обеспечивающую вибрацию торцевой стенки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Акустическая система, включающая корпус, динамическую головку громкоговорителя, элементы крепления и фазоинверсное отверстие, отличающееся тем, что корпус имеет в разрезе форму овала, вытянутого вдоль вертикальной оси симметрии изделия, и выполнен из дерева, с противолежащих сторон в этом корпусе выполнено по одному круговому отверстию, центры которых лежат на горизонтальной оси симметрии изделия, одно из отверстий корпуса наглухо закрыто резонирующей торцевой стенкой из дерева, габаритные размеры динамической головки громкоговорителя обеспечивают возможность ее установления по горизонтальной оси изделия внутри корпуса таким образом, чтобы ее диффузор располагался во втором отверстии корпуса, а его периметр формировал с краями этого отверстия кольцевое фазоинверсное отверстие, ширина которого обеспечивает создание максимальной величины когерентной волны, а резонирующая торцевая стенка выполнена в виде сегмента, имеющего изгиб, обеспечивающий возможность создания точного угла для максимального отражения звуковой волны и имеет толщину, меньшую, чем толщина корпуса, обеспечивающую вибрацию торцевой стенки.

2. Акустическая система по п.1, отличающаяся тем, что динамическая головка громкоговорителя крепится в сквозном отверстии с помощью элементов крепления.

3. Акустическая система по п.1, отличающаяся тем, что элементы крепления представлены тремя кронштейнами из пластмассы в виде профильного сегмента, состоящего из двух частей, стороны которого при совмещении запирают кромку отверстия и кромку диффузора, при этом угол между кронштейнами составляет 120°.