ОБЪЕДИНЯЕМЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ ЗВУКА Российский патент 2022 года по МПК H04R1/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электроакустике, в частности к аудиосистемам, а именно к устройству излучателя, получаемого объединением двух и более компрессионных электродинамических головок (компрессионных драйверов), имеющего единое звуковое поле с заданными характеристиками.

Уровень техники

Из уровня техники известны некоторые примеры акустических систем и устройств излучателей, однако в них используются компрессионные драйверы совместно с волноводами, позволяющими получить цилиндрический или тороидальный фронт волны, складывая их в массивы, путем последовательного расположения их вдоль цилиндра или тора короткими сторонами устьев друг к другу.

В патенте US9204212 «MULTIPLE APERTURE SPEAKER ASSEMBLY» (МПК H04R1/32, приоритет: 05.05.2014 г) предложены способы и устройства для волноводных структур и узлов громкоговорителей. В одном варианте осуществления волновод может включать в себя входную апертуру, сконфигурированную для приема звукового сигнала от источника звука, и множество изолированных путей прохождения звука, имеющих практически одинаковую длину пути. Каждый изолированный звуковой путь может быть образован внутри корпуса волновода и иметь криволинейный путь для уменьшения глубины волновода. Волновод может включать в себя множество заглушек, при этом каждая заглушка делит выход одного из изолированных звуковых путей на множество выходных звуковых путей и определяет множество выходных отверстий волновода. Каждый выходной звуковой тракт характеризуется уменьшенной шириной по сравнению с выходным изолированным звуковым трактом, при этом множество выходных отверстий сконфигурировано для вывода комбинированного звукового сигнала на основе, по меньшей мере частично, множества звуковых сигналов.

В патенте KR102097891 «Three-Dimensional Sound Guide for Speaker and Speaker Having the Same» (МПК H04R1/34; H04R9/06, приоритет 01.02.2019 г.) раскрыт стереогид для динамика и динамика, включающего его. В соответствии с настоящим изобретением стереогид для динамика содержит модуль звуковода, который выполнен в форме круглого или квадратного конуса, чтобы предотвратить взаимную интерференцию звуков, генерируемых динамиком, и распространять звуки под разными углами через множество независимые пути звуковода, при этом сформировано множество направляющих, разнесенных на равные промежутки, чтобы образовать пути звуковода внутри модуля звуковода. В соответствии с настоящим изобретением направляющая сформирована для формирования множества независимых путей звуковода внутри модуля звуковода и направляет звук, генерируемый динамиком, наружу модуля звуковода с помощью путей звуковода и направляющей. Следовательно, можно направлять звук под разными углами, предотвращая при этом взаимные помехи в процессе направления звука, чтобы звук мог распространяться далеко и четко в широком пространстве.

В патенте RU2617724 «АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С НАБОРОМ СМЕННЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ЛИНЗ» (МПК G10K11/30, приоритет: 09.12.2015 г.) описана акустическая система с набором сменных акустических линз содержит корпус с линейным массивом ленточных преобразователей, на выходной канал каждого из которых устанавливается сменная акустическая линза из набора множества акустических линз посредством быстросъемных креплений, выполненных на лицевых стенках корпуса акустической системы, каждая из которых выполнена в виде трапецеидальной призмы с открытыми противоположно расположенными параллельными боковыми гранями с формированием входного и выходного отверстий звукового канала, боковая грань со стороны входного отверстия переходит в волновод, форма которого соответствует форме выходного канала линейного массива, звуковой канал линзы разделен на дорожки трапециевидными лопатками, горизонтально или вертикально расположенными между боковыми стенками линзы, при этом каждая линза имеет углы раскрытия по горизонтали и вертикали, отличные от остальных линз.

Известен патентный документ US7177437 «Multiple aperture diffraction device» (МПК H04R25/00, приоритет: 18.10.2002 г.), который раскрывает рупор в сборе для высокочастотных акустических динамиков. В массиве динамиков расстояние между соседними динамиками должно быть меньше длины волны излучаемого звука для эффективного объединения. Для высокочастотного звука относительно небольшая длина волны накладывает ограничение на такое расстояние. Такие ограничения иногда физически трудно реализовать. Рупорный узел увеличивает размеры выходного отверстия небольшого динамика до желаемых размеров за счет использования одной или нескольких заглушек, которые делят большую полость рупора на меньшие полости рупора и создают к ним одинаковые пути прохождения. Подобные длины пути и меньшие полости рупора, имеющие желаемые размеры, позволяют эффективно комбинировать выходящий звук. Габаритные размеры выходной части узла рупора могут быть выбраны в соответствии с размерами более крупных низкочастотных динамиков, что позволяет улучшить расположение высокочастотных динамиков по сравнению с другими более крупными громкоговорителями.

Из патента RU2760383 «СИСТЕМА ЗВУКОВОГО ВЕЩАНИЯ» (МПК G10K11/26, H04R1/24, приоритет 24.01.2017 г.) известно устройство звукового вещания, содержащему секцию высоких частот, содержащую по меньшей мере один источник (S_HF) звука высокой частоты, и секцию средних частот, содержащую по меньшей мере два источника (S_MF) звука средней частоты, причем источники (S_HF, S_MF) звука наложены друг на друга вертикально, в котором секция средних частот содержит нижнюю подсекцию, расположенную ниже секции высоких частот и содержащую по меньшей мере один источник (S_MF) звука средней частоты, и верхнюю подсекцию, расположенную выше секции высоких частот и содержащую по меньшей мере один источник (S_MF) звука средней частоты, в которой направленность в вертикальной плоскости секции высоких частот имеет наклон относительно горизонтали (Н), который приблизительно равняется наклону (θ_MF) направленности в вертикальной плоскости секции средних частот относительно горизонтали, таким образом, что общая направленность в вертикальной плоскости устройства имеет ненулевой наклон (θ_Dir) относительно горизонтали (Н).

Патент RU2638081 «АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С УЛУЧШЕННОЙ РЕГУЛИРУЕМОЙ НАПРАВЛЕННОСТЬЮ» (МПК H04R1/32, приоритет 30.10.2013 г.) раскрывает акустическую систему, которая содержит высокочастотный акустический преобразователь и среднечастотный акустический преобразователь, регулируемые створки, действующие на звуковое излучение высокочастотного акустического преобразователя для получения направленности звукового излучения высокочастотного акустического преобразователя в выбранном угловом секторе, при этом среднечастотный акустический преобразователь и высокочастотный акустический преобразователь излучают в общем частотном диапазоне, и содержит цифровой сигнальный процессор, действующий на сигнал, предназначенный для высокочастотного акустического преобразователя, и на сигнал, предназначенный для среднечастотного акустического преобразователя таким образом, чтобы в общем частотном диапазоне изменялась амплитуда, а также фаза, с тем чтобы получить направленность звукового излучения для пары, состоящей из высокочастотного акустического преобразователя и среднечастотного акустического преобразователя в том же выбранном угловом секторе, что и направленность, обеспечиваемая регулируемыми створками.

Прототипом заявляемого технического решения является устройство, описанное в патенте EP0331566 «Cylindrical acoustic wave guide» (МПК G10K11/22; G10K11/26; H04R1/34, приоритет 29.02.1988 г.) - излучатель (волновод) для выходной стороны громкоговорителя, перед диафрагмой или перед входом в компрессионную камеру, лежащий на оси рассматриваемого преобразователя и содержащий канал, поперечное сечение которого увеличивается от входа к выходу, отверстие, волновод которого отличается тем, что выходное устье плоское и удлиненное, тем, что его канал содержит проход (между входным устьем и выходным отверстием, способный направлять волны в общем форме, напоминающей лист, и тем, что кратчайшие разрешенные пути в проходе(ах) практически одинаковы по длине от входного до выходного устья канала, устройство предназначено для использования в звуковых системах для больших площадей.

Недостатком прототипа и известных аналогов устройств объединения двух и более компрессионных драйверов в единое звуковое поле с заданными характеристиками является то, что они не позволяют достигать высоких уровней звукового давления.

Таким образом, техническая проблема заявляемого технического решения заключается в создании устройства, которое позволит объединить два и более компрессионных драйверов в единый излучатель с целью получения однородного звукового поля максимального уровня давления с возможностью контроля следующих характеристик:

- верхняя граница воспроизводимого частотного диапазона;

- нижняя граница воспроизводимого частотного диапазона;

- горизонтальная диаграмма направленности;

- вертикальная диаграмма направленности;

- компактность (размеры) излучателя;

- возможность присоединения дополнительных таких же излучателей для увеличения системы.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом изобретения является устранение или уменьшение по меньшей мере одного из недостатков известных устройств или по меньшей мере создание устройства, альтернативного известным устройствам, позволяющего объединить звуковые поля излучаемых двумя и более компрессионными драйверами и эффективно складывать эти поля в единое однородное поле, для достижения высоких уровней звукового давления, и обеспечивает возможность контролировать параметры системы:

- верхнюю границу воспроизводимого частотного диапазона;

- нижнюю границу воспроизводимого частотного диапазона;

- горизонтальную диаграмму направленности;

- вертикальную диаграмму направленности;

- компактность (размеры) излучателя;

- возможность присоединения дополнительных таких же излучателей для увеличения системы.

Технический результат заявляемого технического решения достигается благодаря техническому оформлению устройства, являющегося объединяемым излучателем звука, содержащим систему волноводов (2), площадь сечения которых равномерно увеличивается от горла (3) к устью (4) волновода (2), образуя рупор, конструкция (9) волноводов (2) такова, что время прихода звуковой волны от компрессионных драйверов (1) одинаково для всех прямоугольных отверстий (5) в устьях волноводов (2), к горлу (3) каждого волновода (2) присоединяется компрессионный драйвер (1), устье (4) каждого волновода (2) образуется одним или двумя рядом расположенными отверстиями (5) прямоугольной формы, расстояние между которыми не превышает половины длины волны верхней воспроизводимой частоты, при этом на срезе каждого прямоугольного отверстия (5) образуется цилиндрический или тороидальный фронт волны (6).

Вариантом исполнения объединяемого излучателя звука является система волноводов (10), в которой используется совместно с другими такими же системами волноводов (11). Объединяемый излучатель звука может дополнительно содержать рупор (8), горло которого присоединяется к объединенным устьям волноводов, являющихся прямоугольными отверстиями (5).

Другим вариантом исполнения объединяемого излучателя звука является устройство, у которого прямоугольные отверстия (5) располагаются со смещением относительно друг друга, например, прямоугольные отверстия (5) располагаются в шахматном порядке.

Основное отличие заявляемого технического решения от прототипа заключается в том, что в заявляемом техническом решении сложение полей происходит и по коротким, и по длинным сторонам устьев волноводов, в отличие от прототипа и других аналогов, где используются компрессионные драйверы совместно с волноводами, позволяющими получить цилиндрический или тороидальный фронт волны, складывая их в массивы, путем расположения их короткими сторонами устьев друг к другу.

Краткое описание чертежей

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими чертежами.

На Фиг. 1 показано устройство, объединяющее два компрессионных драйверов в один излучатель с использованием дополнительного рупора, при этом фронты волны показаны для верхней воспроизводимой излучателем частоты.

На Фиг. 2 представлено устройство, объединяющее шесть компрессионных драйверов в один излучатель с использованием дополнительного рупора.

На Фиг. 3 представлено устройство, объединяющее двадцать четыре компрессионных драйвера в один излучатель с использованием дополнительного рупора.

На Фиг. 4 показано, как в аналогах за счет использования компрессионных драйверов совместно с волноводами происходит получение цилиндрического или тороидального фронта волны, складывая их в массивы, путем расположения их короткими сторонами устьев друг к другу.

Цифрами на чертежах обозначены:

1 – компрессионный драйвер

2 – волновод

3 – горло

4 – устье

5 – отверстие

6 – фронт волны

7 – расстояние между центрами соседних отверстий

8 – дополнительный рупор

9 – конструкция волноводов

10 – система волноводов I

11 – система волноводов II

Осуществление изобретения

Устройство является объединением компрессионных драйверов (1) через систему волноводов (2). Каждый волновод (2) системы имеет горло (3) и устье (4). От горла к устью площадь сечения каждого волновода постоянно увеличивается, являясь рупором. К горлу каждого волновода присоединяется драйвер. Устье каждого волновода представляет собой одно или два расположенных рядом прямоугольных отверстия (5). В зависимости от требуемой вертикальной диаграммы направленности излучателя, устройство каждого волновода обеспечивает формирование на срезе каждого прямоугольного отверстия цилиндрического или тороидального фронта волны (6). Сложение двух или более цилиндрических фронтов волны происходит в случае, если расстояние (7) между центрами соседних прямоугольных отверстий не превышает половины длины волны верхней воспроизводимой излучателем частоты, а конструкция (9) волноводов такова, что время прихода звуковой волны от драйверов одинаково для всех прямоугольных отверстий в устьях волноводов. Система волноводов (10) может использоваться совместно с другими такими же системами волноводов (11), а также с дополнительным рупором (8), горло которого присоединяется к объединенным устьям волноводов (прямоугольным отверстиям).

По такому же принципу могут объединяться в единую систему компрессионные драйверы, воспроизводящие различные частотные диапазоны. Прямоугольные отверстия могут располагаться со смещением относительно друг друга, например, в шахматном порядке.

Пример объединения двух компрессионных драйверов в один излучатель с использованием дополнительного рупора показан на Фиг. 1. Фронты волны на Фиг. 1 показаны для верхней воспроизводимой излучателем частоты.

Пример объединения шести компрессионных драйверов в один излучатель с использованием дополнительного рупора показан на Фиг. 2. В конструкции (9) волноводов имеются дополнительные изгибы каналов для компенсации разности времени прихода звуковой волны от драйверов к прямоугольным отверстиям в устьях волноводов.

Вариант объединения двадцати четырех компрессионных драйверов в один излучатель с использованием дополнительного рупора показан на Фиг. 3.

Таким образом, заявлено техническое решение, являющееся устройством объединяемого излучателя, предназначенного для использования в акустических системах, позволяющего достигать однородного звукового поля максимального уровня давления с возможностью контроля его параметров.

Изобретение относится к электроакустике. Объединяемый излучатель звука содержит систему волноводов, площадь сечения которых равномерно увеличивается от горла к устью волновода, образуя рупор. Конструкция волноводов такова, что время прихода звуковой волны от компрессионных драйверов одинаково для всех прямоугольных отверстий в устьях волноводов. К горлу каждого волновода присоединяется компрессионный драйвер, устье каждого волновода образуется двумя рядом расположенными отверстиями прямоугольной формы, расстояние между которыми не превышает половины длины волны верхней воспроизводимой частоты. При этом на срезе каждого прямоугольного отверстия образуется цилиндрический или тороидальный фронт волны. Технический результат – повышение уровня звукового давления, управление такими параметрами системы как частотный диапазон, диаграмма направленности, размеры излучателя. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Объединяемый излучатель звука, содержащий систему волноводов (2), площадь сечения которых равномерно увеличивается от горла (3) к устью (4) волновода (2), образуя рупор, конструкция (9) волноводов (2) такова, что время прихода звуковой волны от компрессионных драйверов (1) одинаково для всех прямоугольных отверстий (5) в устьях волноводов (2), к горлу (3) каждого волновода (2) присоединяется компрессионный драйвер (1), устье (4) каждого волновода (2) образуется двумя рядом расположенными отверстиями (5) прямоугольной формы, расстояние между которыми не превышает половины длины волны верхней воспроизводимой частоты, при этом на срезе каждого прямоугольного отверстия (5) образуется цилиндрический или тороидальный фронт волны (6).

2. Объединяемый излучатель звука по п. 1, отличающийся тем, что прямоугольные отверстия (5) располагаются со смещением относительно друг друга, в частности в шахматном порядке.