НАПРАВЛЕННАЯ МНОГОКАНАЛЬНАЯ АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С ВОЛНОВОДОМ Российский патент 2023 года по МПК H04R1/34 H04R1/02 H04R1/24 H04R1/28 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к акустическим системам (англ. loudspeaker). В частности, настоящее изобретение относится к акустическим системам с волноводом.

Точнее, настоящее изобретение относится к ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

В рамках известного уровня техники, особенно акустическим системам с двумя или более динамиками (драйверами) (многоканальным акустическим системам) свойственны проблемы, связанные с дифракцией звука, вызванной неоднородностями фронтальной (лицевой) отражательной поверхности акустической системы. На практике высокочастотный (ВЧ) драйвер («пищалка» или твитер, от англ. tweeter) был и остается самой критичной частью в указанном смысле. В настоящем изобретении предложено решение, согласно которому окружение ВЧ драйвера выполнено в виде сплошного волновода для высоких и средних частот звукового сигнала или только для ВЧ драйвера и/или для сред не частотно го (СЧ) драйвера или как вариант для коаксиального СЧ-ВЧ драйвера.

В настоящей заявке указанные разновидности источников звука рассматриваются в качестве драйверов волновода, и они включают в себя любые электроакустические преобразователи, расположенные в центре указанной объемной структуры волновода. Благодаря решениям, соответствующим настоящему изобретению, может быть достигнуто хорошее качество звука и точная направленность звуковой энергии. Однако частотный диапазон и эффективность волновода для управления направленностью излучения зависит от размера волновода, который в большой степени определяется площадью поверхности, которую покрывает волновод, и, следовательно, размером фронтального (лицевого) отражателя акустической системы. Небольшая площадь волновода ограничивает управление направленностью высокими частотами, например, только областью частот ВЧ драйвера. Большая площадь волновода позволяет расширить частотный диапазон управления направленностью в область более низких частот, например, в область частот СЧ драйвера.

При создании акустической системы небольшого размера все драйверы обычно не могут быть размещены в середине площади поверхности волновода (как например НЧ излучатель, басовый динамик), занятой указанными другими драйверами, при этом сами драйверы будут либо ограничивать площадь отражателя, доступную для волновода, либо будут дополнительно создавать вредное отклонение (дифракцию) акустической энергии, вызывая ухудшение качества звукового сигнала, который воспринимает слушатель.

В рамках известного уровня техники предпринимались и предпринимаются попытки создания акустической системы с одним или более волноводами на передней стороне акустической системы. Ранее были предложены различные решения, например в заявке ЕР 14168925.7 и заявке PCT/FI2014/050757. В указанных заявках были представлены решения, в которых несоосные драйверы были расположены так, чтобы они не нарушали форму волновода, образованного на фронтальной (лицевой) поверхности корпуса акустической системы, а если были расположены на той же поверхности (передней (лицевой) стороне корпуса), то были покрыты материалом, который эффективно действует в качестве сплошной поверхности на выбранных частотах, и ограничивает проникновение частот, излучаемых источником (-ами) звука, для которых был рассчитан волновод, а с другой стороны является проницаемым для других частот, точнее для частот, излучаемых несоосным драйвером (-ами), обычно басовым динамиком (-ами).

Если НЧ драйвер закрывать, то это может вызывать некоторые проблемы динамической характеристики драйвера, поскольку смещение объема воздуха драйвером требует наличия достаточных отверстий, обеспечивающих течение воздуха. Кроме того, такой субобъем спереди от басового динамика может вызывать нежелательные резонансы.

Раскрытие изобретения

Согласно изобретению, по меньшей мере некоторые из вышеупомянутых проблем решаются путем акустического присоединения резонаторов либо активного типа, либо реактивного типа, которые являются отдельными элементами литого корпуса, к субобъему НЧ драйвера, так что суммарный объем акустической системы остается минимально возможным. Предпочтительно указанные резонаторы располагаются по меньшей мере частично вокруг коаксиального элемента. Дополнительно задача изобретения заключается в улучшении динамической характеристики НЧ драйвера (-ов).

Точнее, соответствующая изобретению акустическая система характеризуется тем, что сформулировано в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, акустическая система содержит по меньшей мере один резонатор, акустически связанный с указанным субобъемом, при этом резонатор настроен по меньшей мере на одну из нежелательных резонансных частот субобъема.

Посредством настоящего изобретения достигаются значительные преимущества.

Согласно настоящему изобретению НЧ драйвер можно закрывать, и все же исключить проблемы, вызываемые резонансами субобъема НЧ драйвера. В некоторых вариантах осуществления изобретения подавление резонансов может происходить на множестве резонансных частот посредством множества резонаторов, настроенных на разные частоты.

Согласно настоящему изобретению, вся фронтальная (лицевая) поверхность акустической системы может быть выполнена в виде сплошного волновода для средних и высоких частот без какого-либо нарушения резонансов субобъема басового динамика, и при этом суммарный объем акустической системы может быть сохранен минимально возможным. За счет указанной меры акустическая энергия в диапазоне частот 18-20000 Гц может быть точно направлена в одну «зону наилучшего восприятия», и, кроме того, остальная звуковая энергия распределяется по помещению, где происходит прослушивание, благодаря акустической системе, которая имеет форму единого волновода, так что сам корпус акустической системы не оказывает существенного влияния на частотную характеристику в других направлениях по сравнению с главным направлением.

Другими словами, в традиционных акустических системах, в которых вся отражательная панель либо плоская, либо только частично искривлена в виде волновода, сигнал, излучаемый в иных направлениях кроме зоны наилучшего восприятия, будет отражаться от стен помещения неконтролируемым образом. Однако, в настоящем изобретении предложен корпус, благодаря которому звуковое давление оптимально распределено по всем направлениям, в силу чего и отражения от стен звучат естественно для уха слушателя.

Поскольку резонатор является отдельным узлом, он может быть изготовлен из другого материала и по другой технологии, нежели литой корпус. Это облегчает изготовление более сложных компонентов, таких как криволинейные резонансные камеры или камеры спиральной формы. Кроме того, это позволяет производить иные виды резонаторов для других драйверов для того же самого корпуса акустической системы. Материал для изготовления резонатора можно также выбирать свободно от пластиков до материалов на основе дерева и даже металла.

Краткое описание чертежей

Далее будут описаны определенные варианты осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 представляет вид спереди акустической системы, отвечающей существующему уровню техники,

фиг. 2 представляет акустическую систему фиг. 1 в разрезе,

фиг. 3 представляет сечение фрагмента акустической системы фиг. 1,

фиг. 4 представляет частотные характеристики камеры НЧ драйвера и соответствующих резонаторов в соответствии с существующим уровнем техники,

фиг. 5 представляет сечение субобъема НЧ драйвера в соответствии с существующим уровнем техники,

фиг. 6 представляет сечение второго варианта субобъема НЧ драйвера в соответствии с существующим уровнем техники,

фиг. 7 представляет сечение третьего варианта субобъема НЧ драйвера в соответствии с существующим уровнем техники,

фиг. 8а представляет вид спереди НЧ драйвера в соответствии с существующим уровнем техники,

фиг. 8b представляет сечение А-А НЧ драйвера фиг. 7а,

фиг. 9 представляет сечение третьего субобъема НЧ драйвера в соответствии с существующим уровнем техники,

фиг. 10 представляет вид спереди акустической системы, соответствующей другому варианту осуществления и существующему уровню техники,

фиг. 11 представляет сечение фрагмента акустической системы фиг. 9,

фиг. 12 представляет вид спереди акустической системы, отвечающей существующему уровню техники,

фиг. 13 представляет вид комплекта акустических систем, соответствующих предпочтительному варианту осуществления и существующему уровню техники,

фиг. 14 представляет сечение акустической системы, соответствующей предпочтительному варианту осуществления и существующему уровню техники,

фиг. 15 изображает блок резонаторов, соответствующий настоящему изобретению,

фиг. 16 изображает соответствующий настоящему изобретению блок резонаторов, соединенный с передней частью корпуса внутри акустической системы,

фиг. 17 представляет вид спереди акустической системы, соответствующей настоящему изобретению, где блок резонаторов изображен прерывистой линией,

фиг. 18 представляет вид спереди другой акустической системы, соответствующей настоящему изобретению, где блок резонаторов изображен прерывистой линией.

Осуществление изобретения

Перечень используемых терминов:

1 Акустическая система

2 Корпус

3 Драйвер волновода, также коаксиальный драйвер или просто твитер

4 Басовый динамик, низкочастотный (НЧ) драйвер, дополнительный драйвер

5 Переднее окно (отверстие) для НЧ драйвера; причем наружная кромка НЧ драйвера опирается на поверхность корпуса 2; при этом указанная кромка определяет плоскость края переднего окна

6 Акустически селективно прозрачный слой

7 Опорная структура для акустически прозрачного слоя

8 Объемный волновод; также фронтальная (лицевая) поверхность корпуса 2, излучающая основную акустическую энергию, являющаяся гладкой сплошной поверхностью с осесимметричными элементами вокруг центра драйвера 3 волновода

9 Зона наилучшего восприятия для нескольких акустических систем

10 Первая акустическая ось

11 Вторая акустическая ось

12 Твитер; высокочастотный (ВЧ) драйвер

13 Среднечастотный (СЧ) драйвер

15 Передняя часть (стенка) корпуса; может также являться поверхностью волновода 8; фронтальная отражающая часть; передняя часть, излучающая основную акустическую энергию, включающая в себя поверхность 8 волновода, и содержащая плоскость 28 первой акустической оси 10

B1 Полоса частот драйвера 3 волновода

B2 Полоса часто несоосного драйвера 4

С Частота разделения между полосами В1 и В2

d Глубина полости панельного резонатора

20 Первая щель; также боковое отверстие, содержащее наружную кромку, определяющую плоскость первой щели на поверхности корпуса

21 Боковая часть (стенка) корпуса

22 Субобъем; также переднее пространство басового динамика, НЧ драйвера; часть внутреннего объема 27

W Ширина субобъема

L Длина субобъема

23 Боковая стенка субобъема (переднего пространства), образующая разделитель между драйвером 4 и корпусом 2; касательная в середине боковой стенки 23 наклонена к плоскости 28 передней части 15 под углом отличным от нуля, типично под углом приблизительно 90°

25 Задняя часть корпуса; при этом плоскость, определяемая касательной к середине задней части 25, в типичном случае параллельна плоскости передней части 15. Согласно изобретению, плоскость задней части 25 может иметь различные углы

26 Наружный объем; наружная среда

27 Внутренний объем корпуса 2

28 Плоскость передней части

29 Плоскость боковой части 21; определена касательной середины данной части

30 Плоскость задней части 25; определена касательной середины данной части

31 Плоскость переднего окна 5

32 Плоскость первой щели 20; плоскость 31 переднего окна 5 и плоскость 32 любой из первых щелей 20 образуют угол α больший 0°, предпочтительно больший 45°, когда первая щель 20 расположена не на задней части 25

33 Разделитель - деталь между НЧ драйвером и передней частью 15; либо неотъемлемая часть корпуса, либо отдельный элемент

34 Отверстие для возврата акустического излучения в области низких частот

α Угол между плоскостью 31 переднего окна 5 и плоскостью 32 первой щели 20

40 Резонатор

40' Субрезонатор

41 Звукопоглощающий материал резонатора

43 Частотная характеристика субобъема

44 Частотная характеристика резонатора

f₀ Резонансная частота

45 Отверстие или горловина резонатора Гельмгольца

46 Камера (полость) резонатора или резонатора Гельмгольца

47 Накладка НЧ драйвера

48 Короткие трубы

50 Панель панельного резонатора

51 Блок резонаторов

52 Крепежная проушина

Согласно фиг. 1, акустическая система, которая соответствует существующему уровню техники, и которая может быть по меньшей мере частично использована в связи с настоящим изобретением, включает в себя коаксиальный драйвер 3 волновода, состоящий из твитера 12 и окружающего его СЧ драйвера 13. Коаксиальный драйвер 3 расположен в центре поверхности 8 объемного волновода, также фронтальной (лицевой) поверхности корпуса 2. Указанный корпус 2 обычно выполнен из литого металла, предпочтительно алюминия. В качестве материала для корпуса также могут быть использованы и другие материалы, поддающиеся литью или штамповке, такие как λ-сплав (англ. λtic combination).

Поверхность 8 волновода излучает основную акустическую энергию драйвера 3. Волновод 8 обладает гладкой непрерывной поверхностью с осесимметричными элементами, вокруг центра драйвера 3 волновода. Симметрично с обеих сторон драйвера 3 волновода внутри корпуса 2 расположены два НЧ драйвера 4 и узкие щели (прорези) 20, причем первые щели образованы сразу позади поверхности волновода для НЧ драйверов 4, чтобы выпускать акустическую энергию наружу из корпуса 2. Первые щели 20 в данном варианте осуществления находятся на узких передних сторонах корпуса 2, при этом указанные щели частично видны с направления прослушивания акустики. Другими словами, первая щель 20 представляет собой прорезь U-образной формы.

Прерывистой линией показаны НЧ драйверы 4, а также контуры субобъемов 22 НЧ драйверов и резонаторы 40, соединенные с субобъемом 22 НЧ драйверов. Функция резонаторов 40 заключается в подавлении резонансов субобъема 22 НЧ драйвера. Указанные резонаторы 40 расположены частично позади коаксиального драйвера 3, при этом у каждого субобъема 22 имеются два резонатора на обеих сторонах коаксиального драйвера 3. Субобъем 22 имеет ширину W и высоту Н, так что отношении W/H составляет приблизительно 1,8, а типично лежит в интервале 1,0-5. Резонаторы 40 обычно представляют собой одно целое с корпусом.

Размеры резонаторов таковы, что самый протяженный размер, в данном случае длина L, равна λ/4 или как вариант λ/2 той длины волны, которая должна быть подавлена. Другими словами, если у субобъема 22 имеется нежелательный резонанс на длине волны λ, то резонатор должен иметь длину λ/4. В частотной области это означает, что на резонансной частоте f₀ λ=v/f₀, где v - скорость звука. В предпочтительном варианте резонатор заполняют звукопоглощающим материалом 41, например полиэфирсульфоновой (PES) ватой, пеноматериалом с открытыми порами (пенопластом), стекловатой, минеральной шерстью, войлоком или иным волокнистым материалом, пористым материалом или материалом с открытыми порами, или, как вариант, любым сплошным материалом, который изготовлен на месте указанного объема, так что данный материал обладает структурой с открытыми порами или волокнами, размер которых в объемной области составляет от 1 мкм до 1 мм.

Согласно фиг. 2, резонаторы 40 могут также быть расположены по меньшей мере частично позади коаксиального драйвера 3.

Согласно фиг. 2 и фиг. 3, два НЧ драйвера 4, расположенные симметрично вокруг коаксиального драйвера, образуют эквивалентный большой НЧ драйвер, излучающий вдоль той же акустической оси 10 через щели 20, что и драйвер 3 волновода, несмотря на то, что у НЧ драйверов имеется своя собственная акустическая ось 11.

Другими словами, акустическая система 1 содержит первый драйвер 3, выполненный с возможностью излучения в первой частотной полосе В1 с соответствующей первой акустической осью 10, и второй драйвер 4, выполненный с возможностью излучения во второй частотной полосе В2, которая отличается от первой частотной полосы В1, но может перекрывать первую частотную полосу В1 в переходной области, при этом второй частотной полосе В2 соответствует вторая акустическая ось 11. Корпус 2 заключает в себе указанные драйверы 3 и 4, и содержит объемный волновод 8, расположенный на фронтальной поверхности корпуса 2, и вокруг драйвера 3.

Как говорилось выше, вторые акустические оси 11 индивидуальных НЧ драйверов не совпадают с первой акустической осью 10, однако результирующая ось множества симметричных НЧ драйверов, работающих совместно, (эквивалентного НЧ драйвера) совпадает с акустической осью коаксиального драйвера, т.е. драйвера 3 волновода. Однако, указанная симметрия не требуется для всех вариантов осуществления изобретения. Оси 10 и 11 могут быть параллельными и непараллельными.

Согласно фиг. 2 и фиг. 3, НЧ драйвер 4 расположен внутри корпуса 2 так, что субобъем 22 образован спереди НЧ драйвера 4 и ограничен самим НЧ драйвером 4 и боковыми стенками 23. Резонатор 40 акустически связан с субобъемом 22. Внутри резонатора 40 может быть использован подходящий звукопоглощающий материал 41, чтобы дополнительно ослабить нежелательные частоты.

Боковые стенки 33 субобъема (фронтального пространства) 22 образуют разделитель между драйвером 4 и корпусом 2, изолирующий субобъем 22 от остального внутреннего объема 27 корпуса 2. Более конкретно, внутренний объем 27 ограничен стенками корпуса 2, а именно, передней частью 15, боковыми частями 21 и задней частью 25.

В типичном варианте первые щели 20 направлены, по существу, ортогонально первой и второй акустическим осям 10, 11, предпочтительно под углом в диапазоне 60-120° относительно указанных осей. Однако, когда первые щели 20 проведены к задней части 25 корпуса 2, например, посредством каналов, разность между направлением первых щелей 20 и осями 10 и 11 может составлять даже 180°.

Общая площадь первых щелей 20 является важной характеристикой, поэтому, для каждого НЧ драйвера 4 может быть предусмотрена лишь одна первая щель 20, как представлено на фигурах, или может быть сформировано множество первых щелей 20 подобно решетке в области, соответствующей одной единственной щели.

Первые щели 20 не должны нарушать поверхность объемного волновода 8, и следовательно их предпочтительно располагать на боковых частях 21 корпуса 2. Естественно, указанные первые щели 20 могут быть проведены к задней части 25 корпуса 2 посредством подходящих труб или каналов (не показаны). Другими словами, первые щели 20 образуют проходы для воздуха к областям, находящимся снаружи от объемного волновода 8 передней части 15 корпуса 2.

График на фиг. 4 изображает частотную характеристику субобъема 22 НЧ драйвера 4 (сплошная линия) с одним резонансом на частоте f₀, и соответствующую частотную характеристику резонатора 40, акустически связанного с субобъемом 22, (прерывистая линия), когда резонатор 40 компенсирует нежелательный резонанс субобъема 22.

На фиг. 5 изображен другой вариант осуществления изобретения с двумя резистивными (англ. resistive) резонаторами 40 различной длины L для двух нежелательных частот субобъема. Также, один или два резистивных широкополосных резонатора могут быть использованы с предпочтительным заполнением звукопоглощающим материалом. В данном случае механические размеры (длина, ширина и глубина) полости резонатора определяют частоту или частоты настройки резонатора.

На фиг. 6 изображен иной вариант осуществления изобретения с одним реактивным (англ. reactive) резонатором 40 Гельмгольца. Вообще реактивные резонаторы обладают высокой добротностью и являются очень эффективными узкополосными резонаторами. Также, в одном субобъеме 22 может быть установлено несколько резонаторов такого типа, если имеются несколько острых нежелательных резонансов. Резонатор такого типа также настраивают на нежелательную частоту или частоты f₀. Размеры резонатора Гельмгольца выбирают следующим образом.

Резонанс возникает как результат действия горловины резонатора 40, которая содержит акустическую массу воздуха, и последовательного резонансного контура, создаваемого акустической сжимаемостью объема воздуха камеры резонатора. Вблизи частоты резонанса резонатор Гельмгольца ослабляет нежелательный резонанс субобъема 22. При расчете системы «горловина-камера» резонатора 40 можно исходить из объема воздуха в камере резонатора, а также диаметра горловины и ее длины

где f₀ - частота резонанса, с - скорость звука, А - площадь поперечного сечения горловины, L - длина горловины, и V - объем камеры.

На фиг. 7 изображен еще один вариант осуществления изобретения, в котором в качестве резонатора использован один реактивный панельный резонатор. Размеры данного варианта осуществления определяются следующим образом, исходя из массы панели 50, приходящейся на единицу площади панели, и глубины d камеры

Резонансная частота f панели резонатора / поглощающей мембраны определяется следующим образом:

где m - акустическая масса на единицу площади панели 50 (кг/м²),

d - глубина камеры.

Предполагается, что жесткостью крепления мембраны можно пренебречь.

На фиг. 8а представлен вид сверху НЧ драйвера 4, содержащего плоскую накладку 47 и короткие трубы 48, также образующие резонатор Гельмгольца, при этом трубы играют роль горловин, а объем между накладкой и конусом драйвера образует объем резонатора. На фиг. 8b данное решение представлено в виде поперечного сечения А-А. Принцип настройки такой же, как и на фиг. 5 и 6.

На фиг. 9 представлено другое техническое решение, в котором резонатор 40 образован между фронтальной отражательной частью 15 и субобъемом 22 НЧ драйвера. Резонатор может быть либо резистивного типа без участка горловины, либо реактивного типа, если проход в субобъем 22 выполнен в виде трубы. Принцип настройки такой же, как и на предыдущих фигурах.

В соответствии с настоящим изобретением, типичная акустическая система действует согласно хорошо известному принципу фазоинвертора (англ. bass reflex), при котором НЧ драйвер 4 настраивают в резонанс при участии сжимаемости объема 27 воздуха, содержащегося в корпусе, и объема воздуха, содержащегося внутри порта 34, показанного на фиг. 2.

Один вариант осуществления акустической системы, отвечающий существующему уровню техники, который может быть использован по меньшей мере частично вместе с настоящим изобретением (фиг. 10, 11) может быть также описан следующим образом.

Акустическая система 1 содержит корпус 2, который определяет внутренний объем 27, и включает в себя фронтальную отражательную часть 15 (переднюю часть), содержащую переднее окно 5 для обеспечения движения воздуха между внутренним объемом 27 корпуса 2 и наружной средой 26, и боковую часть 21, проходящую назад от периферии отражательной части 15. Боковая часть 21 образует боковые стенки корпуса 2. Корпус дополнительно содержит заднюю часть 25, которая в типичном случае практически параллельна фронтальной отражательной части 15, и образует заднюю сторону корпуса 2. Акустическая система 1 дополнительно содержит драйвер 4, прикрепленный к корпусу 2 так, что драйвер 4 расположен на расстоянии от отражательной части 15, образуя внутри корпуса 2 субобъем 22, так что субобъем 22 образован между драйвером 4 и отражательной частью 15 за счет разделителя 33, при этом указанное переднее окно 5 действует как передний проход между субобъемом 22 и объемом 26 воздуха снаружи корпуса 2. В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, первая щель 20 в корпусе 2 образована либо в боковой части 21, либо в задней части 25 с целью соединения друг с другом субобъема 22 и наружного объема 26.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 10, два НЧ драйвера 4 расположены на обеих сторонах драйвера 3 волновода внутри корпуса 2, и также для НЧ драйверов 4 сформированы надлежащие окна (отверстия) 5 для выпуска акустической энергии наружу из корпуса 2.

Согласно фиг. 11, окна 5 покрыты акустически прозрачным слоем 6, который образует часть поверхности волновода 8. Если необходимо, указанный акустически прозрачный слой 6 может опираться на расположенные ниже несущие планки 7. НЧ драйвер 4 в типичном случае расположен на расстоянии от акустически прозрачного слоя 6.

Согласно фиг. 10, два НЧ драйвера 4 образуют эквивалентный большой НЧ драйвер, излучающий по существу вдоль той же акустической оси 10, что и драйвер 3 волновода, несмотря на то, что у указанных НЧ драйверов имеются свои собственные акустические оси 11.

Другими словами, акустическая система 1 содержит первый драйвер 3, выполненный с возможностью излучения в первой частотной полосе В1 с соответствующей первой акустической осью 10, и второй драйвер 4, выполненный с возможностью излучения во второй частотной полосе В2, которая отличается от первой частотной полосы В1, но может перекрывать первую частотную полосу В1 в переходной области, при этом второй частотной полосе В2 соответствует вторая акустическая ось 11. Корпус 2 заключает в себе указанные драйверы 3 и 4, и содержит объемный волновод 8, расположенный на фронтальной поверхности корпуса 2, и вокруг первого драйвера 3. Объемный волновод 8 содержит акустически селективно прозрачный слой 6, который акустически является по существу отражающим для звуковых волн первой частотной полосы В1, распространяющихся под углом к первой акустической оси 10, и по существу прозрачным для звуковых волн второй частотной полосы В2, распространяющихся в направлении второй акустической оси сквозь слой 6 волновода, при этом второй драйвер 4 расположен внутри корпуса 2 позади акустически селективно прозрачного слоя 6.

Как говорилось выше, вторые акустические оси 11 индивидуальных НЧ драйверов не совпадают с первой акустической осью 10, однако результирующая ось множества НЧ драйверов, работающих вместе (ось эквивалентного НЧ драйвера), совпадает с акустической осью коаксиального драйвера - драйвера 3 волновода. Однако такая симметрия не требуется для всех вариантов осуществления изобретения. Оси 10 и 11 могут быть параллельными и непараллельными.

Согласно фиг. 10 и 11, НЧ драйвер 4 расположен внутри корпуса 2 так, что спереди НЧ драйвера 4 образован субобъем 22, который ограничен самим НЧ драйвером 4, боковыми стенками 23, и акустически селективно прозрачным слоем 6. С субобъемом 22 связан резонатор 40, который настраивают на нежелательные частоты, создаваемые субобъемом 22. Резонатор 40 может быть либо резистивного типа, либо реактивного типа. При резонаторе резистивного типа характеристики подавления частот являются широкополосными. Другими словами, провал характеристики вокруг центральной частоты f₀, создаваемый активным резонатором, не столь острый по сравнению с реактивными резонаторами. Боковые стенки 33 субобъема 22 (переднего пространства) образуют разделитель между драйвером 4 и корпусом 2, изолирующий субобъем 22 от остального внутреннего объема 27 корпуса 2. Более конкретно, внутренний объем 27 ограничен стенками корпуса 2, а именно, передней частью 15, боковыми частями 21 и задней частью 25.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, указанный акустически селективно прозрачный слой 6 может быть заменен решеткой, обеспечивающей механическую защиту, которая в данном случае ограничивает субобъем, также как и внутренний объем 27. В предпочтительном случае, в целях оптимизации работы НЧ драйвера 4, первые щели 20 сформированы в боковых стенках 33 субобъема 22, и направлены к боковым частям 21 корпуса 2. Без указанных первых щелей 20 характеристика НЧ драйвера 4 может быть нарушена. Первые щели 20 могут быть расположены на любой из боковых частей 21, например, на коротких боковых частях 21, как показано на чертежах, или в другом варианте на длинных боковых частях 21.

В типичном варианте первые щели 20 направлены, по существу, ортогонально первой и второй акустическим осям 10, 11, предпочтительно под углом в диапазоне 60-120° относительно указанных осей. Однако, когда первые щели 20 проведены к задней части 25 корпуса 2, например, посредством каналов, разность между направлением первых щелей 20 и осями 10 и 11 может составлять даже 180°.

Площадь указанных первых щелей 20 типично составляет 5-50% площади окон 5 для НЧ драйвера 4, а оптимально - 10-20% площади окон 5 для НЧ драйвера 4. Суммарная площадь первых щелей 20 является важной характеристикой, поэтому первые щели 20 могут быть представлены только одной единственной первой щелью 20 для каждого НЧ драйвера 4, как показано на чертежах, или могут быть составлены из нескольких первых щелей 20 подобно решетке с площадью, соответствующей одной единственной щели.

Первые щели 20 не должны мешать работе поверхности объемного волновода 8, и поэтому их предпочтительно располагать на боковых частях 21 корпуса 2. Естественно указанные первые щели 20 могут быть проведены к задней части 25 корпуса 2 посредством надлежащих труб или каналов (не показаны). Другими словами, первые щели 20 образуют для воздуха проходы к областям снаружи объемного волновода 8 передней части 15 корпуса 2.

В типичном варианте второй драйвер 4 расположен внутри корпуса 2 позади акустически селективно прозрачного слоя 6 на расстоянии от последнего, так что внутри корпуса 2 сформирован субобъем 22, и отделен от внутреннего объема 27 посредством драйвера 4 и боковых стенок 23, выполненных в качестве разделителя между драйвером 4 и передней частью 15 корпуса 2.

Что касается акустически селективно прозрачного слоя 6, то выражение «по существу отражающий» означает отражение или поглощение по меньшей мере 50-100% акустической энергии, а предпочтительно отражение или поглощение в интервале 80-100%.

Аналогично, выражение «по существу прозрачный» означает пропускание по меньшей мере 50-100% акустической энергии, а предпочтительно пропускание в интервале 80-100%/

Ниже будут представлены дополнительные предпочтительные характеристики акустически селективно прозрачного слоя 6.

Предпочтительная толщина слоя 6:

• для войлока приблизительно 1-5 мм,

• для пенопласта с открытыми порами приблизительно 1-20 мм, при диаметре пор менее 1 мм,

• возможно использование тонкой ткани как таковой, или как части слоя 6.

Слой 6 должен ослаблять акустическое излучение драйвера 3 волновода, в типичном случае на частотах выше 600 Гц.

Другими словами, слой 6 должен обладать акустическим импедансом (или поглощением), зависящим от частоты, следовательно слой 6 должен работать в качестве акустического фильтра следующим образом:

как фильтр низких частот, когда через него проходит звук от НЧ драйвера 4,

как ослабитель (за счет вихревого движения или поглощения с высокими потерями) для высоких частот, излучаемых драйвером 3 волновода, который дает сильное отражение акустических волн на средних и высоких частотах,

как сильный отражатель для высоких частот, излучаемых драйвером 3.

Слой 6 предпочтительно должен содержать отверстия или поры или их сочетание при следующих характеристиках:

если используется одиночный слой 6, то отверстия должны иметь диаметр меньше 1 мм,

если применяется ряд слоев 6, то могут быть использованы отверстия диаметром меньше 1 мм,

также, если применяется ряд слоев 6, то могут быть использованы отверстия диаметром больше 1 мм (испытания еще не проводились),

можно использовать материалы с микроструктурой подобной войлоку или пластику с открытыми порами.

Идеальный материал для слоя 6 должен обладать следующими свойствами:

должен быть газопроницаемым (пористым),

должен демонстрировать низкие акустические потери вплоть до частоты С разделения (НЧ драйвер 4),

должен иметь высокий акустический коэффициент отражения на частотах немного выше частоты С разделения.

Известные материалы, удовлетворяющие вышеприведенным критериям:

• войлок толщиной приблизительно 1-5 мм,

• пенопласт толщиной приблизительно 1-20 мм и диаметром открытых пор менее 1 мм.

Слой 6 может покрывать лицевую часть акустической системы (за исключением твитера 12) или только окна 5.

Слой 6 может также быть выполнен в виде металлической структуры, наподобие сетки или решетки из одного или нескольких составляющих слоев в соответствии с вышеприведенными требованиями в отношении пористости и частотных свойств. Разновидность такой структуры может быть сформирована, например, посредством пакета перфорированных листов или пластин толщиной приблизительно 0,2-2 мм. Свойства такого пакета можно регулировать за счет размещения (распределения) отверстий или пор, процента (открытости) отверстий или пор и расстояния пластин друг от друга. Диаметр отверстия или апертура обычно может варьировать примерно в интервале 0,3-3 мм. Расстояние между листами или пластинами обычно составляет приблизительно 0,2-2 мм.

Вышеописанная металлическая структура является предпочтительной, поскольку ее свойства можно свободно регулировать, а внешние характеристики, такие как цвет, также можно выбирать без ограничений.

Частота С разделения обычно следующая:

низкая частота f<600 Гц (диапазон НЧ драйвера),

высокая частота f>600 Гц (СЧ диапазон и/или диапазон твитера).

В соответствии с изобретением, в сочетании с большим волноводом 8:

НЧ драйвер 4 помещен позади поверхности волновода 8,

два или более (например, четыре) НЧ драйвера 4 могут быть использованы для получения направленности, причем НЧ драйверы могут быть расположены симметрично относительно коаксиального драйвера.

Также возможен вариант осуществления изобретения всего с одним НЧ драйвером, однако, направленность для низких частот не будет получена выше той, которая обеспечивается размером поверхности НЧ драйвера, смещающей воздух, в сочетании с размером переднего отражателя корпуса акустической системы.

В иных вариантах осуществления изобретения селективно прозрачный слой 6 может быть заменен решеткой, обеспечивающей механическую защиту, которая не обладает всеми характеристиками селективной прозрачности.

Согласно фиг. 12, резонатор может быть разбит на множество независимых субрезонаторов 40', каждый из которых имеет свою собственную резонансную частоту.

На фиг. 13 изображено типичное расположение соответствующих изобретению акустических систем 1, при котором акустические системы направлены в зону прослушивания, точку 9 наилучшего восприятия. Благодаря тому, что вся фронтальная поверхность корпуса 2 выполнена в виде волновода 8, достигается очень хорошая направленность. Кроме того, волновод 8 обеспечивает равномерное распределение всех частот по всем направлениям в помещении для прослушивания, и поэтому отражения от стен, потолка и пола не вызывают дополнительного окрашивания звука. На фиг. 13 также показаны передняя часть 15, боковые части 21 и задняя часть 25 корпуса 2 акустической системы 1.

На фиг. 14 представлена акустическая система, в которой в полости резонатора 4 размещен звукопоглощающий материал 41. На чертеже только верхние полости резонатора 40 заполнены указанным материалом, но в действительности звукопоглощающим материалом могут быть заполнены и верхние и нижние полости резонатора 40.

Согласно фиг. 15, блок 51 резонаторов в типичном случае выполнен из пластика. Также могут быть использованы и другие материалы, такие как формуемое дерево или металл. На фиг. 15 изображена сторона блока 51 резонаторов, которая будет прикреплена к фронтальной части (панели) 15 литого корпуса. Крепление типично осуществляется винтами через крепежные проушины 52. Блок резонаторов обычно имеет коническую форму, так что самая высокая часть блока находится в середине ближе к отверстиям 45 резонатора, а края блока 51 соответственно более низкие. Поскольку блок 51 резонаторов является элементом отдельным от большого литого металлического корпуса, то могут быть реализованы более сложные структуры. В данном случае полость резонатора выполнена сильно искривленной, чтобы получить требуемую длину L полости при минимально возможных общих размерах блока 51 резонаторов.

На фиг. 16 изображен блок 51 резонаторов, соединенный с металлическим литым корпусом, конкретно с передней частью 15 корпуса, так что отверстия 45 резонатора направлены на коаксиальный драйвер, содержащий твитер 12, и СЧ драйвер 13. Так что отверстия 45 блока 51 резонаторов направлены в сторону, противоположную первой щели 20 акустической системы. На фиг. 16 также можно видеть звукопоглощающий материал 41, размещенный в полостях и проходящий к отверстиям 45 полостей резонаторов.

На фиг. 17 и 18 прерывистыми линиями изображены варианты осуществления указанных блоков резонаторов. Для каждой акустической системы показан только один блок 51 резонаторов, но, естественно, в нижней части каждой акустической системы расположен второй блок резонаторов.

Размеры полостей 46 резонаторов заданы в соответствии с фиг. 15-18, и согласно тем же принципам, которые были изложены в связи с другими фигурами, а именно фиг. 4-9.

Унифицированные корпуса 2 акустических систем обычно изготовляют путем литья или прессования металла, пластика или материала на основе дерева.

Изобретение относится к акустическим системам. Технический результат заключается в повышении направленности излучения звуковой энергии. Корпус акустической системы включает в себя переднюю часть, боковые части и заднюю часть, определяющие внутренний объем. Причем передняя часть выполнена в виде поверхности волновода, в пределах поверхности волновода содержит по меньшей мере один драйвер, и выполнена с возможностью излучения основной акустической энергии акустической системы в направлении первой акустической оси. По меньшей мере один дополнительный драйвер акустической системы закреплен внутри корпуса, так что внутри внутреннего объема образован субобъем, ограниченный драйвером, разделителями между драйвером и передней частью, и передней частью корпуса. По меньшей мере одна первая щель акустической системы, открывается из субобъема в наружный объем либо в направлении боковой части, либо задней части корпуса акустической системы. По меньшей мере один резонатор акустической системы, содержит по меньшей мере одну полость, акустически соединенную с субобъемом. Причем резонатор настроен по меньшей мере на одну из нежелательных резонансных частот субобъема. Резонатор выполнен в виде отдельного блока резонаторов, соединенного с корпусом акустической системы. 18 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Акустическая система (1), содержащая:

- корпус (2), содержащий переднюю часть (15), боковые части (21) и заднюю часть (25), определяющие внутренний объем (27),

причем передняя часть (15) выполнена в виде поверхности (8) волновода и в пределах поверхности (8) волновода содержит по меньшей мере один драйвер (12, 13), и выполнена с возможностью излучения основной акустической энергии акустической системы (1) в направлении первой акустической оси (10),

- по меньшей мере один дополнительный драйвер (4), прикрепленный к корпусу (2),

причем указанный дополнительный драйвер (4) закреплен внутри корпуса (2), так что внутри внутреннего объема (27) образован субобъем (22), ограниченный драйвером (4), разделителями (33) между драйвером (4) и передней частью (15), и передней частью (15) корпуса (2),

- по меньшей мере одну первую щель (20), которая открывается из субобъема (22) в наружный объем (26) в направлении либо боковой части (21), либо задней части (25) корпуса (2), и

- по меньшей мере один резонатор (40), содержащий по меньшей мере одну полость (46) резонатора, акустически соединенную с субобъемом (22), причем резонатор (40) настроен по меньшей мере на одну из нежелательных резонансных частот субобъема (22),

отличающаяся тем, что

- резонатор (40) выполнен в виде отдельного блока (51) резонаторов, соединенного с корпусом (2), и при этом

- блок (51) резонаторов присоединен к внутренней поверхности передней части (15) корпуса (2).

2. Акустическая система по п. 1, отличающаяся тем, что блок (51) резонаторов изготовлен из пластика, материала на основе дерева или металла.

3. Акустическая система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что блок (51) резонаторов содержит одну или более криволинейных полостей (46) с отверстиями (45).

4. Акустическая система по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что отверстия (45) блока (51) резонаторов направлены в сторону, противоположную первой щели (20) акустической системы.

5. Акустическая система по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что резонатор (40) является резонатором резистивного типа с широкополосной частотной характеристикой.

6. Акустическая система по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что резонатор (40) содержит звукопоглощающий материал (41).

7. Акустическая система по п. 6, отличающаяся тем, что звукопоглощающий материал (41) представляет собой волокнистый материал, пористый материал или материал с открытыми порами.

8. Акустическая система по п. 7, отличающаяся тем, что звукопоглощающий материал (41) представляет собой полиэфирсульфоновую (PES) вату, пеноматериал с открытыми порами, стекловату, минеральную шерсть или войлок.

9. Акустическая система по п. 6, отличающаяся тем, что звукопоглощающий материал (41) представляет собой сплошной материал, который изготовлен на месте указанного объема, так что данный материал обладает структурой с открытыми порами или волокнами, размер которых в объемной области составляет от 1 мкм до 1 мм.

10. Акустическая система по любому из пп. 1 – 4, отличающаяся тем, что резонатор (40) является резонатором реактивного типа подобно панельному резонатору или резонатору Гельмгольца.

11. Акустическая система по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что субобъем (22) имеет длину (L), ширину (W), так что отношение W/L находится в интервале 1,2-2,5, и предпочтительно составляет 1,8.

12. Акустическая система по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что передняя часть (15) включает переднее окно (5), обеспечивающее движение воздуха между внутренним объемом (27) корпуса и наружной средой, при этом угол (α) между плоскостью (31) переднего окна (5) и плоскостью (32) любой из первых щелей (20) составляет величину большую 0°, предпочтительно более 45°, когда первая щель (20) расположена не на задней части (25) корпуса.

13. Акустическая система (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что вторая акустическая ось (11), соответствующая излучению дополнительным драйвером (4), не совпадает с первой акустической осью (10).

14. Акустическая система (1) по п. 13, отличающаяся тем, что вторая акустическая ось (11) не параллельна первой акустической оси (10).

15. Акустическая система (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что первый драйвер (3) включает в себя два драйвера (12, 13) соосные друг с другом.

16. Акустическая система (1) по любому из пп. 1 – 14, отличающаяся тем, что первый драйвер (3) включает в себя только один драйвер (12, 13).

17. Акустическая система (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что представляет собой акустическую систему с фазоинвертором.

18. Акустическая система (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что корпус (2) изготовлен путем литья или формовки металла, пластика или материала на основе дерева.

19. Акустическая система (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что по меньшей мере один драйвер (12, 13) находится в центре поверхности (8) волновода.