Электростатический громкоговоритель Российский патент 2024 года по МПК H04R19/02 

Изобретение относится к области электроакустики, а именно к конструкциям электростатических громкоговорителей для высококачественного воспроизведения музыки и речи.

Электростатические громкоговорители распространены не так широко, как традиционные электродинамические, в силу следующих особенностей: большие размеры, узкая диаграмма направленности на высоких частотах и невозможность воспроизведения низких частот из-за акустического короткого замыкания. Также проблемой является дипольный режим работы (излучение вперед и назад) и возникающие при этом интерференционные искажения, если электростатический громкоговоритель расположен близко к стене.

Однако в силу малой массы излучающего элемента и, как следствие, лучших импульсных характеристик, электростатические громкоговорители обладают высочайшим качеством воспроизведения средних и высоких частот, что особенно ценится как профессионалами, так и обычными слушателями. Вышеупомянутые ограничения имеют физическую природу и тесно связаны с размерами пленки электростатического громкоговорителя, являющейся излучающей поверхностью, работающей в поршневом режиме.

Известны изобретения [1, 2, 3], в которых конструкция электростатического громкоговорителя имеет форму участка сферы, благодаря чему форма волны на высоких частотах во всех направлениях приближена к идеальной сферической. Но изготовление сферических статоров такого излучателя предполагает использование точных штампов и матриц сферической формы. Также требуется большое количество поддерживающих элементов, препятствующих провисанию пленки. Однако обеспечить сферическую форму пленки в полной мере невозможно, и происходит небольшое провисание пленки, что делает зазор между статором и пленкой неравномерным и в результате уменьшает максимально возможное напряжение, подводимое к статорам, и напряжение поляризации самой пленки.

Известно изобретение [4], в котором плоская электростатическая панель излучает звуковые волны через специальную акустическую линзу, представляющую собой набор криволинейных пластин, образующих несколько волноводов, раскрывающихся на выходе под необходимым углом, что обеспечивает требуемую диаграмму направленности на высоких частотах только в горизонтальной плоскости. Изготовление такой линзы трудоемко и требует определенной технологической оснастки и сложных расчетов.

Известно изобретение [5], где плоский электростатический излучатель, высота которого больше своей ширины в несколько раз, оснащается специальным акустическим оформлением в виде верхнего и нижнего оснований, а также с двух сторон излучателя крепятся специальные жесткие и гладкие криволинейные отражатели, которые формируют широкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Конструкция [5] имеет следующие особенности:

- большие габариты громкоговорителя;

- акустическая система не воспроизводит низкие частоты слышимого диапазона и не позволяет разместить в ней второй низкочастотный излучатель электродинамического принципа действия.

Известны изобретения [6, 7, 8], согласно которым панель электростатического громкоговорителя имеет криволинейную конструкцию, благодаря чему волна в горизонтальной плоскости представляет собой дугу с определенным углом раскрытия, что обеспечивает приемлемую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости.

Конструкции [6-8] обладают следующими недостатками:

- пленка, используемая в качестве звукоизлучающего элемента, является акустически прозрачной. По этой причине волны, излучаемые задним участком диаметрально противоположной стороны, проходят беспрепятственно через переднюю часть излучателя и тем самым вызывают интерференционные искажения;

- панель, состоящая из статоров цилиндрической формы большой высоты, обладает большой электрической емкостью, которая вместе с повышающим трансформатором образует фильтр низких частот, что уменьшает отдачу излучателя на высоких частотах.

Известно изобретение [9], где цилиндрический электростатический излучатель, высота которого меньше диаметра минимум в пять раз, оснащается специальным акустическим оформлением в виде верхней части и нижнего основания. Пространство между верхней частью и нижним основанием заполнено звукопоглощающим материалом. Данный излучатель обладает круговой диаграммой направленности, но предназначен для воспроизведения только высоких частот звукового диапазона.

Рассмотренные аналоги [6-9] не обеспечивают низкочастотный спектр слышимых частот.

При расположении устройств [1-9] близко к стене при излучении звука возникают интерференционные искажения.

Ближайшим техническим устройством, выбранным в качестве прототипа, является двухполосный громкоговоритель [10], использующий в качестве низкочастотного излучателя электродинамический излучатель, оформленный в корпус, и средне-высокочастотный электростатический излучатель с сегментированным статором, где на каждый сегмент посредством фильтров подается различный звуковой сигнал.

Конструкция обладает следующими недостатками:

- сегмент электростатического излучателя, отвечающий за воспроизведение высоких частот, обладает малой площадью, вследствие чего звуковое давление на этих частотах снижено;

- габариты электростатического излучателя меньше габаритов всего громкоговорителя, что снижает чувствительность на средних и высоких частотах звукового диапазона;

- применение фильтров усложняет конструкцию и добавляет фазовые искажения для каждой полосы.

Целью заявляемого изобретения является обеспечение высокого качества звучания на всех слышимых частотах звукового диапазона. Изобретение поясняется чертежами (фиг. 1, 2).

На фиг. 1 представлен электростатический громкоговоритель, содержащий:

- верхнюю часть 1;

- основание 2;

- изогнутый в горизонтальной плоскости электростатический излучатель 3;

- цилиндрический отражатель 4 в виде цилиндрического корпуса с каплевидным сечением, расположенный за излучателем 3, выполненный из жесткого звуконепроницаемого материала;

- электродинамический излучатель 5, установленный в основании 2 громкоговорителя;

- электродинамический излучатель 6, установленный в верхней части 1 громкоговорителя.

Электростатический излучатель 3 воспроизводит средние и высокие частоты слышимого диапазона. Излучатели 5, 6 воспроизводят низкие частоты слышимого диапазона в направлении основания 2 и верхней части 1 соответственно. Таким образом, громкоговоритель воспроизводит полный спектр частот слышимого диапазона.

Звуковые волны на низких частотах имеют сферическую форму, потому что длина волны гораздо больше размера излучателя (принцип Гюйгенса-Френеля). При этом объем воздуха, заключенный внутри отражателя 4, используется как акустическое оформление для электродинамических излучателей 5, 6. Звуковые волны от задней стороны электростатического излучателя 3 (тыловые волны) отражаются от отражателя 4 и расходятся в боковые стороны (фиг. 2). Отраженные волны благодаря каплевидному сечению цилиндрического отражателя 4 не попадают в зону прослушивания и не вызывают интерференционных искажений при смешивании с волнами от передней стороны электростатического излучателя 3. Таким образом, громкоговоритель можно расположить рядом со стеной и при этом получить высокое качество звучания.

Технический результат - обеспечение высокого качества звучания на всех слышимых частотах звукового диапазона - достигается за счет конструктивных особенностей электростатического громкоговорителя.

Описанную конструкцию возможно изготовить на несложном технологическом оборудовании из недорогих отечественных материалов. Таким образом, заявленное изобретение обладает критерием «промышленная применимость».

Источники литературы

1. Пат. 20070242844 US, МПК H04R 25/00, H04R 1/02. Electrostatic loudspeaker capable of dispersing sound both horizontally and vertically / Harman M.R. - Заявл. 12.04.2007; опубл. 22.05.2012.

2. Пат. 20140233779 US, МПК H04R 19/02, H04R 1/26, H04R 1/32. Electrostatic loudspeaker capable of dispersing sound both horizontally and vertically / Harman M.R. - Заявл. 12.02.2014; опубл. 22.03.2016.

3. Пат. 20100278363 US, МПК H04R 19/02. Electrostatic speaker having ventilative diaphragm / Yang Kilseob, Yang Hye-Won, Yang Sung-min - Заявл. 26.06.2007; опубл. 09.10.2012.

4. Пат. 3668335 US, МПК H03F 1/34 и др. Electrostatic loudspeaker / Beveridge H.N. - Заявл. 17.06.1969; опубл. 06.06.1972.

5. Пат. 2547897 RU, МПК H04R 19/02. Электростатический громкоговоритель с широкой диаграммой направленности / Абдрахманов Р.Ф. - Заявл. 26.06.2013; опубл. 17.03.2015. Бюл. №10.

6. Пат. 3345469 US, МПК H04R 19/00, H04R 19/02. Electrostatic loudspeakers / Rod R.L. - Заявл. 02.03.1964; опубл. 03.10.1967.

7. Пат. 3892927 US, МПК H04R 19/00, H04R 19/02. Full range electrostatic loudspeaker for audio frequencies / Lindenberg T. - Заявл. 04.09.1973; опубл. 01.07.1975.

8. Пат. 6175636 US, МПК H04R 25/00, H04R 19/00, H04R 19/02. Electrostatic speaker with moveable diaphragm edges / Elwood G. Norris, Croft J.J. - Заявл. 26.06.1998; опубл. 16.01.2001.

9. Пат. 2781505 RU, МПК H04R 19/02. Электростатический громкоговоритель для воспроизведения высоких частот звукового диапазона с круговой диаграммой направленности / Абдрахманов Р.Ф. - Заявл. 26.06.2021; опубл. 12.10.2022, Бюл. №29.

10. Пат. 4122302 US, МПК H04R 1/22 и др. Two way dynamic and electrostatic speaker enclosure with side vent for greater high frequency dispersion / Lloyd J. Bobb - Заявл. 07.07.1977; опубл. 24.10.1978.

11. Пат. 201467438 CN, МПК H04R 19/02. High-fidelity electrostatic loudspeaker box / Chzhan Guanvu - Заявл. 16.07.2009; опубл. 12.05.2010.

12. Пат. 2440693 RU, МПК H04R 19/02. Электростатические акустические системы и способы / Туоми Д.М. (US) и др. - Заявл. 12.12.2006; опубл. 20.01.2012.

13. Пат. 3778562 US, МПК H04R 1/00 и др. Electrostatic loudspeaker having acoustic wavefront modifying device / Wright W.M.D. - Заявл. 21.10.1973; опубл. 11.12.1973.

14. Пат. 20090016552 US, МПК H04R 19/02. Electrostatic loudspeakers / Medley A.P., Billson D.R. - Заявл. 19.12.2006; опубл. 09.04.2013.

15. Пат. 6188772 US, МПК H04R 25/00, H04R 19/02, H04R 19/00. Electrostatic speaker with foam stator / Norris E.G., Croft J.J. - Заявл. 26.06.1998; опубл. 13.02.2001.

16. Пат. 6304662 US, МПК H04R 25/00, H04R 19/02, H04R 19/00. Sonic emitter with foam stator / Norris E.G., Croft J.J. - Заявл. 07.01.1998; опубл. 16.10.2001.

17. Пат. 4289936 US, МПК H04R 19/00, H04R 19/02. Electrostatic Transducers / Civitello J.P. - Заявл. 07.04.1980; опубл. 15.09.1981.

18. Пат. 4270023 US, МПК H04R 1/22 и др. Cylindrical speaker mechanism / Harold N. Beveridge. - Заявл. 31.05.1979; опубл. 26.05.1981.

19. Пат. 6009972 US, МПК H05K 5/00, H04R 1/32, H04R 1/34. Omnidirectional speaker system / Jae-Soon Choi и др. - Заявл. 02.10.1998; опубл. 04.01.2000.

20. Пат. 2011147902 WO, МПК H04R 1/34, G10K 11/02. Loudspeaker apparatus with circumferential, funnel-like sound outlet opening / Held F. - Заявл. 28.05.2010; опубл. 01.12.2011.

21. Пат. 2021243367 WO, МПК (2006.1) H04R 19/02, H04R 19/04, H04R 1/04. Segmented stator plates for electrostatic transducers / Grinnip R.S. - Заявл. 27.05.2021; опубл. 02.12.2021.

22. Пат. 20230421967 US, МПК H04R 19/02, H04R 7/10. Electrostatic transducer and diaphragm / Lisle B.M. и др. - Заявл 14.09.2023; опубл. 28.12.2023.

23. Пат. 20220210579 US, МПК H04R 19/02, H04R 7/10. Electrostatic transducer and diaphragm / Lisle B.M. и др. - Заявл. 07.05.2020; опубл. 30.06.2022.

24. Пат. 20220159387 US, МПК H04R 19/00, H04R 19/02, H04R 29/00. Electrostatic graphene speaker / Qin Zhou, Zettl A.K. - Заявл. 01.02.2022; опубл. 19.05.2022.

25. Пат. 20200374635 US, МПК H04R 19/00 и др. Electrostatic graphene speaker / Qin Zhou, Zettl A.K. - Заявл. 14.08.2020; опубл. 26.11.2020.

26. Пат. 116866801 CN, МПК H04R 19/02. Double-diaphragm electrostatic loudspeaker / Yang Nianwei - Заявл. 12.08.2023; опубл. 10.10.2023.

Изобретение относится к области электроакустики, а именно к конструкциям электростатических громкоговорителей. Электростатический громкоговоритель содержит верхнюю часть, основание, изогнутый в горизонтальной плоскости электростатический излучатель, воспроизводящий средние и высокие частоты слышимого диапазона, цилиндрический отражатель в виде цилиндрического корпуса с каплевидным сечением, расположенный за излучателем, выполненный из жесткого звуконепроницаемого материала, электродинамический излучатель, установленный в основании громкоговорителя, воспроизводящий низкие частоты слышимого диапазона в направлении основания громкоговорителя, электродинамический излучатель, установленный в верхней части громкоговорителя, воспроизводящий низкие частоты слышимого диапазона в направлении верхней части громкоговорителя. Технический результат - обеспечение высокого качества звучания на всех слышимых частотах звукового диапазона. 2 ил.

Электростатический громкоговоритель, содержащий верхнюю часть, основание, изогнутый в горизонтальной плоскости электростатический излучатель и электродинамические излучатели, отличающийся тем, что содержит цилиндрический отражатель в виде цилиндрического корпуса с каплевидным сечением, расположенный за электростатическим излучателем; первый электродинамический излучатель установлен в основании, а второй электродинамический излучатель установлен в верхней части громкоговорителя.