Устройство для высококачественного воспроизведения звука
Изобретение относится к акустической технике, а именно к области звуковоспроизводящих устройств. Техническим результатом изобретения является повышение качества звучания и повышение долговечности устройства. Устройство для высококачественного воспроизведения звука содержит источник звука и узел регулировки звукового давления, размещенные в корпусе со звукоотражающей поверхностью. Узел регулировки звукового давления в корпусе выполнен в виде звукопоглощающего элемента, включающего систему жидкость - насыщенный пар с границей раздела, сформированной на развитой поверхности теплового аккумулятора, при этом система жидкость - насыщенный пар герметизирована. Устройство также содержит изолированную от внешней среды камеру, снабженную теплообменником и сообщенную с камерой поглощения звука с возможностью перемещения газов из камеры поглощения звуков в дополнительную камеру и возврата сконденсированных паров в камеру поглощения звуков. Дополнительно устройство может быть снабжено испарителем, расположенным в камере поглощения звука в области сообщения ее с дополнительной камерой. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к акустической технике, а именно к области звуковоспроизводящих устройств, и может быть использовано при воспроизведении звуков, особенно в области низких частот, в частности, при изготовлении звуковых колонок, акустических систем, безэховых камер и других приборов, обеспечивающих высококачественное воспроизведение звука.
Известно (US, патент 4450929) устройство для высококачественного воспроизведения звука, содержащее звукоотражающие поверхности, ограничивающие объем, в котором размещены источник звука и звукопоглощающее средство, содержащее, по меньшей мере, две камеры, в которых размещены матрицы из микроволокон и система жидкость - газ, с границей раздела, сформированной на матрицах.
Недостатком известного устройства следует признать малый срок службы устройства из-за отсутствия звукопрозрачных пленок с абсолютными барьерными свойствами по отношению к компонентам воздуха, в том числе и к парам воды.
Известно (RU, патент 2107949) устройство для высококачественного воспроизведения звука, содержащее громкоговоритель и узел регулировки звукового давления, размещенные в корпусе со звукоотражающей поверхностью, причем узел регулировки звукового давления выполнен в виде звукопоглощающего элемента, включающего систему жидкость - насыщенный пар с границей раздела, сформированной на развитой поверхности теплового аккумулятора, причем система жидкость - насыщенный пар с границей раздела, сформированной на развитой поверхности теплового аккумулятора, герметизирована. Используемый тепловой аккумулятор выполнен из твердого вещества, развитая поверхность которого смочена этой жидкостью, или из частично закристаллизованного расплава твердого вещества, открытая или закрытая поверхность которого смочена этой жидкостью, или выполнен из вещества с развитой поверхностью - адсорбента жидкости, насыщенного этой жидкостью. В предпочтительном варианте реализации предложено для предотвращения утечки пара герметизацию системы жидкость - насыщенный пар с термостатированной границей раздела осуществлять посредством звукопрозрачной оболочки, или посредством звукопрозрачного сильфона, или посредством газонепроницаемого корпуса и звукопрозрачной мембраны, или посредством использования корпуса и источника звука в газонепроницаемом исполнении.
Недостатком известного устройства следует признать недолговечность устройства из-за отсутствия звукопрозрачных пленок с абсолютными барьерными свойствами по отношению к компонентам воздуха, в том числе и к парам воды.
Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого изобретения, состоит в повышении долговечности работы устройства.
Технический результат, получаемый при реализации предложенной конструкции, состоит в повышении качества звучания при длительной эксплуатации акустической системы.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство для высококачественного воспроизведения звука, содержащее источник звука и узел регулировки звукового давления, размещенные в корпусе со звукоотражающей поверхностью, причем узел регулировки звукового давления в корпусе выполнен в виде звукопоглощающего элемента, включающего систему жидкость - насыщенный пар с границей раздела, сформированной на развитой поверхности теплового аккумулятора, при этом система жидкость - насыщенный пар с границей раздела, сформированной на развитой поверхности теплового аккумулятора, герметизирована, кроме того, устройство дополнительно содержит изолированную от внешней среды камеру, снабженную теплообменником и сообщенную с камерой поглощения звука с обеспечением перекачки газов из объема камеры звукопоглощения в дополнительную камеру, а также с возможностью возврата конденсированных паров в камеру поглощения звука. Обычно сообщение между камерами осуществляют посредством двух каналов, первый из которых выполнен с возможностью перекачки газов из объема камеры звукопоглощения в дополнительную камеру, а второй выполнен с возможностью возврата конденсированных паров в камеру поглощения звука. Количество каналов может быть любым и зависит в основном от величины области соприкосновения камер. В предпочтительном варианте реализации в камере поглощения звука находится испаритель, расположенный в области сообщения камеры поглощения звука и дополнительной камеры, а наиболее предпочтительно в области возврата сконденсированных паров.
Поскольку в настоящее время звукопрозрачных пленок с абсолютными барьерными свойствами по отношению к компонентам воздуха нет, сложно защитить объем акустической системы от газов, составляющих воздух, прежде всего от паров воды.
Появление в герметизированной камере звукопоглощения посторонних газов даже в малых количествах снижает амплитудно-частотную характеристику на низких частотах. Так 2...3% посторонних газов снижает амплитудно-частотную характеристику в области 20-25 Гц на 3 дБ. Следовательно, возникает необходимость удаления из герметизированной камеры звукопоглощения проникающих из атмосферы газов.
Для этого предложено использовать дополнительную герметизированную камера с диффузионным механизмом перекачки газов из объема звукопоглощения в дополнительную камеру, для чего в этой дополнительной камере температура должна быть ниже температуры испарения рабочей жидкости, и она должна быть соединена с камерой поглощения звука, в наиболее предпочтительном варианте - двумя каналами: одним для засасывания газов из объема поглощения звука, вторым для возврата конденсированных паров в камеру поглощения звука, более точно в испаритель этой камеры.
По мере накопления посторонних газов температура в дополнительной камере должна понижаться, т.к. суммарное давление в дополнительной камере меньше, чем в камере поглощения звука, для обеспечения диффузионной перекачки из камеры поглощения звука в дополнительную камеру, а температура при этом должна соответствовать порционному давлению рабочего газа.
Скорость перемещения газов между корпусом и дополнительной камерой будет соответствовать разности давлений в этих камерах или, в конечном счете, разности их температур. Длительность эффективного функционирования этого технического решения будет пропорциональна объему дополнительной камеры, достижимой разности температур между камерами, и обратно пропорциональна скорости натекания атмосферных газов в камеру звукопоглощения.
Как указано ранее, в качестве теплового аккумулятора может быть использовано твердое вещество, развитая поверхность которого смочена используемой жидкостью. Также в качестве теплового аккумулятора может быть использована и сама жидкость системы. В этом случае формирование развитой поверхности границы раздела жидкость - насыщенный пар осуществляют посредством вещества - адсорбента жидкости, насыщенного ею.
Герметизация системы жидкость - насыщенный пар с границей раздела на поверхности теплового аккумулятора может быть осуществлена посредством звукопрозрачных: оболочки, сильфона, мембраны, или посредством корпуса и источника звука в газонепроницаемом исполнении.
Известно, что давление насыщенного пара над жидкостью в замкнутом объеме зависит только от температуры системы. Увеличение давления насыщенного пара приводит к переходу его части в жидкую фазу, и наоборот, уменьшение - к испарению части жидкости, поэтому граница раздела жидкость - насыщенный пар с фиксированной температурой является практически идеальным поглотителем любого отклонения давления от термодинамически равновесного, в частности, давления звукового поля. Вместе с тем конденсация и испарение жидкости сопровождаются отдачей или поглощением тепла, следовательно, изменением температуры этой границы. Вышеизложенное обуславливает необходимость термостатирования этой границы при использовании фазового перехода пар - жидкость в качестве поглотителя звукового поля в корпусе.
Граница раздела жидкость - насыщенный пар образована на поверхности теплового аккумулятора смачиванием его поверхности за счет конденсации или сил адгезии.
На фиг.1 представлено устройство для высококачественного воспроизведения звука по данному изобретению (предпочтительный вариант реализации); на фиг.2 - амплитудно-частотная характеристика излучения устройства, при этом на фиг.1 использованы следующие обозначения: герметичный корпус 1, образованный звукоотражающими поверхностями, ограничивающими замкнутый объем, источник звука 2, узел регулировки звукового давления в корпусе, включающий тепловой аккумулятор 3, поверхность которого покрыта конденсирующим паром, испаряющаяся жидкость 4, насыщенный пар с газом 5, газонепроницаемая звукопрозрачная мембрана 6, дополнительная камера 7, теплообменник 8, канал 9 перекачки паров, канал 10 возврата конденсата.
Устройство работает следующим образом. Звуковое поле от источника звука 2, расположенного в корпусе 1, через звукопрозрачную мембрану 6 распространяется в среде насыщенного пара 5. Достигнув границы раздела жидкость - насыщенный пар, сформированной на поверхности теплового аккумулятора 3 путем смачивания его поверхности конденсатом за счет разности температур жидкости 4 и теплового аккумулятора 3, звуковые колебания поглощаются на этой границе раздела, насыщенный пар, проходя через канал 9 в дополнительную камеру 7, будет конденсироваться на теплообменнике, в качестве которого могут быть использованы стенки дополнительной камеры 7, охлаждаемые снаружи окружающим воздухом, при этом конденсат через канал 10 возвращается в корпус 1.
Устройство в соответствии с изобретением реализовано в образце, состоящем из герметичного корпуса объемом 2 дм3, в отверстие передней стенки которого вмонтирован стандартный громкоговоритель с диффузором диаметром 200 мм, отделенный от остальной части объема звукопрозрачной мембраной, тепловой аккумулятор в форме радиатора из вертикальных алюминиевых пластин был прикреплен к потолку корпуса, на дне корпуса размещалась испаряемая жидкость - с погруженным в нее испарителем.
Результаты эксперимента иллюстрируются графиком на фиг.2: кривая 1 получена при использовании узла звукопоглощения, кривая 2 - без него.
В качестве материала для звукопрозрачной мембраны удовлетворяют лавсановые, LCP, EVAL пленки.
В качестве жидкостей предпочтительно могут быть использованы предельные углеводородные соединения, а также фреоны, достаточно безопасные в эксплуатации и пригодные для использования в широком интервале температуре.
Устройство для высококачественного воспроизведения звука не имеет ограничений на габариты и форму, на температурные условия использования, на величину звукового давления, обеспечивает высокий уровень поглощения звуковых колебаний. Оно значительно проще в части аппаратурной реализации по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения. В силу отмеченных преимуществ устройство для высококачественного воспроизведения звука в соответствии с изобретением получит широкое использование в современной электронной технике, обеспечивающей высококачественное воспроизведение звука.
1. Устройство для высококачественного воспроизведения звука, содержащее источник звука и узел регулировки звукового давления, размещенные в корпусе со звукоотражающей поверхностью, причем узел регулировки звукового давления в корпусе выполнен в виде звукопоглощающего элемента, включающего систему жидкость - насыщенный пар с границей раздела, сформированной на развитой поверхности теплового аккумулятора, при этом система жидкость - насыщенный пар с границей раздела, сформированной на развитой поверхности теплового аккумулятора герметизирована, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит изолированную от внешней среды камеру, снабженную теплообменником и сообщенную с камерой поглощения звука с возможностью перемещения газов из камеры поглощения звуков в дополнительную камеру и возврат сконденсированных паров в камеру поглощения звуков.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит в камере поглощения звука испаритель, расположенный в области сообщения камеры поглощения звука и дополнительной камеры.
