Громкоговоритель со звуковым полем, имеющим определенную форму
Изобретение относится к звуковоспроизводящей технике. Предложенные громкоговоритель и способ направления звуковых волн предусматривают наличие формирователя, установленного на основание, причем этот формирователь содержит диафрагму, выполненную с возможностью перемещения для формирования звуковых волн. Перед диафрагмой формирователя установлен отражатель для отражения звуковых волн, идущих от формирователя. Направление перемещения диафрагмы проходит под ненулевым острым углом к горизонтальной или внешней опорной плоскости, которая служит опорой громкоговорителю. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 11 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Это изобретение относится к звуковоспроизводящим громкоговорителям.
Уровень техники
Хорошо известны всенаправленные громкоговорители, которые передают звук во всех направлениях. Как правило, такие громкоговорители имеют ось, вдоль которой, по меньшей мере, один формирователь установлен таким образом, что диффузор формирователя перемещается в осевом направлении. Как правило, осевое направление перпендикулярно полу или грунту той области, в которой используется громкоговоритель. Формирователь формирует звуковые волны, которые распространяются либо вверх от пола или грунта, либо вниз к полу или грунту. Соосно с формирователем расположен отражатель звука, предназначенный для отражения звуковых волн с получением отраженных волн, которые распространяются от громкоговорителя с одинаковой интенсивностью во всех направлениях. Такие всенаправленные громкоговорители обеспечивают широкое звуковое поле, которое позволяет человеку, находящемуся на любом направлении вокруг громкоговорителя, слышать излучаемый громкоговорителем звук в пределах большой ширины полосы.
Современные акустические системы, включая системы так называемых домашних театров, часто включают в себя 5 или более громкоговорителей, которые расположены в различных местах внутри помещения для прослушивания. Громкоговорители предпочтительно имеют такую конфигурацию и расположены так, что в области прослушивания обеспечивается сбалансированное звуковое поле. Чтобы увеличить размеры той области прослушивания, в которой достигается относительно плоская частотная характеристика, желательно использовать громкоговорители с относительно широким звуковым полем. Чтобы улучшить баланс звукового поля в положении прослушивания, желательно регулировать форму звукового поля, формируемого любым конкретным громкоговорителем. Чтобы добиться широкого звукового поля от громкоговорителя, желательно получить широкую дисперсионную диаграмму на широком участке диапазона звуковых частот.
Следовательно, желательно разработать громкоговоритель, который обеспечивает получение параметров широкого звукового поля всенаправленного громкоговорителя.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения в одном его аспекте состоит в том, чтобы разработать усовершенствованный громкоговоритель.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предложен громкоговоритель, содержащий: (а) основание, определяющее опорную плоскость, причем это основание используется для опоры громкоговорителя на некоторую поверхность; (б) формирователь, установленный на основание, причем этот формирователь выполнен с возможностью перемещения параллельно оси перемещения, проходящей через центр формирователя, для формирования звуковых волн; и (в) отражатель, обращенный к диафрагме формирователя, для отражения звуковых волн, идущих от формирователя, причем конфигурация отражателя относительно формирователя такова, что отраженная звуковая энергия является наибольшей в выбранном направлении, проходящем от передней поверхности отражателя и формирователя, и спадает при больших углах от выбранного направления. Формирователь ориентирован таким образом, что плоскость формирователя перпендикулярна оси перемещения. Плоскость формирователя расположена под ненулевым острым углом к опорной плоскости. Выбранное направление отклонено от плоскости формирователя.
Задача настоящего изобретения во втором его аспекте состоит в том, чтобы разработать усовершенствованный громкоговоритель.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предложена система громкоговорителя, содержащая: (а) основание, определяющее опорную плоскость, причем это основание используется для опоры громкоговорителя на некоторую поверхность; (б) входную клемму, предназначенную для приема звукового сигнала, и кроссовер, соединенный с входной клеммой, для разделения звукового сигнала на совокупность составляющих сигналов; (в) первый формирователь, установленный на основание и связанный с кроссовером, для приема первого составляющего сигнала в совокупности сигналов, причем этот первый формирователь выполнен с возможностью возбуждения первым составляющим сигналом для перемещения параллельно первой оси перемещения, проходящей через центр первого формирователя, для формирования звуковых волн; (г) первый отражатель, обращенный к первой диафрагме первого формирователя, для отражения звуковых волн, идущих от первого формирователя, причем конфигурация первого отражателя относительно первого формирователя такова, что отраженная звуковая энергия является наибольшей в первом выбранном направлении, проходящем от передней поверхности первого отражателя и первого формирователя, и спадает при больших углах от первого выбранного направления; и (д) по меньшей мере, один из второго формирователя для формирования звуковых волн более высоких частот, чем звуковые волны, формируемые первым формирователем, и третьего формирователя для формирования звуковых волн более низких частот, чем звуковые волны, формируемые первым формирователем, причем упомянутый, по меньшей мере, один из второго формирователя и третьего формирователя установлен на основание и связан с кроссовером для приема, по меньшей мере, одного составляющего сигнала в совокупности составляющих сигналов из кроссовера. Первый формирователь ориентирован таким образом, что плоскость первого формирователя перпендикулярна оси перемещения, причем эта плоскость первого формирователя расположена под ненулевым острым углом к опорной плоскости. Первое выбранное направление отклонено от плоскости первого формирователя.
Задача настоящего изобретения в третьем его аспекте состоит в том, чтобы разработать усовершенствованный громкоговоритель.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, предложен способ направления звуковых волн от формирователя громкоговорителя. Способ заключается в том, что (а) подают звуковой сигнал в формирователь, причем этот формирователь выполнен с возможностью перемещения параллельно оси перемещения, проходящей через центр формирователя, для формирования звуковых волн на основании звукового сигнала; (б) ориентируют формирователь таким образом, что плоскость формирователя, перпендикулярная оси перемещения, располагается под выбранным углом наклона относительно горизонтальной плоскости, причем выбранный угол наклона является ненулевым острым углом, и (в) отражают звуковые волны от отражателя таким образом, что отраженная звуковая энергия является наибольшей в выбранном направлении, проходящем от передней поверхности отражателя, и спадает при постепенно нарастающих углах от выбранного направления, при этом выбранное направление отклонено от плоскости формирователя.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится описание предпочтительного конкретного варианта осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, при этом:
на фиг.1 представлен чертеж в перспективе громкоговорителя в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг.2 представлено сечение на виде сбоку громкоговорителя, показанного на фиг.1;
на фиг.3 представлено подробное сечение отражателя звука и формирователя громкоговорителя, показанного на фиг.1;
на фиг.4 представлен вид сверху громкоговорителя, показанного на фиг.1;
на фиг.5 представлен чертеж в перспективе громкоговорителя в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг.6 представлено сечение на виде сбоку громкоговорителя, показанного на фиг.5;
на фиг.7 представлен вид сбоку громкоговорителя, показанного на фиг.5, иллюстрирующий звуковое поле;
фиг.8 иллюстрирует применение нескольких громкоговорителей в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.9 представлено сечение на виде сбоку громкоговорителя в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг.10 представлен чертеж в перспективе громкоговорителя в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения; и
на фиг.11 представлено сечение на виде сбоку громкоговорителя в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Человеческий слух наиболее чувствителен к звуку в пределах довольно узкого диапазона между 2 кГц и 5 кГц. Это также та область, в которой наш мозг выполняет большинство своей работы по локализации или определению положения или источника звука.
В акустических системах используется несколько громкоговорителей для воспроизведения события стереофонической (трехмерной) записи. То есть стереофонический (трехмерный) эффект создается за счет положения, интенсивности и задержки во времени между двумя или более каналами. Вследствие этого, наш мозг способен воссоздавать ощущение пространства и размеров, а также ощущение отражений, которые возникают внутри типичного помещения. Например, слушая симфонический оркестр в очень хорошем концертном зале, можно услышать звук, который имеет очень высокую долю отраженной информации. Как правило, 70% звуковой информации будут отраженной информацией, и лишь 30% будут собственно звуком произведения, исполняемого на сцене.
Если мы слушаем типичный громкоговоритель с формирователями на вертикальной плоскости, то большинство звука, в частности - на высоких частотах, будет направлено перпендикулярно слушателю, а отраженная составляющая будет минимальной. Этот недостаток отраженной информации, по сравнению с той, которую мы получаем при реальном исполнении, должен уменьшать ощущаемый «размер» звука, т.е. создавать эффект «павильона звукозаписи». Однако из-за высокого уровня непосредственного сигнала между 2 кГц и 5 кГц громкоговоритель с формирователями на вертикальной плоскости будет создавать несколько ограниченные акустические образы. В другом экстремальном случае - в известном всенаправленном громкоговорителе с отражателем поверх формирователя на горизонтальной плоскости, отношение отраженной информации к непосредственной информации из громкоговорителя будет очень большим. В результате, в мозгу будет создано сильное ощущение пространства, подобное ощущению в концертном зале. Вместе с тем, когда слушателя достигает очень слабый непосредственный сигнал, в частности, в области от 2 кГц и 5 кГц, в мозгу будут создаваться весьма неопределенные образы, которые не имитируют реальность.
Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения допускают изменение отношения непосредственного сигнала к отраженному сигналу, в частности, на частотах между 2 кГц и 5 кГц, которые представляют собой верхний рабочий диапазон низкочастотного громкоговорителя. За счет этого можно сохранять отраженную информацию, необходимую для создания эффекта большого павильона звукозаписи. В то же время, за счет сохранения еще и достаточного уровня непосредственного сигнала можно обеспечить ситуацию, в которой образ, создаваемый звуком, сможет лучше воспроизводить звук живого исполнения.
Обратимся сначала к фиг.1, где изображен громкоговоритель 20 в соответствии с первым конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения. Громкоговоритель 20 имеет корпус 22, формирователь 24, акустический экран 26 корпуса, входные клеммы 28, 30 (фиг.2) и отражатель 32 звука.
Корпус 22 имеет основание 40, которое также определяет основание 42 громкоговорителя 20. Акустический экран 26 установлен на верхней поверхности 44 корпуса 22 с помощью нескольких винтов 46 (фиг.2). В альтернативном варианте, акустический экран 26 может быть установлен на корпус 22 с помощью фрикционной опоры, крепежной детали другого типа или любым другим способом. Формирователь 24 установлен в отверстии 48 в акустическом экране 26. Формирователь 24 установлен таким образом, что его диффузор 50 обращен в направлении от верхней поверхности акустического экрана 26. Отражатель 32 звука выполнен как единое целое с акустическим экраном 26 и отделен от акустического экрана 26 опорой 54. В другом конкретном варианте осуществления настоящего изобретения, отражатель 32 звука и опора 54 могут быть выполнены отдельно от акустического экрана 26, а их сборку с акустическим экраном 26 можно осуществить с помощью одной или более крепежных деталей и/или клея.
Отражатель 32 звука расположен над формирователем 24 и имеет звукоотражающую поверхность 58, которая обращена к диффузору 50 формирователя 24.
На задней стороне корпуса 22 установлены клеммы 28, 30. Клеммы 28, 30 могут быть монтажными клеммами любого типа, пригодными для подсоединения аудиокабелей (не показаны). Клеммы 28, 30 соединены с формирователем 24 проводами 60, 62 (фиг.2).
Обращаясь далее к фиг.2, отмечаем, что основание 42 громкоговорителя 20 в общем случае определяет плоскость 68 основания, которая при эксплуатации находится на внешней опорной плоскости, обеспечиваемой, например, полом или книжной полкой. Верхний край диффузора 50 определяет плоскость 70 формирователя. Плоскость 70 формирователя расположена под углом 71 к плоскости 68 основания.
При эксплуатации, громкоговоритель 20 можно расположить таким образом, что плоскость 68 основания окажется, по существу, параллельной полу или грунту (не показан) в области, где используют громкоговоритель. В результате, плоскость 70 формирователя, как правило, не будет параллельна полу или грунту. В альтернативном варианте громкоговоритель 20 можно подвесить к потолку таким образом, что его основание будет параллельно полу или грунту, или можно установить основанием или задней поверхностью к стене.
При эксплуатации, громкоговоритель 20 принимает звуковой сигнал на клеммах 28, 30 из источника сигнала (не показан) известным образом. Источником сигнала может быть приемник или усилитель звука. Специалист в данной области техники должен быть знаком с работой и подключением подходящего источника звука, так что их дальнейшее описание в этой связи приводиться не будет.
Обратимся теперь к фиг.3, где представлен в увеличенном масштабе вид формирователя 24 и отражателя 32 звука. Формирователь 24 принимает звуковой сигнал посредством проводов 60, 62 (фиг.2), вследствие чего его диффузор 50 перемещается в осевом направлении 66, которое в типичном случае будет проходить перпендикулярно плоскости 70 формирователя. Когда диффузор 50 перемещается, он создает звуковые волны 74. Звуковые волны 75 имеют диапазон частотных составляющих в конкретных пределах, зависящих от выбора формирователя 24. Более высокочастотные составляющие, а в частности - составляющие с длиной волны, меньшей, чем диаметр диффузора 50, распространяются в направлении, в общем случае перпендикулярном плоскости 70 формирователя, т.е. в направлении отражающей поверхности 58. Когда звуковые волны 74 достигают отражающей поверхности 58, они отражаются наружу из громкоговорителя 20 в виде звуковых волн 76. Хотя звуковые волны 76 показаны распространяющимися от громкоговорителя к передней и задней поверхностям громкоговорителя 20, звуковые волны 76 на самом деле будут распространяться от громкоговорителя 20 во всех направлениях.
Обратимся также к фиг.4. Отражатель 32 расположен над формирователем 24 таким образом, что звуковые волны 74 отражаются в виде звуковых волн 76 неодинаково. Относительно большие части звуковых волн 76 отражаются в направлении 77 от передней поверхности громкоговорителя 20. Это означает, что относительно большая часть звуковой энергии, излучаемой формирователем 24, направляется наружу из громкоговорителя 20 в направлении 77.
Под большими углами от передней поверхности громкоговорителя 20 отражается все меньше звуковых волн 76 (и все меньше звуковой энергии излучается громкоговорителем 20) в каждом направлении. Наименьшие части звуковых волн 76 отражаются в направлении 78 к задней поверхности громкоговорителя 20. Кривая 79 иллюстрирует относительную интенсивность звуковых волн 76, отражаемых во всех направлениях от громкоговорителя 20.
Вернемся к фиг.3. Относительная амплитуда звуковых волн 76, распространяющихся от громкоговорителя 20 в любом направлении, зависит от формы и размеров отражателя 32, положения отражателя 32 относительно формирователя 24, а также размеров и формы формирователя 24. Отражающая поверхность 58 отражателя 32 звука представляет собой составную поверхность из трех плоских участков 80, 82 и 84, разделенных криволинейными участками 86 и 88. Криволинейный участок 86 имеет меньший радиус кривизны, чем криволинейный участок 88.
Конкретные размеры и форма отражающей поверхности 58 в любом конкретном варианте осуществления громкоговорителя 20 в соответствии с настоящим изобретением будут зависеть от частотной характеристики формирователя 24 и от частотной характеристики, желательной для громкоговорителя 20. Формирователь 24 этого возможного громкоговорителя 20 представляет собой функционально полный громкоговоритель, выбранный с возможностью охвата большой части спектра звуковых частот. Обнаружено, что эта форма отражающей поверхности 58 обеспечивает относительно плоскую частотную характеристику для громкоговорителя 20 при пользовании таким громкоговорителем. Если для громкоговорителя 20 желательна другая частотная характеристика или дисперсионная диаграмма, то можно использовать отражающую поверхность другой формы. Например, в альтернативных конкретных вариантах осуществления можно использовать параболическую, эллиптическую, гиперболическую или круговую отражающую поверхность.
В связи с настоящим изобретением, можно использовать формирователь 24 любой формы или любых размеров. Если используют больший формирователь 24, то большей будет и доля формируемых звуковых волн, которые окажутся направленными. Может быть и так, что понадобится увеличение размеров отражателя звука, если желательно, чтобы отражатель 32 эффективно изменял направление направленных частотных составляющих в большом диапазоне.
Перейдем к фиг.4. Степень эффективности отражателя 32 при отражении звуковых волн 74 также зависит от частоты звуковых волн 74. Хорошо известно, что низкочастотные звуковые волны менее направлены, чем звуковые волны более высоких частот. Это означает, что низкочастотный звук отклоняется в более широких пределах и распространяется, по существу, во всех направлениях (в трех направлениях) от своего источника (которым, как правило, является громкоговоритель). С другой стороны, высокочастотный звук отклоняется меньше и распространяется в сравнительно узком или сфокусированном направлении по сравнению с низкочастотным звуком. В отсутствие отражателя 32 низкочастотные звуки, формируемые формирователем 24, распространялись бы широко, во всех направлениях от громкоговорителя 20. Вместе с тем, высокочастотные звуки проходили бы вверх вдоль линии 66 (фиг.3) и отклонялись бы значительно меньше.
Высокочастотные звуковые волны легче отражаются препятствиями, находящимися на их пути, в частности, когда препятствие больше, чем длина волны, характерная для звуковых волн. В отличие от этого, звуковые волны более низких частот в меньшей степени подвержены влиянию препятствий, находящихся на их пути. Это означает, что имеющие более высокие частоты составляющие звуковых волн 74 (фиг.3) будут отражаться отражателем 32 звука больше, чем составляющие, имеющие более низкие частоты. Размеры отражателя 32 звука таковы, что его диаметр 90 больше, чем длина волны частотных составляющих, для отражения которых предназначен отражатель 32 звука.
Как отмечалось выше, формирователь 24 выбирают с возможностью формирования звуковых волн 74 с широким диапазоном частотных составляющих. Кривая 79 иллюстрирует форму звукового поля, формируемого громкоговорителем 20 в случае относительно высоких звуковых частот. Кривая 96 иллюстрирует форму звукового поля, формируемого громкоговорителем 20 на звуковых частотах среднего диапазона. Кривая 98 иллюстрирует форму звукового поля, формируемого громкоговорителем 20 на относительно низких звуковых частотах. Кривые 79, 96 и 98 являются просто иллюстративными, представлены не в масштабе и не определяют никакие границы звукового поля в каждом диапазоне частот. Они предназначены для иллюстрации общей формы распространения волн в каждом диапазоне частот. Кривые 79, 96 и 98 показывают, что совокупное звуковое поле, формируемое громкоговорителем 20, будет иметь более направленные составляющие более высоких частот и менее направленные составляющие более низких частот. Звуковое поле, формируемое громкоговорителем 20, будет излучаться из громкоговорителя 20 в трех направлениях (т.е. излучение будет стереофоническим). Вертикальная форма звукового поля в диапазоне частот аналогична форме этого поля в его горизонтальном направлении. Таким образом, кривые 79, 96 и 98 иллюстрируют сечение звукового поля в каждом соответствующем диапазоне частот.
Обнаружено, что форма отражающей поверхности 58 дает относительно плоскую частотную характеристику для громкоговорителя 20 в широком диапазоне частот при измерении из горизонтального положения примерно на высоте громкоговорителя 20. Громкоговоритель 20 обеспечивает стереофоническую область прослушивания на его передней стороне и при этом делает эффективным использование энергии звука, генерируемой формирователем 24.
В этом иллюстративном громкоговорителе 20 угол 71 между плоскостью 68 основания и плоскостью 70 формирователя составляет 25 градусов. В других конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения этот угол составляет 30 градусов. Этот угол выбирают так, чтобы можно было обеспечить плоскую частотную характеристику формирователя вдоль оси 66 (фиг.3). В других конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения этот угол может находиться в диапазоне между 5 и 55 градусами, между 10 градусами и 80 градусами, или между 20 и 35 градусами.
Плоскость 90 отражателя звука может быть ограничена в случае отражателя 32 звука наверху отражающей поверхности 58. Угол 92 между плоскостью 90 отражателя звука и плоскостью 70 формирователя выбирают на основании дисперсионной диаграммы звука, которую желательно получить посредством громкоговорителя 20. Желаемая дисперсионная диаграмма звука будет зависеть от применения громкоговорителя 20. Например, в зависимости от помещения (или типа помещения), в котором предполагается использовать громкоговоритель 20, будут возникать разные отражения на границах помещения (т.е. стенах, ограничивающих помещение). Как правило, громкоговоритель 20 будет установлен своей задней поверхностью к стене или задней стенке книжной полки. Располагая отражатель 32 звука под таким углом, что его передняя сторона 32f будет наклонена вниз, как в возможном громкоговорителе 20, можно обеспечить концентрацию звуковых волн, идущих от передней поверхности громкоговорителя 20, по направлению к слушателю, находящемуся перед громкоговорителем 20, в основном на той же высоте, на какой расположен громкоговоритель 20. В то же время, звуковые волны, отражаемые от задней поверхности громкоговорителя 20, будут иметь направление, несколько отклоненное кверху, и будут отражаться от стены или книжной полки, а также будут отражаться вперед и вверх на высоте, в общем случае большей, чем в случае звуковых волн, отражаемых от передней поверхности громкоговорителя 20. Это вносит вклад в образование обширного звукового поля. Угол 92 влияет на параметры вертикальной характеристики громкоговорителя, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением. Специалист в данной области техники сможет выбрать подходящий угол, чтобы обеспечить желаемый параметр звукового поля.
Отражатель 32 звука работает, придавая и горизонтальную, и вертикальную форму звуковому полю, формируемому громкоговорителем 20. Форма и угол отражателя 32 звука относительно плоскости 70 формирователя описаны выше. Когда звуковые волны 74, формируемые формирователем 24, встречаются с отражателем 32 звука, некоторые из них в действительности будут огибать отражатель 32 звука и образовывать дифрагированные звуковые волны 81 (см. фиг.2 и 3) над отражателем 32 звука. Более высокочастотные составляющие звуковых волн 74, которые имеют длину волны меньшую, чем диаметр отражателя 32 звука, будут и дифрагироваться, и отражаться отражателем 32 звука в виде звуковых волн 81 и в виде звуковых волн 76. Доля звуковых волн 74, которые будут дифрагироваться, увеличивается с уменьшением размеров отражателя 32 звука. Отражателю 32 звука можно придать такие размеры, что он будет обеспечивать желаемое поле звука и в горизонтальном, и в вертикальном направлении в области прослушивания.
Как отмечалось выше, громкоговоритель 20 снабжен формирователем 24, выбранным с возможностью формирования звука с широким диапазоном частот в ответ на звуковой сигнал. Может оказаться желательным формирование других диапазонов звуковых частот (которые могут перекрываться) с помощью других формирователей.
Теперь обратимся к фиг.5 и 6, на которых изображен громкоговоритель 120 в соответствии со вторым конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения. Элементы громкоговорителя 120, соответствующие элементам громкоговорителя 20, обозначены аналогичными позициями, увеличенными на 100. Громкоговоритель 120 имеет корпус 122, формирователь 124, акустический экран 126 корпуса, входные клеммы 128, 130 и отражатель 132 звука, причем все эти элементы имеют такую же конструкцию и работают так же, как соответствующие элементы громкоговорителя 20 (фиг.1). Кроме того, громкоговоритель 120 имеет второй формирователь 134, второй отражатель 136 звука и кроссовер 152.
Формирователь 134 установлен на верхней стороне отражателя 132 звука и имеет ось 138. Отражатель 136 звука имеет опору 137, которая выступает из опоры 154 (или из верхней поверхности отражателя 132 звука). Отражатель звука расположен в общем случае над формирователем 134.
Формирователь 134 представляет собой высокочастотный формирователь, который выбирают с возможностью формирования звуковых волн в диапазоне более высоких частот, чем формирователь 124, как правило, с некоторым перекрытием между обоими диапазонами частот. Например, в громкоговорителе 120 формирователь 124 может быть выбран с возможностью формирования звука на частотах между 50 Гц и 2 кГц, а формирователь 134 может быть выбран с возможностью формирования звука на частотах между 1 кГц и 18 кГц. (Как правило, верхняя граница диапазона частот формирователя 124 будет ниже, чем у формирователя 24 в громкоговорителе 20, поскольку громкоговоритель 20 не имеет высокочастотного формирователя.) В другом конкретном варианте осуществления настоящего изобретения, формирователи 124 и 134 можно выбрать так, что они будут иметь любой подходящий диапазон частот.
Кроссовер 152 установлен внутри корпуса 122 и соединен с клеммами 128, 130 посредством проводов 160, 162. Формирователь 124 соединен с кроссовером 152 посредством проводов 160l, 162l. Формирователь 134 соединен с кроссовером 152 посредством проводов 160h и 162h. Кроссовер 152 принимает звуковой сигнал с клемм 128, 130 и делит его на низкочастотный звуковой сигнал и высокочастотный звуковой сигнал известным образом. Эти низко- и высокочастотный звуковые сигналы имеют перекрывающиеся диапазоны частот.
Формирователь 124 принимает низкочастотный звуковой сигнал из кроссовера 152 и в ответ формирует звуковые волны 172 таким же образом, как формирователь 24 формирует звуковые волны 72 (фиг.4). Звуковые волны 172 отражаются отражателем 132 в виде звуковых волн 174.
Отражатель 134 принимает высокочастотный звуковой сигнал из кроссовера 152 и в ответ формирует звуковые волны 173. Отражатель 136 расположен таким образом, что на него падают, по меньшей мере, некоторые из звуковых волн 173. Отражающая поверхность 159 отражателя 136 отражает звуковые волны 173 наружу из громкоговорителя 120 в виде звуковых волн 175. Относительно большая часть звуковых волн 175 направляется от передней поверхности громкоговорителя 120. Под постепенно нарастающими углами от передней поверхности громкоговорителя 120 отражается все меньше звуковых волн 175.
Использование отдельных формирователей 124 и 134 в громкоговорителе 120 имеет несколько преимуществ над конструкцией громкоговорителя 20 с одним формирователем. Во-первых, использование двух формирователей 124 и 134 позволяет выбирать формирователи, которые обеспечивают лучшее качество звука в пределах их выбранных диапазонов частот. Во-вторых, использование независимых отражателей 132, 126 для отдельных диапазонов частот обеспечивает более точное придание формы звуковому полю для каждого диапазона частот, что позволяет приблизить форму всего звукового поля громкоговорителя 120 к желаемой форме. Формирователь 134 расположен дальше от передней поверхности громкоговорителя 120, чем формирователь 124. Аналогично, отражатель 136 расположен дальше от передней поверхности громкоговорителя 120, чем отражатель 132. В результате, звуковые волны 172 из формирователя 124 и отражателя 132 должны проходить меньшее расстояние до слушателя, чем звуковые волны 173 из формирователя 134 и отражателя 136. Это желательно потому, что звуковые волны 173, полученные из высокочастотного звукового сигнала, могли бы в противном случае достигать слушателя несколько раньше, чем звуковые волны 172, полученные из низкочастотного звукового сигнала.
Теперь обратимся к фиг.7. Звуковые волны 174 и 175 показаны в сечении, иллюстрирующем распространение от передней и задней поверхностей громкоговорителя 120. Звуковые волны 174 и 175 совместно образуют звуковое поле, которое охватывает диапазоны частот обоих формирователей 124 и 134. Слушатель, находящийся в точке 199а, услышит совокупное полное звуковое поле. Подобно громкоговорителю 20, громкоговоритель 120 формирует стереофоническое (трехмерное) звуковое поле. Слушатель, находящийся в точках 199b и 199с, которые расположены соответственно выше и ниже по сравнению с высотой громкоговорителя 120, также даст возможность услышать совокупное полное звуковое поле. Специалист в данной области техники сможет выбрать углы формирователей 124 и 134 и их отражателей 132, 136 (указанных на Фиг.5 и 6), чтобы обеспечить совокупное звуковое поле на высоте, необходимой для любого конкретного варианта осуществления настоящего изобретения.
Теперь обратимся к фиг.8. Громкоговорители 20 и 120 пригодны для применения в многоканальных акустических системах. Современные системы домашних театров обычно включают в себя пять или более громкоговорителей. Типичная система 200 домашнего театра с громкоговорителями может включать в себя передний левый громкоговоритель 202, передний правый громкоговоритель 204, центральный громкоговоритель 206, задний левый громкоговоритель 208 и задний правый громкоговоритель 210. Звуковое поле каждого из этих громкоговорителей в полосе 2-5 кГц условно иллюстрируется на фиг.9 кривыми 212 (передний левый громкоговоритель 202), 214 (передний правый громкоговоритель 204), 216 (центральный громкоговоритель 206), 218 (задний левый громкоговоритель 208) и 220 (задний правый громкоговоритель 210). Каждая из этих кривых иллюстрирует область, в которой - согласно изображенной компоновке - можно эффективно слушать соответствующий громкоговоритель. Пять кривых 212-220 перекрываются, обеспечивая область 222 прослушивания. Слушатель, находящийся в области 222 прослушивания, сможет слушать все пять громкоговорителей 202-210 и будет наслаждаться типичным звуковым представлением «окружающего звука» из всех пяти громкоговорителей под управлением источника звукового сигнала (не показан).
Как упоминалось ранее, низкочастотные звуки являются относительно ненаправленными. Кроме того, для формирования таких низкочастотных звуков часто требуется значительная мощность. Показанная на фиг.8 система с пятью громкоговорителями может быть известным образом объединена с низкочастотным громкоговорителем или вспомогательным низкочастотным громкоговорителем в системе громкоговорителей типа «5.1», которая обеспечивает звуковое поле с широким диапазоном частот. Например, низкочастотный громкоговоритель может иметь диапазон частот от 20 Гц до 80 Гц. Формирователи 124 громкоговорителей 202-210 могут иметь диапазон частот от 60 Гц до 2 кГц, а формирователи 134 громкоговорителей 202-210 могут иметь диапазон частот от 1 кГц до 18 кГц. Эти диапазоны частот являются лишь примерами, и специалист в данной области техники сможет выбрать формирователи с диапазонами частот, которые подходят для конкретного приложения настоящего изобретения.
Обратимся теперь к фиг.9, где изображен громкоговоритель 320 в соответствии с третьим конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения. Громкоговоритель 320 имеет конструкцию, аналогичную громкоговорителю 120, а соответствующие компоненты обозначены аналогичными позициями, увеличенными на 200. Высокочастотный формирователь 334 работает аналогично высокочастотному формирователю 134. Вместе с тем, отражатель 332 звука выполнен полым, чтобы обеспечить наличие герметичной задней камеры 335 для высокочастотного формирователя 334. Высокочастотный формирователь 334 имеет отверстие 337 для стравливания давления воздуха, вызываемого перемещением диффузора 351 формирователя. Этот объем воздуха, заключенный внутри отражателя 332, уменьшает резонанс на основной частоте формирователя 334, тем самым уменьшая искажения и улучшая управление мощностью на нижней границе диапазона частот и сглаживая частотную характеристику формирователя.
Обратимся теперь к фиг.10, где показан громкоговоритель 420 в соответствии с четвертым конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения. Все вышеописанные громкоговорители включают в себя круглый формирователь (т.е. формирователи 24 и 134). Настоящее изобретение можно использовать с формирователем, имеющим эллиптическую или другую форму. Громкоговоритель 420 аналогичен громкоговорителю 20. Соответствующие компоненты обозначены аналогичными позициями, увеличенными на 400. Формирователь 424 имеет эллиптическую форму, и отражатель 432 звука имеет соответствующую эллиптическую форму.
В других конкретных вариантах осуществления громкоговорители 120 и 32 имеют два формирователя и два соответствующих отражателя. Другие громкоговорители, соответствующие настоящему изобретению, могут иметь три или более формирователей и соответствующие отражатели. Три или более громкоговорителей могут иметь разные и - возможно - перекрывающиеся диапазоны частот. Формирователи таких громкоговорителей могут быть выбраны с обеспечением расширенной совокупной частотной характеристики или более качественного воспроизведения звука, либо с обеспечением и того, и другого.
Обратимся теперь к фиг.11, где изображен пятый конкретный вариант осуществления громкоговорителя 520 в соответствии с настоящим изобретением. Громкоговоритель 520 имеет три формирователя 524, 534 и 574. Формирователь 524 имеет соответствующий отражатель 532, а формирователь 534 имеет соответствующий отражатель 536. Формирователи 524, 534 и отражатели 532, 536 работают аналогично формирователям 124, 134 и отражателям 132, 136 громкоговорителя 120 (фиг.6). Громкоговоритель 520 имеет входные клеммы 528 и 530, которые соединены с трехканальным кроссовером 552. Кроссовер 552 делит звуковой сигнал (не показан), принимаемый на клеммах 528, 530, на низкочастотную, среднечастотную и высокочастотную составляющие. Высокочастотные составляющие подаются в формирователь 534 по проводам 560h, 562h. Среднечастотные составляющие подаются в формирователь 524 по проводам 560m, 562m. Низкочастотные составляющие подаются в формирователь 574 по проводам 560l, 562l.
Формирователь 574 выбирают так, чтобы он имел такой рабочий диапазон низких частот, что мог совместно с кроссовером 552 воспроизводить звуковой сигнал в ответ на низкочастотные составляющие звукового сигнала. Поскольку низкочастотный выходной сигнал формирователя 574 будет, по существу, всенаправленным, формирователю 574 не нужен отражатель звука.
Формирователь 520 выполнен с возможностью формирования звуков с широким диапазоном частот, зависящим от выбора формирователей 524, 534 и 574, и с широкой областью прослушивания.
Возможны другие изменения и модификации изобретения. Например, хотя вышеизложенное связано с формирователями, имеющими диффузоры, специалисты в данной области техники поймут, что их можно заменить диафрагмами других форм. Все такие модификации или изменения считаются находящимися в рамках существа и объема притязаний изобретения, ограниченного прилагаемой формулой изобретения.
1. Громкоговоритель, содержащий
(а) основание, определяющее опорную плоскость, причем это основание используется для опоры громкоговорителя на некоторую поверхность,
(б) формирователь, установленный на основание, причем этот формирователь содержит диафрагму, выполненную с возможностью перемещения параллельно оси перемещения, проходящей через центр формирователя, для формирования звуковых волн, и
(в) отражатель, закрепленный таким образом, что он обращен к диафрагме формирователя для отражения звуковых волн, идущих от формирователя, причем отражатель установлен под таким углом относительно формирователя, что в заданном диапазоне частот отраженная звуковая энергия является наибольшей в выбранном направлении, проходящем от передней поверхности отражателя и формирователя, и спадает при больших углах от выбранного направления,
при этом
формирователь ориентирован таким образом, что плоскость формирователя расположена перпендикулярно оси перемещения, причем плоскость формирователя расположена под ненулевым острым углом к опорной плоскости, и
выбранное направление отклонено от плоскости формирователя.
2. Громкоговоритель по п.1, в котором отражатель расположен относительно формирователя таким образом, что ось перемещения формирователя пересекает отражатель.
3. Громкоговоритель по п.2, в котором
отражатель содержит отражающую поверхность, обращенную к формирователю, и
ось перемещения формирователя пересекает отражающую поверхность в ее центре.
4. Громкоговоритель по п.1, в котором
отражатель содержит отражающую поверхность, обращенную к формирователю,
расстояние от формирователя до отражающей поверхности изменяется вокруг формирователя и является наибольшим спереди от формирователя и отражателя, а
наклон отражающей поверхности относительно плоскости формирователя изменяется вокруг формирователя и является наибольшим спереди от формирователя и отражателя.
5. Громкоговоритель по п.1, в котором выбранное направление, по существу, проходит в плоскости, параллельной оси перемещения и перпендикулярной опорной плоскости.
6. Громкоговоритель по п.3, в котором ненулевой острый угол находится в диапазоне между 5 и 85°.
7. Громкоговоритель по п.3, в котором ненулевой острый угол находится в диапазоне между 10 и 80°.
8. Громкоговоритель по п.3, в котором ненулевой острый угол находится в диапазоне между 20 и 35°.
9. Система громкоговорителя, содержащая
(а) основание, определяющее опорную плоскость, причем это основание используется для опоры громкоговорителя на некоторую поверхность,
(б) входную клемму, предназначенную для приема звукового сигнала, и кроссовер, соединенный с входной клеммой, для разделения звукового сигнала на совокупность составляющих сигналов,
(в) первый формирователь, установленный на основание и связанный с кроссовером, для приема первого составляющего сигнала в совокупности сигналов, причем этот первый формирователь содержит диафрагму, выполненную с возможностью возбуждения первым составляющим сигналом для перемещения параллельно первой оси перемещения, проходящей через центр первого формирователя, для формирования звуковых волн,
(г) первый отражатель, обращенный к первой диафрагме первого формирователя, для отражения звуковых волн, идущих от первого формирователя, причем конфигурация первого отражателя относительно первого формирователя такова, что в заданном диапазоне частот отраженная звуковая энергия является наибольшей в первом выбранном направлении, проходящем от передней поверхности первого отражателя и первого формирователя, и спадает при больших углах от первого выбранного направления, и
(д) второй формирователь, установленный на основание и связанный с кроссовером для приема, по меньшей мере, одного составляющего сигнала в совокупности составляющих сигналов из кроссовера,
при этом
первый формирователь ориентирован таким образом, что плоскость первого формирователя перпендикулярна оси перемещения, причем эта плоскость первого формирователя расположена под ненулевым острым углом к опорной плоскости, а
первое выбранное направление отклонено от плоскости первого формирователя;
(е) второй отражатель, закрепленный таким образом, что он обращен к второму формирователю, для отражения звуковых волн, идущих от второго формирователя, причем второй формирователь закреплен между первым отражателем и вторым отражателем.
10. Система громкоговорителя по п.9, в которой первый отражатель расположен относительно первого формирователя таким образом, что ось перемещения первого формирователя пересекает первый отражатель.
11. Система громкоговорителя по п.10, в которой
первый отражатель содержит первую отражающую поверхность, обращенную к первому формирователю, а
первая ось перемещения первого формирователя пересекает первую отражающую поверхность в ее центре.
12. Система громкоговорителя по п.9, в которой
первый отражатель содержит первую отражающую поверхность, обращенную к первому формирователю,
расстояние от первого формирователя до первой отражающей поверхности изменяется вокруг первого формирователя и является наибольшим спереди от первого формирователя и первого отражателя, а
наклон первой отражающей поверхности относительно плоскости первого формирователя изменяется вокруг первого формирователя и является наибольшим спереди от первого формирователя и первого отражателя.
13. Система громкоговорителя по п.9, в которой
упомянутый, по меньшей мере, один составляющий сигнал представляет собой низкочастотный сигнал, а
второй формирователь связан с кроссовером для приема низкочастотного
сигнала, причем второй формирователь выполнен с возможностью возбуждения низкочастотным сигналом для формирования звуковых волн более низких частот, чем частота звуковых волн, формируемых первым формирователем.
14. Система громкоговорителя по п.9, в которой
упомянутый, по меньшей мере, один составляющий сигнал представляет собой высокочастотный сигнал,
второй формирователь связан с кроссовером для приема высокочастотного сигнала, причем второй формирователь выполнен с возможностью возбуждения высокочастотным сигналом для перемещения параллельно второй оси перемещения, проходящей через центр второго формирователя, для формирования звуковых волн более высоких частот, чем частота звуковых волн, формируемых первым формирователем; а
второй отражатель, сконфигурированный относительно второго формирователя таким образом, что отраженная звуковая энергия из второго отражателя является наибольшей во втором выбранном направлении, проходящем от передней поверхности второго отражателя и второго формирователя, и спадает при больших углах от второго выбранного направления,
при этом
второй формирователь ориентирован таким образом, что плоскость второго формирователя перпендикулярна второй оси перемещения, причем плоскость второго формирователя расположена под вторым ненулевым острым углом к опорной плоскости, а
второе выбранное направление отклонено от плоскости второго формирователя.
15. Система громкоговорителя по п.14, в которой второй ненулевой острый угол отличается от первого ненулевого острого угла.
16. Система громкоговорителя по п.14, в которой второй отражатель расположен относительно второго формирователя таким образом, что ось перемещения второго формирователя пересекает второй отражатель.
17. Система громкоговорителя по п.16, в которой
второй отражатель содержит вторую отражающую поверхность, обращенную ко второму формирователю, и
вторая ось перемещения пересекает вторую отражающую поверхность в ее центре.
18. Система громкоговорителя по п.14, в которой
второй отражатель содержит вторую отражающую поверхность, обращенную к формирователю,
расстояние от второго формирователя до второй отражающей поверхности изменяется вокруг второго формирователя и является наибольшим спереди от второго формирователя, а
наклон второй отражающей поверхности относительно плоскости второго формирователя изменяется вокруг второго формирователя и является наибольшим спереди от второго формирователя и второго отражателя.
19. Система громкоговорителя по п.14, в которой второй формирователь установлен в первый отражатель.
20. Система громкоговорителя по п.19, в которой первый отражатель содержит резонансную камеру для второго формирователя.
21. Система громкоговорителя по п.14, в которой второе выбранное направление, по существу, параллельно первому выбранному направлению.
22. Способ направления звуковых волн от формирователя громкоговорителя, заключающийся в том, что
(а) подают звуковой сигнал в формирователь, причем этот формирователь содержит диафрагму, выполненную с возможностью перемещения параллельно оси перемещения, проходящей через центр формирователя, для формирования звуковых волн на основании звукового сигнала,
(б) ориентируют формирователь таким образом, что плоскость формирователя, перпендикулярная оси перемещения, располагается под выбранным углом наклона относительно горизонтальной плоскости, причем выбранный угол наклона является ненулевым острым углом, и
(в) отражают звуковые волны от отражателя таким образом, что отраженная звуковая энергия является в заданном диапазоне частот наибольшей в выбранном направлении, проходящем от передней поверхности отражателя, и спадает при постепенно нарастающих углах от выбранного направления, при этом выбранное направление отклонено от плоскости формирователя.
