Направленный многоканальный громкоговоритель с волноводом
Настоящее изобретение относится к громкоговорителю, содержащему корпус, имеющий переднюю часть, боковые части и заднюю часть, ограничивающие внутренний объем, причем передняя часть выполнена в виде волноводной поверхности, включает в себя по меньшей мере одну динамическую головку в середине волноводной поверхности и способна излучать основную акустическую мощность громкоговорителя в окружающую среду в направлении первой акустической оси, и дополнительную динамическую головку, прикрепленную к корпусу. В соответствии с изобретением дополнительная динамическая головка закреплена внутри корпуса таким образом, что во внутреннем объеме сформирован субобъем, при этом субобъем ограничен динамической головкой, разделителями между динамической головкой и передней частью, а также передней частью корпуса, при этом по меньшей мере один порт выполнен с возможностью раскрытия в направлении от субобъема к окружающей среде, или к боковой части, или к задней части корпуса, и по меньшей мере один резонатор, акустически соединенный с субобъемом, причем резонатор настроен по меньшей мере на один из нежелательных резонансов субобъема. Заявленное изобретение обеспечивает устранение проблем, связанных с резонансом, обуславливаемым субобъемом вуфера. 26 з.п. ф-лы, 14 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к громкоговорителям. Более конкретно настоящее изобретение относится к громкоговорителям, снабженным волноводом.
Говоря точнее, настоящее изобретение относится к объекту, охарактеризованному в преамбуле пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
В конструкциях по предшествующему уровню техники, и особенно в громкоговорителях с двумя или большим количеством динамических головок (многоканальных громкоговорителях) возникали проблемы, связанные с дифракцией звука, обусловленной нарушениями непрерывности на поверхности (стороне) переднего экрана громкоговорителя. На практике наиболее критичной частью в этом смысле является высокочастотная динамическая головка (твитер). Заявитель данной заявки разработал технические решения, в соответствии с которыми пространство вокруг твитера формируется в виде непрерывного волновода для высоко- и среднечастотных звуковых сигналов или только для твитера и/или среднечастотной динамической головки, или, альтернативно, для коаксиальной динамической головки со среднечастотным твитером.
В настоящей заявке подобные источники звука названы «волноводными динамическим головками». К ним относятся любые динамические головки, находящиеся в середине этой трехмерной волноводной конструкции. Благодаря этим решениям удается добиться высокого качества звука и точной направленности звуковой энергии. Однако частотный диапазон и эффективность волновода для управления направленностью излучения зависят от размера волновода, определяемого во многом площадью поверхности, покрываемой этим волноводом, и, следовательно, от размера переднего экрана (лицевой стороны) громкоговорителя. Малая площадь поверхности волновода ограничивает возможности управления направленностью высокими частотами, например, только диапазоном твитера, тогда как большая площадь его поверхности позволяет расширить частотный диапазон управления направленностью до области более низких частот, и в частности, диапазона среднечастотной динамической головки.
При конструировании небольших громкоговорителей обычно нельзя поместить все динамические головки в середину волновода (в частности, низкочастотный излучатель, вуфер), при этом площадь поверхности, занимаемая этими другими динамическими головками, и сами эти динамические головки будут либо ограничивать площадь экрана, доступную для волновода, либо создавать дополнительную вредную дифракцию звуковой энергии, приводящую к ухудшению качества звукового сигнала, воспринимаемого слушателем.
При разработке известных конструкций предпринимались попытки создания громкоговорителя с одним или большим количеством волноводов на его передней стороне. Различные подобные решения были ранее предложены заявителем настоящей заявки, см., например, заявку ЕР 14168925.7 и заявку PCN/FI2014/050757. Как предусмотрено в этих заявках, использованы несоосные динамические головки, расположенные таким образом, чтобы они не нарушали форму волновода, создаваемую на передней поверхности (лицевой стороне) корпуса, а если они расположены на той же поверхности (лицевой стороне) корпуса, то их покрывают материалом, который преимущественно действует на определенных частотах как твердая поверхность и ограничивает проникновение частот, излучаемых источником (источниками) звука, на которые рассчитан волновод, а с другой стороны, является проницаемым для других частот, а конкретнее тех, которые излучаются несоосной динамической головкой (головками), как правило, вуфером (вуферами).
Такое покрытие низкочастотной динамической головки может создать некоторые проблемы для ее динамических характеристик, поскольку объем воздуха, перемещаемого этой динамической головкой, требует наличия отверстий, количество которых было бы достаточно большим для того, чтобы обеспечивалась циркуляция потока воздуха. Кроме того, субобъем перед вуфером может стать источником нежелательных резонансов.
Раскрытие изобретения
В соответствии с изобретением по меньшей мере некоторые из вышеупомянутых проблем решаются посредством акустического соединения либо резистивных, либо реактивных резонаторов с субобъемом вуфера таким образом, чтобы общий объем громкоговорителя оставался по возможности небольшим. В соответствии с одним из предпочтительных решений, эти резонаторы расположены, по меньшей мере частично, вокруг коаксиального элемента. Кроме того, цель изобретения состоит в улучшении динамических характеристик вуфера (вуферов).
Если говорить конкретнее, предлагаемый громкоговоритель характеризуется признаками, изложенными в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, громкоговоритель включает в себя по меньшей мере один резонатор, акустически соединенный с субобъемом, причем резонатор настроен по меньшей мере на одну из нежелательных резонансных частот субобъема.
Преимущества изобретения
Благодаря настоящему изобретению достигается ряд существенных преимуществ.
При использовании одного из вариантов осуществления изобретения низкочастотная динамическая головка может быть покрыта, и в то же время могут быть устранены проблемы, связанные с резонансом, обуславливаемым субобъемом вуфера. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, такое устранение становится возможным на многих частотах благодаря ряду резонаторов, настроенных на разные частоты.
Благодаря изобретению вся передняя поверхность (лицевая сторона) громкоговорителя может быть сформирована в виде непрерывного волновода для средних и высоких частот без каких-либо резонансов, оказывающих негативное воздействие на форму субобъема низкочастотной динамической головки, с одновременным сохранением при этом как можно меньшего общего объема громкоговорителя. Благодаря такому решению колебания во всем диапазоне звуковых частот от 18 до 20000 Гц могут быть направлены строго в одну «зону наилучшего восприятия», и, кроме того, остальная часть звуковой энергии будет распределяться по помещению для прослушивания благодаря полной волноводной форме громкоговорителя, так что сам корпус громкоговорителя не будет оказывать существенного влияния на частотную характеристику в иных направлениях, нежели главное.
Говоря иначе, традиционные громкоговорители, в которых весь отражательный экран выполнен либо плоским, либо частично изогнутым в виде волновода, сигнал, формируемый в иных направлениях, нежели в «зону наилучшего восприятия», будет отражаться от стенок помещения для прослушивания неконтролируемым образом. Однако согласно изобретению предлагается корпус, в котором звуковое давление оптимально распределяется по всем направлениям, в результате чего все отражения от стенок звучат естественно для человеческого уха.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится описание некоторых предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых показано следующее.
На фиг. 1 представлен вид спереди громкоговорителя согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения;
На фиг. 2 представлен поперечный разрез громкоговорителя по фиг. 1;
На фиг. 3 представлен детальный поперечный разрез громкоговорителя по фиг. 1;
На фиг. 4 представлен график частотных характеристик полости вуфера и соответствующих резонаторов согласно изобретению;
На фиг. 5 представлен поперечный разрез субобъема вуфера согласно изобретению;
На фиг. 6 представлен поперечный разрез второго субобъема вуфера согласно изобретению;
На фиг. 7 представлен поперечный разрез третьего субобъема согласно изобретению;
На фиг. 8а представлен вид спереди вуфера согласно изобретению;
На фиг. 8b представлен поперечный разрез по линии А-А вуфера по фиг. 8а;
На фиг. 9 представлен поперечный разрез третьего субобъема вуфера согласно изобретению;
На фиг. 10 представлен вид спереди громкоговорителя согласно одному из альтернативных вариантов осуществления изобретения;
На фиг. 11 представлен поперечный разрез громкоговорителя по фиг. 9;
На фиг. 12 представлен вид спереди громкоговорителя согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения;
На фиг. 13 представлен вид громкоговорительной системы согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения;
На фиг. 14 представлен вид в поперечном разрезе громкоговорителя согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Используемые термины и соответствующие буквенно-цифровые позиции:
1 Громкоговоритель
2 Корпус
3 Волноводная динамическая головка, также коаксиальная динамическая головка, или только твитер
4 Буфер, низкочастотная динамическая головка, дополнительная динамическая головка
5 Передний порт (отверстие) для вуфера, низкочастотная динамическая головка с наружной кромкой на поверхности корпуса 2, причем кромка ограничивает собой плоскость кромки переднего порта
6 Избирательно акустически прозрачный слой
7 Несущая конструкция для избирательно акустически прозрачного слоя
8 Трехмерная волноводная поверхность, также передняя поверхность (лицевая сторона) корпуса 2, излучающая основную часть акустической мощности и имеющая гладкую непрерывную поверхность с осевой симметрией относительно центра волноводной динамической головки 3
9 Зона наилучшего восприятия для ряда громкоговорителей
10 Первая акустическая ось
11 Вторая акустическая ось
12 Твитер
13 Среднечастотная динамическая головка
15 Передняя часть (стенка) корпуса (может также быть волноводной поверхностью 8), передняя отражающая часть, причем эта передняя часть излучает основную часть акустической мощности, включает в себя волноводную поверхность 8 и имеет плоскость 28, перпендикулярную к первой акустической оси 10
81 Полоса частот волноводной динамической головки 3
82 Полоса частот несоосной динамической головки 4
С Переходная полоса частот между полосами В1 и В2
d Глубина полости панельного резонатора
20 Первый порт, также боковое отверстие, имеющее наружную кромку, которая ограничивает собой плоскость первого порта на поверхности корпуса
21 Боковая часть (стенка) корпуса
22 Субобъем, также переднее пространство вуфера (низкочастотной динамической головки), являющееся частью внутреннего объема 27
W Ширина субобъема
L Длина субобъема
23 Боковая стенка субобъема (переднего пространства), образующая собой разделитель между динамической головкой 4 и корпусом 2, причем касательная в средней части боковой стенки 23 образует ненулевой угол (как правило, приблизительно 90 градусов) с плоскостью 28 передней части 15
25 Задняя часть корпуса, имеющая плоскость, ограничиваемую касательной, которая сформирована в середине задней части 25 и, как правило, параллельна передней части 15; плоскость задней части 25 может в соответствии с изобретением образовывать разные углы.
26 Окружающая среда
27 Внутренний объем корпуса 2
28 Плоскость передней части
29 Плоскость боковой части 21, образуемая касательной к середине этой части
30 Плоскость задней части, образуемая касательной к середине этой части
31 Плоскость переднего порта 5
32 Плоскость первого порта 20; плоскость 31 переднего порта 5 и плоскость 32 любого из передних портов 20 образует угол больше 0 градусов, предпочтительно более 45 градусов, когда первый порт 20 не находится на задней части 25
33 Разделитель, или деталь между вуфером и передней частью 15, выполненная как одно целое с корпусом 2 или как отдельный элемент
34 Порт фазоинвертора
α Угол между плоскостью 31 переднего порта 5 и плоскостью 32 первого порта 20
40 Резонатор
40' Субрезонатор
41 Подавляющий материал резонатора
43 Частотная характеристика субобъема
44 Частотная характеристика резонатора
f0 Резонансная частота
45 Горловина резонатора Гельмгольца
46 Полость резонатора Гельмгольца
47 Покрытие вуфера
48 Трубы покрытия
50 Панель панельного резонатора
Как показано на фиг. 1, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, громкоговоритель 1 включает в себя коаксиальную волноводную динамическую головку 3, которая содержит твитер 12 и окружающую его среднечастотную динамическую головку 13. Коаксиальная динамическая головка 3 располагается в середине трехмерной волноводной поверхности 8 (ее называют также передней поверхностью (лицевой стороной) корпуса 2. Корпус изготавливается, как правило, из литого металла, предпочтительно алюминия. В качестве материала корпуса можно также применить другие пригодные для литья или формования материалы, как, например, λ комбинацию (англ. λtic combination).
Волноводная поверхность 8 излучает основную акустическую мощность динамической головки 3. Волновод 8 имеет гладкую непрерывную поверхность с осевой симметрией относительно середины волноводной динамической головки 3. Буферные динамические головки 4 установлены симметрично по обеим сторонам волноводной динамической головки 3 внутри корпуса 2, а узкие порты (отверстия) 20, первые порты, выполненные сразу за волноводной поверхностью для вуферов 4, служат для обеспечения возможности выхода акустической энергии из корпуса 2. В соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления, эти первые порты 20 располагаются на узких передних концах корпуса 2 и частично могут быть видны, если смотреть со стороны прослушивания. Говоря иначе, первый порт 20 представляет собой U-образную щель.
Пунктиром показаны вуферы 4, а также контуры субобъемов 22 вуферов и резонаторов 40, соединенных с этими субобъемами 22 вуферов. Назначение резонаторов состоит в подавлении резонирования субобъемов 22 вуферов. Эти резонаторы 40 устанавливаются частично за коаксиальной динамической головкой 3, при этом каждый субобъем 22 снабжен двумя резонаторами по обеим сторонам от коаксиальной динамической головки 3. Ширина W и высота Н субобъема 22 выбираются такими, чтобы отношение W/H составляло около 1,8, как правило, в пределах от 1,0 до 5. Резонаторы 40 выполняются, как правило, за одно целое с корпусом.
Размеры резонаторов рассчитывают таким образом, чтобы наибольший размер, в данном случае длина, составлял λ/4 или, альтернативно, λ/2 от длины волны колебания, подлежащего подавлению. Другими словами, если субобъем 22 демонстрирует нежелательный резонанс на длине волны λ, то резонатор должен иметь длину λ/4. В диапазоне частот это означает, что на резонансной частоте f0 λ=v/f0, где v - скорость звука. В соответствии с предпочтительным решением, резонатор 40 заполняется подавляющим материалом 41 типа полиэфирсульфонового волокна, пенистым материалом с открытыми порами, стекловолокном, минеральной ватой, войлоком либо иными волокнистыми материалами, материалами с открытыми порами или пористыми материалами, или, альтернативно, любым твердым материалом, изготавливаемым в месте объема, так что материал имеет структуру с открытыми порами или волокнистую структуру, причем размер пор или волокна находится в диапазоне размеров от 1 мкм (микрометра) до 1 мм (миллиметра).
Как показано на фиг. 2, резонаторы 40 могут также находиться, по меньшей мере частично, за коаксиальной динамической головкой 3.
Как видно на фиг. 2 и 3, два вуфера 4, расположенные симметрично относительно коаксиальной динамической головки, образуют собой эквивалентный большой вуфер, который излучает по существу вдоль той же акустической оси 10, проходящей через порты 20, что и волноводная динамическая головка 3, хотя вуферы имеют собственную акустическую ось 11.
Говоря иначе, громкоговоритель 1 содержит первую динамическую головку 3, выполненную с возможностью создания первой полосы В1 частот с соответствующей первой акустической осью 10, и вторую динамическую головку 4, выполненную с возможностью создания второй полосы В2 частот, которая отлична от первой полосы В1 частот, но может перекрываться с ней в переходной области, причем эта вторая полоса В2 частот имеет вторую акустическую ось 11. Указанные динамические головки 3, 4 помещены в корпус 2, который может включать в себя трехмерный волновод 8, расположенный на передней поверхности корпуса 2 вокруг первой динамической головки 3.
Как уже говорилось выше, вторые акустические оси 11 отдельных Буферных динамических головок несоосны с первой акустической осью 10, однако результирующая ось ряда симметричных вуферов, работающих совместно (эквивалентная Буферная динамическая головка), представляет собой ту же акустическую ось, что и коаксиальная динамическая головка, то есть волноводная динамическая головка 3. Однако при использовании всех вариантов осуществления изобретения такая симметрия не требуется. Оси 10 и 11 могут быть как параллельными, так и непараллельными.
Как видно на фиг. 2 и 3, вуфер 4 установлен в корпусе 2 таким образом, что субобъем 22 сформирован спереди от вуфера 4, будучи ограниченным самим этим вуфером 4 и боковыми стенками 23. Резонатор 40 акустически соединен с субобъемом 22. В резонаторе 40 можно использовать какой-либо подходящий материал 41 для еще большего ослабления нежелательных частот.
Боковые стенки 22 субобъема (переднего пространства) 22 образуют собой разделитель между вуфером 4 и корпусом 2, который герметизирует субобъем 22 от остальной части внутреннего объема 27 корпуса 2. Говоря точнее, внутренний объем 27 ограничен стенками корпуса 2, а именно передней частью 15, боковыми частям 21 и задней частью 25.
Первые порты 20 ориентированы, как правило, по существу ортогонально к первой 10 и второй 11 осям, наиболее предпочтительно под углом от 60 до 120 градусов к этим осям. Однако, если эти первые порты 20 связаны с задней частью 25 корпуса 2, например, посредством каналов, то угол между направлением первых портов 20 и осями 10 и 11 может достигать даже 180 градусов.
Общая площадь первых портов 20 является критической характеристикой, поэтому в качестве первых портов 20 могут использоваться всего по одному отдельному первому порту 20 на каждый вуфер 4, как показано на чертежах, или же ряд первых портов 20, выполняемых в виде решетки с площадью, соответствующей площади одного отдельного порта.
Первые порты 20 не должны искажать трехмерную волноводную поверхность 8, поэтому их следует расположить предпочтительно на боковых частях 21 корпуса 2. Разумеется, эти первые порты 20 могут быть связаны с задней частью 25 корпуса 2 с помощью специальных трубок или каналов (не показаны). Другими словами, первые порты 20 образуют собой воздушные каналы к зонам снаружи трехмерного волновода 8 передней части 15 корпуса 2.
На графике по фиг. 4 представлены частотная характеристика субобъема 22 вуфера 4 (сплошная линия) с одним резонансом на частоте f0 и соответствующая частотная характеристика резонатора 40, акустически соединенного с субобъемом (пунктир), при этом резонатор 40 компенсирует нежелательный резонанс субобъема 22.
На фиг. 5 иллюстрируется альтернативный вариант осуществления с двумя резистивными резонаторами 40 с разными длинами волн для двух нежелательных частот субобъема. Можно также использовать один или два резистивных широкополосных резонатора, предпочтительно заполненных подавляющим материалом. В этом случае механические размеры полости резонатора (длина, ширина и глубина) определяют частота(ы) настройки этого резонатора.
На фиг. 6 представлен альтернативный вариант осуществления с одним реактивным резонатором Гельмгольца 40. Как правило, реактивные резонаторы имеют высокий коэффициент добротности и являются исключительно эффективными узкополосными резонаторами. Кроме того, если имеют место несколько резких нежелательных резонансов, то резонаторы подобного типа могут устанавливаться по несколько штук в одном субобъеме 22. Такие резонаторы тоже настраиваются на нежелательную частоту(ы) f0. Выбор размеров резонатора Гельмгольца разъясняется ниже.
Резонанс возникает под действием акустической массы воздуха в горловине резонатора 40 и последовательного резонансного контура, формирующегося благодаря акустической податливаемости объема воздуха в камере резонатора. Ближе к резонансной частоте резонатор Гельмгольца ослабляет нежелательный резонанс субобъема 22. При расчете системы «горловина-полость» резонатора 40 можно исходить из объема воздуха в полости резонатора, а также диаметра горловины и ее длины.
где f0 - резонансная частота, с - скорость звука, А - площадь поперечного сечения горловины, L - длина горловины, V - объем камеры.
На фиг. 7 иллюстрируется альтернативный вариант осуществления, в соответствии с которым в качестве резонатора используется реактивный панельный резонатор. При использовании этого варианта расчет размеров производится следующим образом, на основе массы на единицу панели 50 и глубины d полости.
Резонансная частота f панельного резонатора / мембранного звукопоглотителя определяется по следующей формуле:
где m - акустическая масса на единицу площади панели 50 (в кг/м2),
d - глубина полости.
Предполагается, что жесткость крепления мембраны пренебрежимо мала.
На фиг. 8а приведен вид сверху вуфера 4, имеющего плоское покрытие 47 и короткие трубки 48, которые образую также резонатор Гельмгольца, в которым трубки являются горловинами, а объем между покрытием и конусом вуфера образует собой объем резонатора. Принцип настройки здесь тот же, что и в конструкциях по фиг. 5 и 6.
На фиг. 9 представлено еще одно альтернативное решение, в соответствии с которым резонатор 40 сформирован между передней отражающей частью 15 и субобъемом 22 вуфера. Это может быть резонатор либо резистивного типа без горловины, либо реактивного типа если отверстие в субобъем 22 выполнено в виде трубки. Принцип настройки здесь тот же, что и в конструкциях по предыдущим фигурам чертежей.
Предлагаемый громкоговоритель работает, как правило, с использованием широко известного принципа «бас-рефлекса», в соответствии с которым низкочастотная динамическая головка 4 настраивается в резонанс благодаря согласованию объема 27 воздуха, содержащегося в корпусе, с объемом воздуха, содержащегося в порте 34 фазоинвертора по фиг. 2.
Один из вариантов осуществления изобретения (см. фиг. 10 и 11) можно также описать следующим образом.
Громкоговоритель 1 имеет корпус 2, ограничивающий внутренний объем 27 и включающий в себя переднюю отражающую часть 15 (переднюю часть), которая имеет передний порт 5 для обеспечения прохода текучей среды между внутренним объемом 27 и окружающей средой 26 корпуса 2, и боковую часть 21, идущую в направлении назад от периферии отражающей части 15. Эта боковая часть 21 образует собой боковые стенки корпуса 2. Корпус имеет также заднюю часть 25, которая, как правило, по существу параллельна передней отражающей части 15 и образует собой боковую сторону корпуса 2. Громкоговоритель 1 дополнительно содержит динамическую головку 4, прикрепленную к корпусу 2 таким образом, что эта динамическая головка 4 располагается на некотором расстоянии от отражающей части 15, образующей субобъем 22 внутри корпуса 2, так что субобъем 22 формируется между динамической головкой 4 и отражающей частью 15 с помощью разделителя 33, при этом указанный передний порт 5 действует в качестве переднего порта между субобъемом 22 и окружающей средой 26 корпуса 2. В соответствии с эти вариантом осуществления, имеется первый порт 20, сформированный в корпусе 2 либо в боковой части 21, либо в задней части 25, который соединяет друг с другом субобъем 22 и окружающую среду 26.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения по фиг. 10, две Буферных динамических головки 4 размещены по обе стороны от волноводной динамической головки 3 в корпусе 2, при этом для указанных вуферов 4 выполнены специальные порты (отверстия) 5 для выпуска акустической энергии из корпуса 2.
Как видно на фиг. 11, отверстия 5 покрыты акустически прозрачным слоем 6, который является составной частью волноводной поверхности 8. При необходимости акустически прозрачный слой 6 может поддерживаться снизу несущими пластинами 7. Буферная динамическая головка 4 отстоит, как правило, на некоторое расстояние от акустически прозрачного слоя 6..
Как показано на фиг. 10, два вуфера 4 образуют собой один эквивалентный вуфер, излучающий, в основном, вдоль той же акустической оси 10, что и волноводная динамическая головка 3, хотя эти вуферы имеют собственную акустическую ось 11.
Говоря иначе, громкоговоритель 1 содержит первую динамическую головку 3, выполненную с возможностью создания первой полосы В1 частот с соответствующей первой акустической осью 10, и вторую динамическую головку 4, выполненную с возможностью создания второй полосы В2 частот, которая отлична от первой полосы В1 частот, но может перекрываться с ней в переходной области, причем эта вторая полоса В2 частот имеет вторую акустическую ось 11. Указанные динамические головки 3, 4 помещены в корпус 2, который может включать в себя трехмерный волновод 8, расположенный на передней поверхности корпуса 2 вокруг первой динамической головки 3. Указанный трехмерный волновод 8 имеет избирательно акустически прозрачную часть 6, которая является по существу акустически избирательно отражающей для звуковых волн первой полосы В1 частот, распространяющихся в направлении под углом к первой акустической оси 10. Эта часть 6 волновода по существу прозрачна для звуковых волн второй полосы В2 частот, распространяющихся в направлении по второй акустической оси через часть 6 волновода. Вторая динамическая головка 4 расположена внутри корпуса 2 за акустически избирательно прозрачной частью 6.
Как описано выше, вторая акустическая ось 11 отдельных Буферных динамических головок несоосна с первой акустической осью 10, однако результирующая ось вуферов, работающих совместно (эквивалентная Буферная динамическая головка), представляет собой ту же акустическую ось, что и коаксиальная динамическая головка, то есть волноводная динамическая головка 3. Однако при использовании всех вариантов осуществления изобретения такая симметрия не требуется. Оси 10 и 11 могут быть как параллельными, так и непараллельными.
Как показано на фиг. 10 и 11, вуфер 4 помещен в корпус 2 таким образом, что спереди от вуфера 4 формируется субобъем 22, ограничиваемый самим вуфером 4, боковыми стенками 23 и акустически избирательно прозрачным слоем 6. С субобъемом 22 соединен резонатор 40, который настроен на нежелательные частоты, создаваемые субобъемом 22. Этот резонатор 40 может быть либо резистивным, либо реактивным. При использовании резистивного резонатора характеристики подавления являются широкополосными. Другими словами, «вырез» вокруг центральной частоты f0, создаваемый резистивным резонатором, не столь остр, как в реактивных резонаторах. Боковые стенки 33 субобъема (переднего пространства) 22 образуют собой разделитель между динамической головкой 4 и корпусом 2, герметично отделяющий субобъем 22 от остальной части внутреннего объема 27 корпуса 2. Говоря конкретнее, внутренний объем 27 ограничен стенками корпуса 2, а имен передней частью 15, боковыми частями 21 и задней частью 25.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, акустически избирательно прозрачный слой 6 можно заменить обеспечивающей механическую защиту решеткой, которая ограничивает в данном случае субобъем, а также внутренний объем 27. В соответствии с предпочтительным решением, в боковых стенках 23 субобъема 22 и на боковых частях 21 корпуса 2 сформированы первые порты 20, что позволяет оптимизировать работу вуфера 4. Без таких первых портов 20 возможно было бы ухудшение характеристик вуфера 4. Первые порты 20 могут быть выполнены в любой из боковых стенок 21, например в коротких боковых стенках (как это показано на чертежах) или, альтернативно, в длинных боковых стенках.
Первые порты 20 ориентированы по отношению к первой 10 и второй 11 осям, как правило, по существу ортогонально, наиболее предпочтительно под углом от 60 до 120 градусов. Однако, если эти первые порты 20 связаны с задней частью 25 корпуса 2, например, посредством каналов, то угол между направлением первых портов 20 и осями 10 и 11 может достигать даже 180 градусов.
Площадь этих первых портов 20 равна, как правило, 5-50% площади отверстий 5 для вуфера 4, наиболее предпочтительно от 10 до 20% площади отверстий 5 для вуфера 4. Общая площадь первых портов 20 является критической характеристикой, поэтому в качестве первых портов 20 могут использоваться всего по одному отдельному первому порту 20 на каждый вуфер 4, как показано на чертежах, или же ряд первых портов 20, выполняемых в виде решетки с площадью, соответствующей площади одного отдельного порта.
Первые порты 20 не должны искажать трехмерную волноводную поверхность 8, поэтому их следует расположить предпочтительно на боковых частях 21 корпуса 2. Разумеется, эти первые порты 20 могут быть связаны с задней частью 25 корпуса 2 с помощью специальных трубок или каналов (не показаны). Другими словами, первые порты 20 образуют собой воздушные каналы к зонам снаружи трехмерного волновода 8 передней части 15 корпуса 2.
Вторая динамическая головка 4 располагается, как правило, внутри корпуса 2 за акустически избирательно прозрачной частью 6 и на некотором расстоянии от нее, так чтобы в корпусе 2 формировался субобъем 22, отделенный от внутреннего объема 27 динамической головкой 4 и боковыми стенками 23, выполненными в качестве разделителя между динамической головкой 4 и передней частью 15 корпуса 2.
В контексте, связанном с акустически избирательно прозрачным слоем 6, выражение «по существу отражающий» означает отражение или поглощение по меньшей мере 50-100% акустической энергии, предпочтительно от 80 до 100%.
Аналогичным образом, выражение «по существу прозрачный» означает пропускание по меньшей мере 50-100% акустической энергии, предпочтительно от 80 до 100%.
Ниже рассматриваются дополнительные полезные свойства акустически избирательного прозрачного слоя 6.
Толщина слоя 6 составляет предпочтительно:
• для войлока - приблизительно 1-5 мм;
• для пенопласта с открытыми порами - приблизительно 1-20 мм при диаметре пор менее 1 мм;
• могут использоваться тонкие ткани как таковые или как составная часть слоя 6.
Слой 6 должен ослаблять акустическое излучение волноводной динамической головки 3, как правило, на частотах выше 600 Гц.
Другими словами, акустический импеданс (или поглощение) слоя 6 должен являться функцией частоты, так что этот слой должен работать как акустический фильтр следующим образом:
• быть фильтром низких частот, когда через него проходит звук от Буферной динамической головки 4;
• обеспечивать ослабление (вызываемое, например, турбулентностью или поглощением с высокими потерями) высоких частот от волноводной динамической головки 3, приводящее к эффективному отражению среднечастотных и высокочастотных звуковых волн;
• обеспечивать высокую отражательную способность на высоких частотах динамической головки 3.
Преимущественно, чтобы слой 6 состоял из отверстий, или пор, или их комбинаций, со следующими характеристиками:
• при использовании одиночного слоя 6 диаметр пор должен быть меньше 1 мм;
• при использовании ряда слоев 6 возможно применение пор с диаметром меньше 1 мм;
• кроме того, при использовании ряда слоев 6 возможно применение пор с диаметром больше 1 мм (тесты еще не проводились);
• можно использовать материалы с микроструктурой типа войлока и пластика с открытыми порами.
Идеальный материал для слоя 6 должен демонстрировать следующие свойства:
• газопроницаемость (=пористость);
• низкие акустические потери на частотах вплоть до переходной частоты С (для вуфера 4);
• высоким коэффициентом звукоотражения на частотах незначительно выше переходной частоты С;
• при использовании известных материалов они должны удовлетворять упомянутым выше критериям:
для войлока - толщина приблизительно 1-5 мм;
для пенопласта с открытыми порами - толщина приблизительно 1-20 мм при диаметре пор менее 1 мм.
Слой 6 может покрывать переднюю часть громкоговорителя (за исключением твитера 12) или только отверстия 5.
Слой 5 может быть также выполнен в виде металлической структуры, наподобие сетки или решетки, с одним или несколькими слоями, отвечающими перечисленным выше требованиям в отношении свойств пористости и частоты. Подобную структуру можно сформировать, например, из пакета перфорированных металлических листов или пластин толщиной приблизительно 0,2-2 мм. Свойства такого пакета можно изменять посредством соответствующего размещения (распределения) отверстий или пор, процентной доли (открытости) отверстий или пор и отстояния пластин одна от другой. Диметр отверстия или поры может изменяться, как правило, в диапазоне от 0,3 до 3 мм. Разнесение между листами или пластинами составляет, как правило, приблизительно 0,2-2 мм.
Достоинство описанной выше металлической структуры состоит в том, что ее свойства можно легко регулировать, тогда как различные дополнительные свойства, и в частности, цвет тоже можно подбирать безо всяких ограничений.
Значения переходной частоты С являются, как правило, следующими:
• на низких частотах f < 600 Гц (диапазон выходных значений вуфера);
• на высоких частотах f > 600 Гц (диапазон выходных значений среднечастотной динамической головки и/или твитера).
В соответствии с изобретением, при работе совместно с большим волноводом 8:
• вуфер 4 устанавливается за поверхностью волновода 8;
• можно использовать два или большее количество (например, 4) вуферов 4 для получения нужной направленности, при этом вуферы могут размещаться симметрично относительно коаксиальной динамической головки.
Возможен также вариант осуществления только с одним вуфером, однако на низких частотах нельзя добиться направленности лучше той, которая обеспечивается, исходя из величины площади поверхности вытеснения воздуха в вуфере в сочетании с размерами переднего отражающего экрана корпуса громкоговорителя.
В соответствии с альтернативными вариантами осуществления, избирательно прозрачный слой 6 можно заменить обеспечивающей механическую защиту решеткой, не обладающей всеми свойствами избирательной прозрачности.
Как показано на фиг. 12, резонатор может быть разделен на ряд независимых субрезонаторов 40', каждый из которых имеет собственную резонансную частоту.
На фиг. 13 иллюстрируется типичное размещение предлагаемых громкоговорителей 1, в соответствии с которым эти громкоговорители ориентированы в направлении положения прослушивания, к зоне наилучшего восприятия. Вследствие того, что полная передняя поверхность корпуса 2 выполнена в виде волновода 8, достигается исключительно точная направленность. Кроме того, благодаря особой форме в виде волновода 8 обеспечивается равномерное распределение все частот по всем направлениям в помещении для прослушивания, и следовательно, отражения от стен, потолка и пола не приводят к окрашиванию звука. На фиг. 13 изображены также передняя часть 15, боковые части 21 и задняя часть 25 корпуса 2 громкоговорителя 1.
На фиг. 14 показан громкоговоритель, в котором в полость 40 резонатора помещен подавляющий материал 41. На рассматриваемом чертеже видно, что этим материалом заполнены только верхние полости 40, но на практике подавляющий материал 41 укладывают как в верхние, так и в нижние полости 40.
1. Громкоговоритель (1), содержащий:
- корпус (2), имеющий переднюю часть (15), боковые части (21) и заднюю часть (25), ограничивающие внутренний объем (27),
- причем передняя часть (15) выполнена в виде волноводной поверхности (8) и включает в себя по меньшей мере одну динамическую головку (12, 13) в середине волноводной поверхности (8) и выполнена с возможностью излучения основной акустической мощности громкоговорителя (1) в направлении первой акустической оси (10), и
- по меньшей мере одну дополнительную динамическую головку (4), прикрепленную к корпусу (2),
- причем дополнительная динамическая головка (4) закреплена внутри корпуса (2) таким образом, что во внутреннем объеме (27) сформирован субобъем (22), при этом субобъем (22) ограничен динамической головкой (4), разделителями (33) между динамической головкой (4) и передней частью (15), а также передней частью (15) корпуса (2),
- при этом по меньшей мере один первый порт (20) выполнен с возможностью раскрытия в направлении от субобъема (22) к окружающей среде (26), или к боковой части (21), или к задней части (25) корпуса (2),
отличающийся тем, что он включает в себя
- по меньшей мере один резонатор (40), акустически соединенный с субобъемом (22), причем резонатор (40) настроен по меньшей мере на один из нежелательных резонансов субобъема (22).
2. Громкоговоритель по п. 1, отличающийся тем, что резонатор (40) представляет собой резистивный резонатор с широкополосными характеристиками.
3. Громкоговоритель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что резонатор (40) включает в себя ослабляющий материал (41) типа полиэфирсульфонового волокна, пенистого материала с открытыми порами, стекловолокна, минеральной ваты, войлока или иных волокнистых материалов, или пористых материалов, или материалов с открытыми порами, или, альтернативно, из любого твердого материала, изготовленного в месте объема так, что материал имеет структуру с открытыми порами или волокнистую структуру, причем размер ячеек или размер волокна находится в диапазоне размеров от 1 мкм (микрометра) до 1 мм (миллиметра).
4. Громкоговоритель по п. 1, отличающийся тем, что резонатор (40) представляет собой реактивный резонатор типа панельного резонатора или резонатора Гельмгольца.
5. Громкоговоритель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что субобъем (22) имеет такие ширину (W) и длину (L), что отношение W/L находится в пределах от 1,2 до 2,5, как правило, приблизительно 1,8.
6. Громкоговоритель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что корпус выполнен из металла, как правило, алюминия, а резонатор (40) выполнен за одно целое с этим корпусом (2).
7. Громкоговоритель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что плоскость (31) переднего порта (5) и плоскость (32) любого из первых портов (20) образуют угол α более 0 градусов, предпочтительно более 45 градусов, когда первый порт (20) не располагается на задней части (25).
8. Громкоговоритель по любому из предшествующих пунктов, содержащий
- первую динамическую головку (3), выполненную с возможностью формирования первой полосы (В1) частот и соответствующей первой акустической оси (10),
- вторую динамическую головку (4), выполненную с возможностью формирования второй полосы (В2) частот, которая отлична от первой полосы (В1) частот, но может перекрываться с ней в переходной области, а указанная вторая полоса (В2) частот имеет вторую акустическую ось (11),
- корпус (2), имеющий переднюю (15), боковые (21) и заднюю (25) части, прикрепленные к указанным динамическим головкам (3, 4) и имеющие трехмерный волновод (8), расположенный на передней части корпуса (2) и вокруг первой динамической головки (3), причем
- трехмерный волновод (8) имеет акустически избирательно прозрачную часть (6), которая является акустически по существу отражающей для звуковых волн первой полосы (В1) частот, распространяющихся в направлении под углом к первой акустической оси,
- избирательно прозрачная часть (6) по существу прозрачна для звуковых волн второй полосы (В2) частот, распространяющихся в направлении второй акустической оси (11) через избирательную прозрачную часть (6), и причем
- вторая динамическая головка (4) расположена в корпусе (2) за акустически избирательно прозрачной частью (6).
9. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что общая площадь по меньшей мере одного первого порта (20) составляет, как правило, 5-50% площади передних портов (5), предпочтительно в пределах от 10 до 20% площади передних портов (5).
10. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первые порты (20) сформированы каналами или проводниками, ведущими к задней части (25) корпуса (2).
11. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что плоскость (32) первых портов (20) образует угол 80-180 градусов с первой акустической осью (10).
12. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что вторая акустическая ось (11) несоосна с первой акустической осью (10).
13. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что вторая акустическая ось (11) не параллельна первой акустической оси (10).
14. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что избирательно прозрачная часть (6) выполнена из пористого материала.
15. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что избирательно прозрачная часть (6) выполнена из пористого материала, причем диаметр пор меньше 1 мм.
16. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что избирательно прозрачная часть (6) выполнена из войлока толщиной приблизительно 1-5 мм.
17. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что избирательно прозрачная часть (6) выполнена из пенопласта с открытыми порами толщиной приблизительно 1-20 мм.
18. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что избирательно прозрачная часть (6) покрывает всю переднюю поверхность (8) громкоговорителя, за исключением твитера (12).
19. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что избирательно прозрачная часть (6) покрывает только отверстия (5).
20. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первая динамическая головка (3) включает в себя две коаксиальные динамические головки (12, 13).
21. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первая динамическая головка (3) включает в себя только одну динамическую головку (12, 13).
22. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что избирательно прозрачная часть (6) выполнена из металла.
23. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что избирательно прозрачная часть (6) выполнена из металлической сетки.
24. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что избирательно прозрачная часть (6) выполнена из нескольких слоев металлической сетки.
25. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что избирательно прозрачная часть (6) выполнена из нескольких слоев металлических листов с перфорациями.
26. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что избирательно прозрачная часть (6) выполнена из листов, интервал между которыми находится в пределах от 0,2 до 2 мм.
27. Громкоговоритель (1) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что громкоговоритель (1) представляет собой громкоговоритель с фазоинвертором.
