CS229610B2 - Loudspeaker system,especially loudspeaker column having frequency independent characteristics - Google Patents

Description

(54)

Reproduktorová soustava, zvláště reproduktorový sloup, vykaauuicí směrovou charaattristiku téměř nezávislou na kmitočtu

Vynález sr týká reproduktorové soustavy, 'zvláště reproduktorového sloupu, vykanzujcí směrovou charartteistitž téměř nezávislou na kmitočtu. Podstatou vynálezu je, že v případě jediného reproduktoru se zvukovodem je talí čtyřúhelníkové, v případě několika reproduktorů se zvukovody jsou reproduktory se zvukovody uspořádány těsná vedle sebe a/nebo' nad sebou a tvar úsH je čtyřúheiníkový, přičemž podélná osa úsií je souběžná s podélnou osou ' ýzvučnice současně vyzařujícího hluboko tonových reproduktorů a šířka tatí je nejméně třikrát, avšak nejvýše sedmkrát menni než šířka ozvučnice hlubokotonové jednotky a je větší, než čtvrtina vlnové délky, to znamená 1/4 < a á 3/8 A_k·

Vynález lze použit pro stavbu reproduktorových sloupů pro ozvučení větiších prostorů.

229 610

- 4 meii

Vynález se týká reproduktorové soustavy, zvláště pak reproduktorového sloupu, který vykazuje směrovou charakteeistiku té- měř nezávislou nu kmitočtu, která je nejméně dvoupásmová, přičemž kmitočty, které jsou nižší než dělicí kmitočet výhybky, jsou vyzařovány nejméně jednou hlubokotonovou jednotkou, sestavenou ze současně vyzařujících - dynamických reproduktorů, upevněných nu- čtyř úhelníkovou ozvučn ic i, zatímco kmitočty vyšší, které jsou nad dělicím kmitočtem výhybky, - jsou vyzařovány -nejméně z jednoho reproduktoru se zvukovodem, jež j'e sou^^é^st-L vysokoto*nové jednotky.

Je známo, že se všeobecně usiluje o to, aby- eié^^troU^i^fi^stLcké měniče a reproduktorové soustavy měly parametry nezávislé na kmitočtu. Dříve bylo dossačuuící, když kmitočtová charikkeriiSika reproduktorové soustavy, to znamená měřený akustický tlak v akustické ose reproduktorové soustavy, la kmitočtově nezávislá. -ovčIí jsou na - reproduktorové soustavy kladený požadavky, aby produkovaný akustický tlak byl kmitočtově nezúávslý také v ji ných směrech. To znamená, že se zvýššl požadavek na repraduktorové soustavy, aby jejich směrová iharikteristL&,a nebyla závislá na kmitočtu.

Kmitočtová u současných běžných reproduktorových sloupů na středních kmitočtech, to je -v kmitočtovém pás-

kých kmitočtech pokles. Podstatou, toho je, - že u-reproduktorových - - sloupů, - v - důsledku tak zvaného skupinového působení, pro střední - a - hluboké - kmity - jsou podmínky - vyzařování - pomčr - mezi.

impedancí - záření - - a rnechhaickou impediaic í pohyblivých součástí reproduktorové soustavy - - příznivější, než je - tomu v případě jednoho ..reproduktoru, --'kusí proto tedy být do reproduktorového sloupu navrhován - speeiuájií reproduktor·, a - to proto, že pokud je reproduktor zabudován do reproduktorového ‘sloupu dohromady s jiným reproduktorem nebo -reproduktory, má jnou kmitočtovou - cha rakteristiku. V - prvé řadě je u reproduktorových sloupů pro - uzav řený prostor pouuito řešení, při kterém kmitočtová charakkeristika, která při vysokých.kmitočtech má klesající charakter, se zlepší zabudováním jednoho nebo více reproduktorů se- zvukovodem, vyzařujících na vysokých kmitočtech. ^^^^^p^i^é^iu^k-ocy. se od hlubokot onové jednotky odaěěí elektrikou výhybkou.

Všeobecný nedostatek známých řešení Je v tom, že jejich smrová ch.эaaakerittika se· - v zísvsi.osí.ti na kmitočtu silně mění, to znamená, že chhrarkeeitťika zdáv^is^ akustického tlaku na kmitočtu, měřená pod - různými úh.y, se vzhledem k ce měřené v akustická' ose, - . silně oddišuje. U - jednopásmívího reproduktorového sloupu vodorovná směrová chэaэrteeistlka pržk^icky soiúh.as.í se směrovou chaaaakeeistikcu zabudování^no reproduktoru a to znamená za předpokladu, jednná-i se o oé^ný reproduktor, že - směrová chhaarkeeittika se zvyšujícím se kmitočtem se vždy zužuje. Ve svislém směru má směrová chaasakeeistika' ,.>o vy-зsoka kmitočty kulový tvar a směrem ke středním kmitočtům se stále zužuje - reproduktorová soustava má výrazěji' směrovou cha' * ' rakteristiku·.: Uvážžrneeli skupinově působeí, pak směrová charakteeistika je vždy výrazněji zvlněná, následkem protipůsobení í jednotlivých reproduktorů. i

Zužování charakteristiky, která vzniká pr'o vysoké . kmtočty, je jak pro vodorovnou, .tak pro svislou směrovou' charrrteriitiku Jrdnotlivě kompeusováno, zvláště porno! zabudování i^,rpi^,oduktorů :se zvukovodem do vysokotonové jednotky. U běžných re^oautorových soustav avšak utrpí směrová chararteeisύitr znatelnou změnu- přineeπlrnaíe , v směru - kterou je například zvlnění chararteeistiky. Obvyklý konstrukční tvar je takový, u kterého jsou kruhové reproduktory ve vodorovném. směru vůči sobě posuiuty. Tím se s^^ěOvá charrrteeistikr zúží a vzniknou na ní vrcholy, avšak ve svislám s^ěu, vzhledem k běžná směrové chariateeistic:r na nízkém kmitočtu, se rozšíří.

Vynálezem se odstraní uvedené nedootatky, přičemž je zariítěno, že reproduktorový sloup při nízkých i vysokých kmitočtech vyhazuje v kteréě.ooiv směru chararktriΰtiky·, které jsou si blízké a jejich kmitočtová závislost v iгenosovem. pásmu se blí-- přímce.

á„ 1 o zjišěěno. Že citlivost na vysokých kmitočtech, která vC úidojická získané citlivosti na hlubokých nebo středních kmitočtech, které se zvyšuj skupinovým působením reproduktorů s -zkos vyzní ovocí chariateristikol, může být zaručena pouze po-1mocí reproduktorů se zvukovody; také bylo zjištěno, že získání stejné směrové charakteristiky jak ve vodorovném, tak ve svislám směru je podmíněno tím, že reproduktory se zvukovodem jsou uloženp těsné jeden vedle druhého tak, a’oy tvar ústí byl stejný, juko je tvar ozvučnice reproduktorů s úzkou vyzařovací charakteristikou. Zjištěná skutečnost a její realizace může být provedena pouze za pomoci patřičných opatření. základě těchto předpokladů byla vytvořena konstrukce reproduktorové soustavy s téměř kmitočtově nezávislou směrovou charakteristikou.

rodststou vynálezu je, že v případě jediného^eproduktoru se zvukovodem je ústí čtyřúhelníkové, v případě několika reproduktorů se zvukovodem jsou reproduktory se zvukovody uloženy těsně vedle sebe a/nebo nad sebou a tvar ústí je čtyřúhelníko

šířka ozvučnice hlubomotonové jednotky a je větší než čtvrtina vlnové délky k, odpovídající dělicímu kmitočtu, avšak je nejvýše tři čtvrtiny vlnové délky ^k, to znamená

1/4 % < a S 3/4 λ hlubokotonový reproduktor tvoří s ozvučnicí hlubokotonovou jednotku a směrová charakteristika této hlubokotonové jednotky má na dolním okraji přenosového pásma kardioidní tvar.

Poměr stran čtyřúhelníkové ozvučnice hlubokotonové jednotky к poměru stran čtyřúhelníkového ústí reproduktoru se zvukovašem je přibližně stejný,

229110 přičemž odchylka mezi oběma. zmíiiěnýni poměry Je nejvýše 1,>, což znamená ·ι— · 1,5

1,2 D S ’

Vysskotonovac- Jednotka vytvořená z reproduktorů se zvukovody & hlubokotónové Jednotka sestavená z hlubokotonových reproduktorů m^Jí stejnou základní osu.

Reproduktory se zvukovody vysoko tónové Jednotky Jsou upevněny bez ozvučnice, to znamená, že na ozvučnici hlubokotónové jednotky je větší otvor než je ústí reproduktorů se zvukovody.

Jmenovitá elektrická impedance vytokotónové Jednotky je vetší než hlubokotónové jednotky.

Hlubokotónové jednotka Je sestavená ze čtyř, současní vyzařujících hlubokotonových reproduktorů, které jsou uspořádány na ozvučnici těsné nad sebou, přičemž vysokotonová Jednotka obsahuje Jeden nebo více těsně nad sebou uspořádaných reproduktorů se zvukovody se čtyřúhelníkovým ústím.

Reproduktory se zvukovody vysokotonová jednotky Jsou zapojeny elektricky v sérii, Jejich impedance je nejméně třikrát tak velká než Jmenovitá impedance hlubokotónové Jednotky, přičemž vinutí paralelně zapojené elektrické výhybky, které sestává z několika dílčích vinutí o stejné indukčnosti, „e .umístěné na Jedné kostře cívky; dílčí vinutí Jsou zapojená paralelně a samostatně ke každému reproduktoru se zvukovodem.

Výhooná úprava reproduktorové soustavy podle vynálezu spočívá v tom, že hlubokotónové reproduktory Jsou umístěny v ozvucnici, která má funkci zpožďoveče fáze a zaručuje kardioiční

- izseeu tvar směrové charakteristiky pro hluboké a střední kmitočty.

Přednost reproduktorové soustavy podle vynálezu lze spatřovat také v tom, že zařízení má poměrně malé rozměry. Reproduktorový sloup je možno pomocí vysokotónové jednotky s poměrně malými nároky na prostor korigovat co do kmitočtového rozsahu, přičemž směrová charakteristika v obou směrech, tedy svislém i vodorovném, je kmitočtově nezávislá a podobně vyzařování směrem dozadu vykazuje pro-všechny kmitočty přibližně stejnou hodnotu, tím bylo dosaženo toho, Že jsou programem uspokojeni nejen posluchači sedící v ose reproduktorů, ale že program je vyzařován rovnoměrně v širokém kmitočtovém pásmu také pro posluchače, kteří sedí ve směru, který se od vztažné osy reproduktorové soustavy odchyluje; dokonce nejsou v požitku rušeni ani ti, kteří sedí stranou, ale ani ti, kteří sedí za reproduktorem - například když přijímají na stádioně ozvěnu. Tímto se tedy dociluje toho, že program je vyzařován do určeného prostoru s vynikající jakostí.

Výhodné provedení vynálezu je popsáno na základě výkresů, kde značí obr. 1 schematické uspořádání běžného reproduktorové/ ho sloupu, obr. 2 charakteristiku akustického tlaku kmitočtu reproduktorového sloupu podle obr. 1, obr. 3 vodorovnou směrovou charakteristiku reproduktorového sloupu podle obr. 1, obr.4 svislou směrovou charakteristiku reproduktorového sloupu uvedeného na obr. 1, obr. 5 schéma výhodného provedení reproduktorového sloupu podle vynálezu, a to v náryse, obr. 6 schéma reproduktorovéhó sloupu v náryse, provedeného podle vynálezu, obr. 7

- ř . mm nárys a bokor;y<3alšího reproduktorového sloupu provedeného podle vynálezu, obr. 3 . elektrické zapojení reproduktorového sloupu uvedeného ' v ' obr.· 7, obr. ' 9 kmitočtovou . cheaaattrÍ3tiku reproduktorového sloupu provedeného·, podle obr. . 7, obr. 10 . vodorovnou směrovou char«atteistiku reproduktorového sloupu a obr. 11 svislou směrovou chaaaateriзtiku 'reproduktorového sloupu, provedeného podle · obr?. 7.

Obr. 1 Uc&zuje · uspořádáni známého. reproduktorového · sloupu. X& ozvučnici '1 reproduktorového . sloupu . jsou .umístěny. . čtyři · současně vyzaaující dynamické·. reproduktory · 2. :

Pokud . jsou u·reproduktorového'sloupu ' použity obvyklé reproduktory, . získá se chaaaateeistita závislosti akustického tlaku na kmitočtu, '·uvedená na obr. · ·2. ···U vysokého ' kmitoóču’je patrný pokles · a také zvlněný tvlr.cltaa£ltéeistiky. · lía obr.' 3 je 'uvedená vodorovná směrová · chaaεlteeiзtitl známého reproduktorového sloupu. ' Stojí . , za . povšimnutí, ·· že ' charakteristiky pro · vysoké ' kmitočty se stále ·zužuj»·'.kdežto pro nízké kmitočty se stále ·'více rozšiřují,.' -tedy . nab^vji.tauovitý· tvar.

Za ' obr. 4 je ' uvedená ' svislá-' Směrová chalaateeist:k:l známého reproduktorového. . sloupu. Z ní . je patrno,. ' že chharateeistiky se pro střední kmitočty vždy.zužuji a.pro .'vysoké kmitočty jsou zvláště Úzké.

Za obr·. ' 5 je echama reproduktorového ' '. sloupu, ' provedeného podle vynálezu, a to v uárys.e._:Za 'ozvu^iící 1 reproduktorového sloupu jsou umístěny tři ' současně vyzna^icí dynamické repro-/X28BU duktory 2_t těsně nad sebou. *ířka čtyřúhelníkové ozvučnice 1 je označená e a její délka 1. Otvory reproduktorů J ae zvukovodem, určené pro vyzařování signálu o vysokých kmitočtech, jsou kruhové. Tyto tři reproduktory jsou umístěné nad hlubokotonovou jednotkou, a to těsně nad sebou. L^r3tí 4 reproduktorů J ae zvukovodem Je vyznačeno čárkovaně. *ířka tohoto čtyřúhelníku Je označená a a jeho délka b. Oba čtyřúhelníky jsou umístěny souměrně a jejich podélné osy jsou navzájem paralelní, eventuálně shodné. Poměry mezi jejich stranami Jsou přibližně stejné. Když rozměr a je zvolen tak, že je vzhledem к rozměru .a nejméně třikrát, nejvýše však sedmkrát menší a kromě toho je zvolen bod dělicího kmitočtu podle bodu 1, pak tímto uspořádáním lze dosáhnout toho, Že předtím, než vstoupí v činnost hlubokotonová jednotka зе směrovou charakteristikou, která vlivem přírůstku kmitočtu se příliš zúží, vybudí se vysokotonová Jednotka, a to se směrovou charakteristikou, která se Vybudí pomocí hlubokotonové jednotky při třetině, případně sedmině dělicího kmitočtu výhybky. Tato podmínka platí jak pro vodorovný, tak pro svislý směr. Tím se také dosáhne toho, že funkce vysokotonová jednotky analogicky к hlubokotonové jednotce je obdobná, to znamená, že зе vybudí její charakteristika na nízkých kmitočtech. Při tomto provedení podle vynálezu jsou reproduktory J se zvukovody vybuzeny opfcoti obvyklému provedení nad dolním mezním kmitočtem o dvou až třikrát vyššícn kmitočtech a v důsledku příslušného uzpůsobení tvaru směroví charakteristiky.

..a obr. ó Je v ndrysu schematicky uvedeno další provedení

- f 22S610 reproduktorového sloupu podle vynálezu, ha ozvučnici 1 tvaru čtyřúhelníku, s rozměry označenými s a 1, jsou upevněny 'dva hlubokotonové reproduktory 2. had tčmito hlubokotonovými reproduktory 2 Je čtyřúhelníkové ústí 4 reproduktorů 3 ^se zvukovody, je-; hož rozměry jsou označeny a a b. V tomtopříkladě nemají reproduktory J se zvukovodem žádnou ozvučnici, čímž je kmitočtová závislost směrové charakteristiky ještě více potlačena. Pro rozměry ústí pro reproduktory, eventuálně pro vztahy rozměrů s a 1 ozvučnice 1 a hodnot dělicího kmitočtu výhybky platí zásady uve-; děné výše. 'fi'·.

úa obr. 7 je v nárysu a podélném řezu schéma reproduktorové soustavy podle vynálezu; Dva reproduktory J se zvukovody pro vysoké kmitočty jsou umístěny mezi čtyřmi reproduktory J2 pro nízké kmitočty, podél podélné osy, přičemž Čtyři zmíněné reproduk- _r tory jsou upevněny na čtyř úhelníkovou ozvučnici 1. Rozměry jsou ; označeny stejnými písmeny jako v předešlém příkladě. V bokoryse je schematicky naznačen RC - čleň pro měnění fáze, kterým sé dosahuje kardioidn í směrová charakteristika reproduktořové soustavy pro nízké kmitočty. Akustický odpor R může být například řealiz ován tlumicí vrstvou a akustická kapacita je realizována prostorem uzavřeným skříní. Tímto uspořádáním lze snížit závislost směrové charakteristiky na kmitočtu, poněvadž reproduktorová soustava má směrovou charakteristiku kardioidního tvaru, na rozdíl od směrové charakteristiky obvyklých reproduktorových soustav, která je kulovitého tvaru a blíží se tvaru směrová charakter istiky pro středn í kmitočtý. bér ie směrových charakteristik

229 810 reproduktorového eloupu ve vodorovném i svislém směru jsou uvedeny na obr. 11·

Na obr. 8 je uvedeno elektrické zapojení reproduktorového eloupu zhotoveného podle vynálezu, například sloupu z obr. 7. Hlubokotónové reproduktory mají jmenovitou impedanci o oiirnu a vysokotdnové reproduktory se zvukovody mají jmenovitou impedanci 16 ohmů. Speciálním spojenίμ vyaokotóneyAlO reproduktoru a indukčnosti^Aektrické výhybky lze doběhnout, aby v případě selhání jednoho reproduktoru se zvukovodem mohl být druhý v činnosti pouze s poněkud modifikovanými provozními poměry. V fákovém případě zůstává tedy reproduktorový sloup schopný provozu bez patrné změny. Výběrem hodnoty impedance může být docíleno, aby se zatížení vysokotonového reproduktoru snížilo.

*

Na obr. 9 jsou uvedeny charakteristiky závislosti akustického tlaku na kmitočtu plnými čarami. Tyto charakteristiky byly změřeny na zařízení zhotoveném podle vynálezu 8 uvedeném ne obr.7. čerchovaná čára označuje, která charakteristika je vyzařovaná vysokotonovou jednotkou, a která hlubokotonovou jednotkou, íomocí tohoto obrazu lze vyložit pojem, který je v popisu vynálezu často uváděn, a to”$ělicí kmitočet” výhybky, tod pojmem dělicí kmitočet výhybky f je třeba chápat ten kmitočet, při němž se vzájemně protínají charakteristiky závislosti akustického tlaku na kmitočty hlubokctonové a vysokotonové jednotky.

Na obr. 10 a 11 jsou uvedeny charakteristiky akustického tlaku na kmitočty reprodukovaného sloupu, uvedeném na obr. 7.

- 4' 229 810

Z obrázku vyplývá, zvláště, srovnáme-li tyto charakteristiky se směrovými charakteristikami 'běžného reproduktorového sloupu, že směrové charakteristiky reproduktorového sloupu podle vynálezu 1 jsou málo závislé nu limitou tu ve vodorovném nebo svislém směru.

foto tvrsení platí pro vodorovný směr -uvnitř úhlu i 60° o ve svislou směru uvnitř úhlu - 3θ -· také pro siccr dozadu -1C.0

Claims (8)

P ií В D Íí Ě I VY ii 228 BIO

1. Reproduktorový soustava, zvláště pak reproduktorový doup, l fÁ/ výkazujó^Tsičrovou charakteristiku téměř nezávislou na kmitočtu, a který je nejméně dvoupásmový, přičemž kmitočty, které jsou nižší než dělicí kmitočet výhybky, jsou vyzařovány nejméně jednou hlubokotonovou jednotkou, sestavenou současně z vyzařujících dynamických reproduktorů, upevněných na čtyřúhelníkové ozvučnici, zatímco kmitočty vyšší, které jsou nad dělicím kmitočtem výhybky, jsou vyzařovány nejméně z jednoho reproduktoru ae zvukovodem, který je součástí vysokotónové jednotky, vyznačující se tím, že v případě jediného reproduktoru (3) se zvukovodem je ústí (4) čtyřúhelníkové, v případě několika reproduktorů (3) se zvukovody jsou reproduktory (3) se zvukovody uspořádány těsně vedle sebe a/nebo nad sebou a tvar ústí (4) je čtyřúhelník©vý, přičemž podélná osa ústí (4) je souběžná s podélnou osou ozvučnice (1) současně vyzařujících hlubokotonových reproduktorů (2) a šířka (a) ústí (4) je nejméně třikrát, avšak nejvýše sedmkrát menší než šířka (s) ozvučnice (1) hlubokotónové jednotky a je větší než čtrvtina vlnové délky (<X_k) příslušné dělicímu kmitočtu (f_k), avšak je nejvýše tři čtvrtiny vlnové délky (Л^), to znamená l/4X_k-< a^3/4X_k .

2. Reproduktorová soustava podle bodu 1, vyznačující se tím, že hlubokotónový reproduktor (2) tvoří s ozvučnici (1) hlubokotonovou jednotku a směrová charakteristika této jednotky má шш na dolním okraji přenosového pásma kardioidní tvar.

3. Reproduktorová soustava^>odle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že poměr stran (s/1) čtyřúhelníkové ozvučnice (1) hlubokotonové jednotky к poměru stran (a/b) čtyř úhelníkového ústí (4) reproduktoru přičemž odchylka mezi mená, že (3) se zvukovodem je přibližné stejný, oběma poměry činí nejvýše 1,5, to zna1 •T75

4. Reproduktorová soustava podle některého z bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že vysokotonová jednotka vytvořená z reproduktorů (3) se zvukovody a hlubokotonová jednotka sestavená , z hlubokotonových reproduktorů (2) mají stejnou základní osu.

5. -Reproduktorová soustava podle některého z bodů '1 až 4, vyznačující se tím, že reproduktory (3) se zvukovody vysokotonové jednotky jsou upěvněny bez ozvučnice, 4* ,/Že na ozvuč- nici (1) hlubokotonové jednotky je větší otvor než je ústí (4) reproduktorů (3) se zvukovody.

ó.

Reproduktorová soustava podle některého z bodů 1 až 5, vyzná- _; čující se tím, že jmenovitá elektrická impedance vysokotonové jednotky je větší než hlubokotonové jednotky.

7. Reproduktorová sopstava podle některého z bodů 1 až o, vyznačující se tím, že hlubokotonová jednotka je sestavena ze čtyf, současně vyzařujících hlubokotonových reproduktorů (2), která jsou uspořádány na ozvučnici (1) těsně nad sebou, přičemž

- Ц 329 919 vysokotonovú jednotka obsahuje jeden nebo více tísně nad sebou uspořádaných reproduktorů o) se zvukovody se ctyřúhelníkovým ústím(4).

8. Reproduktorová soustava podle bodu 7, vyznačující se tím, že reproduktory (3) se zvukovody vysokotonové jednotky j3ou elektricky zapojeny v sérii, jejich impedance je nejméně třikrát tak veliká než jmenovité impedance hlubokotonové jednotky, přičemž vinutí paralelně zapojené elektrické výhybky 6 sestává z několika dílčích vinutí o stejné indukčnosti a je umístěno na jedné kostře cívky, přičemž dílčí vinutí jsou zapojená paralelně, ke každému reproduktoru (3) se zvukovodem samostatně.