EA024089B1

EA024089B1 - Громкоговоритель

Info

Publication number: EA024089B1
Application number: EA201291325A
Authority: EA
Inventors: Филип Дерек Эдуард Де Хан
Original assignee: Алконс Аудио Б.В.
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2016-08-31
Also published as: NL2004781C2; SI2577986T1; CN102918872A; PL2577986T3; US20130195305A1; KR20130111975A; WO2011152718A1; EA201291325A1; DK2577986T3; EP2577986A1; US9100750B2; KR101866584B1; CY1116501T1; CA2801141C; PT2577986E; EP2577986B1; HUE026783T2; CN102918872B; ES2543065T3; CA2801141A1

Abstract

Громкоговоритель включает корпус и мембрану, установленную в упомянутом корпусе, причем с целью формирования звука может обеспечиваться вибрация упомянутой мембраны, при этом громкоговоритель имеет по меньшей мере один звуковой канал, который проходит между мембраной и внешней стороной упомянутого корпуса, и в упомянутом звуковом канале имеется один или более локальных звуковых барьеров, причем упомянутые звуковые барьеры локально перекрывают по меньшей мере 15% площади поперечного сечения звукового канала, так что в слышимом частотном диапазоне в результате резонанса происходит усиление звукового давления.

Description

(57) Громкоговоритель включает корпус и мембрану, установленную в упомянутом корпусе, причем с целью формирования звука может обеспечиваться вибрация упомянутой мембраны, при этом громкоговоритель имеет по меньшей мере один звуковой канал, который проходит между мембраной и внешней стороной упомянутого корпуса, и в упомянутом звуковом канале имеется один или более локальных звуковых барьеров, причем упомянутые звуковые барьеры локально перекрывают по меньшей мере 15% площади поперечного сечения звукового канала, так что в слышимом частотном диапазоне в результате резонанса происходит усиление звукового давления.

024089 Β1

Настоящее изобретение относится к громкоговорителю, включающему корпус и мембрану, установленную в упомянутом корпусе, при этом может обеспечиваться вибрация упомянутой мембраны с целью формирования звука, причем упомянутый громкоговоритель имеет по меньшей мере один звуковой канал, проходящий между упомянутой мембраной и внешней стороной упомянутого корпуса. Такие громкоговорители широко известны.

Цель настоящего изобретения - предложить громкоговоритель описанного выше типа, обладающий улучшенными механическими и/или акустическими свойствами по сравнению с громкоговорителями, известными на существующем уровне техники.

В соответствии с настоящим изобретением для этой цели в упомянутом канале звука обеспечивают один или более локальных звуковых барьеров, которые перекрывают по меньшей мере 15% площади поперечного сечения звукового канала. Звуковые барьеры в значительной степени усиливают уровень звука в определенных частотных диапазонах, что, в свою очередь, ведет к незначительным потерям в остальных частотных диапазонах или даже за пределами слышимого частотного диапазона.

В заявке на патент США № 2004/0047488 описан громкоговоритель с акустически прозрачной решеткой в звуковом канале, следовательно, в нем не описан звуковой барьер в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительно упомянутые звуковые барьеры локально перекрывают между 25 и 75%, более предпочтительно между 35 и 65% и еще более предпочтительно между 40 и 60% площади поперечного сечения звукового канала. Звуковой канал предпочтительно имеет ширину 6-10 мм, более предпочтительно 7-9 мм, при этом предпочтительно звуковые барьеры локально перекрывают в среднем по меньшей мере 0,8 мм или более предпочтительно 2-6 мм, еще более предпочтительно 2,8-5,2 мм ширины поперечного сечения вдоль длины щели. Звуковые барьеры предпочтительно имеют толщину 0,5-10 мм, более предпочтительно 1-8 мм и еще более предпочтительно 2-6 мм.

В звуковом канале звуковые барьеры расположены предпочтительно в местоположении, которое находится ближе к концу звукового канала, прилегающему к мембране, чем к другому концу звукового канала, прилегающему к внешней стороне корпуса, более предпочтительно в местоположении на конце звукового канала рядом с мембраной.

Звуковой канал предпочтительно имеет форму щели, при этом упомянутый один или более звуковых барьеров проходит вдоль, по существу, всей длины щели звукового канала. Звуковой канал предпочтительно имеет, по существу, параллельные стенки. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения звуковые барьеры образованы одной или более перекладинами, расположенными вдоль продольного направления щели. Более предпочтительно, звуковые барьеры образованы одной перекладиной, проходящей вдоль щели в центре поперечного сечения звукового канала.

Звуковые барьеры выполнены предпочтительно из немагнитного материала, более предпочтительно из нержавеющей стали, желтой латуни, алюминия или меди, более предпочтительно из меди. Дополнительный эффект, достигаемый таким образом, заключается в том, что звуковые барьеры вносят вклад в рассеивание тепла. Этот эффект особенно выражен, если звуковой барьер расположен вблизи мембраны.

Упомянутая мембрана представляет собой предпочтительно гибкую мембрану, установленную в оправе. Предпочтительно громкоговоритель включает блок магнита, который создает магнитное поле, при этом мембрана снабжена электрическим проводником, размещенным на мембране в виде определенной структуры, причем мембрана расположена в магнитном поле таким образом, что на нее воздействует сила при прохождении тока через упомянутую проводящую структуру, и упомянутая сила способна приводить мембрану в движение. Предпочтительно упомянутую проводящую структуру помещают по меньшей мере в двух разнесенных областях вибрации на мембране, при этом громкоговоритель имеет по меньшей мере два звуковых канала, проходящих между упомянутыми двумя областями вибрации и внешней стороной корпуса.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылками на один из вариантов его осуществления, проиллюстрированный на чертежах, на которых:

фиг. 1 представляет собой частичный вид в перспективе громкоговорителя;

фиг. 2 представляет собой вид в перспективе блока мембраны;

фиг. 3 представляет собой вид в поперечном разрезе громкоговорителя фиг. 1;

фиг. 4 представляет собой вид в поперечном разрезе громкоговорителя фиг. 1, на котором установлен звуковой раструб;

фиг. 5 представляет собой вид в поперечном разрезе громкоговорителя в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 6 представляет собой график, показывающий влияние ширины (те) звуковых барьеров в соответствии с настоящим изобретением на силу звука для различных частот;

фиг. 7 представляет собой график, показывающий влияние толщины (1) звуковых барьеров в соответствии с настоящим изобретением на силу звука для различных частот;

фиг. 8 и 9 иллюстрируют определение акустической массы (МА) для различных вариантов осуществления настоящего изобретения.

В соответствии с фиг. 1 громкоговоритель включает корпус, который состоит из двух, по существу,

- 1 024089 одинаковых металлических частей 1, 2, скрепленных вместе при помощи винтов 3. Каждая из частей 1, 2 корпуса имеет два удлиненных углубления в форме щелей, или два звуковых канала 4, 5, которые выводят наружу звук, формируемый в громкоговорителе. При этом часть 1 корпуса оснащена точками 6, 7 электрических соединений, к которым могут быть подключены провода со звуковым сигналом от усилителя. Корпус 1, 2 снабжен выступающими наружу и проходящими в продольном направлении ребрами 8 охлаждения для рассеивания тепла, выделяемого в громкоговорителе.

Части 1, 2 корпуса охватывают оправу, показанную на фиг. 2, которая состоит из первого элемента 9 оправы, имеющего форму рамки и двух элементов 10, 11, имеющих форму полосок. Элементы 9, 10, 11 оправы выполнены предпочтительно из меди или анодированного алюминия.

Внешняя поверхность элементов 9, 10, 11 оправы на всем своем протяжении контактирует с корпусом 1, 2. Плоская вибрирующая мембрана 12 крепится к элементу 9 оправы при помощи клея или при помощи тонкой двусторонней клейкой ленты. Клей или лента являются теплопроводящими. На мембране 12 имеется электропроводящая структура 13, которая соединена сточками 6, 7 соединения и которая сообщает мембране вибрацию при передаче усилителем электрического сигнала в громкоговоритель.

С этой целью громкоговоритель включает магниты 13, в соответствии с изображением на фиг. 3, формирующие постоянное магнитное поле, в котором находится проводящая структура 14 мембраны 12. Проводящая структура 14 образована электропроводящим контуром, выполненным в виде удлиненной прямоугольной спирали на одной из сторон мембраны 12. На коротких сторонах прямоугольной структуры находятся элементы 10, 11 оправы - непосредственно на проводящей структуре. В соответствии с этим клей или клейкая лента, при помощи которых элементы оправы крепят к проводнику, должны быть электрически изолирующими. На другой стороне мембраны 12 упомянутые короткие стороны проводящей структуры аналогично покрыты короткими сторонами элемента 9 оправы, имеющего форму рамки. Таким образом, проводящая структура 14 способна передавать тепло элементам 9, 10, 11 оправы с обеих сторон.

Два конца упомянутого проволочного проводника соединены с проводниковыми выводами 15, 16 на элементе 10 оправы, которые в свою очередь имеют электрическое соединение с точками 6, 7 соединения. Проводниковые выводы 15, 16 электрически изолированы от элемента 10 оправы. Линии проводящей структуры 14, лежащие параллельно друг другу в продольном направлении между элементами 10, 11 оправы, образуют две разнесенные в пространстве области 17, 18 вибрации.

Обратимся к фиг. 3, звуковые каналы 4, 5 идут от двух разнесенных в пространстве областей 17, 18 на поверхности мембраны 12 к внешней стороне частей 1, 2 корпуса, при этом звуковые каналы 4, 5 закрыты с одной из сторон замыкающей пластиной 27, поскольку громкоговоритель должен излучать звук только в одну сторону. Задние стороны каналов заполнены поглотителями 24, 25 из синтетической пены, в соответствии с изображением на фиг. 5, для поглощения звука, излучаемого назад. Если смотреть в направлении от мембраны, звуковые каналы 4, 5 сначала идут перпендикулярно мембране, т.е. в области между магнитами 13, а затем звуковые каналы наклонены друг к другу. Наклонены друг к другу как внешние стенки 19, так и внутренние стенки 20 каждого из звуковых каналов 4, 5, при этом отношение параллельности между внутренней стенкой 19 и внешней стенкой 20 каждого из каналов 4, 5 остается неизменным. На внешней стороне громкоговорителя между внутренними стенками 19 двух звуковых каналов 4, 5 остается лишь очень маленький зазор, при этом упомянутый зазор, по меньшей мере, в несколько раз меньше, чем расстояние между областями 17, 18 вибрации. Таким образом, фронты звуковых волн, формируемых двумя областями 17, 18 вибрации, направляются друг к другу и объединяются, за счет чего исключается нежелательная интерференция двух волновых фронтов.

Фиг. 4 демонстрирует звуковой раструб 21, который устанавливают в резьбовые отверстия 24 громкоговорителя при помощи винтов 23. Внешние стенки 19 звуковых каналов 4, 5 соединены со стенками 22 звукового раструба 21. Звуковой раструб 21 обеспечивает постепенное расширение фронта звуковой волны, выходящей из звуковых каналов 4, 5, перед ее дальнейшим распространением в окружающую среду. Раструб, выполненный из металла, также дополнительно помогает рассеивать тепло из громкоговорителя.

Фиг. 5 демонстрирует громкоговоритель в соответствии с настоящим изобретением, который идентичен описанному выше громкоговорителю со следующей доработкой: в каждом из каналов 4, 5 между мембраной 12 и внешней стороной корпуса 2 помещена медная перекладина 26. Перекладина 26 образует барьер для звука, формируемого мембраной 12. Перекладина 26 расположена вдоль всей длины поперечного сечения канала 4, 5. В поперечном направлении перекладина 26 лежит в центре каналов 4, 5, так что с каждой стороны от перекладины 26 имеется идентичное щелевое отверстие, через которое звук от мембраны может проходить в каналы 4, 5. Ширина каналов 4, 5 составляет 8 мм, ширина (те) перекладины составляет 4 мм, т.е. 50% площади поперечного сечения каналов перекрыто этой перекладиной. Толщина (ΐ) перекладины составляет 4 мм.

Возможны различные формы звуковых барьеров в звуковых каналах 4, 5, при этом могут быть рассмотрены варианты с присоединением перфорированных пластин или нескольких перекладин в продольном или поперечном направлении. Однако было найдено, что проиллюстрированный в настоящем документе вариант осуществления изобретения является наиболее эффективным.

- 2 024089

За счет обеспечения звуковых барьеров перед мембраной 12 будет иметь место усиление звукового давления вследствие резонанса. Упомянутый резонанс возникает в результате резонирования акустической массы (МА) с акустической сжимаемостью (СА) воздуха, находящейся перед проводящей структурой на мембране. Упомянутая акустическая масса определяется как: масса воздуха/(площадь²), или МА = т/(А²). При определении массы (т) воздуха необходимо учитывать краевую поправку для учета полуцилиндрических воздушных масс, лежащих спереди и сзади от звуковых барьеров (см. фиг. 8 и 9).

Резонансная частота (1Ь) определяется как

При помощи приведенной выше формулы можно вычислить влияние различных аспектных соотношений барьеров, например перекладины 26, чтобы получить усиление звука в слуховом диапазоне, при этом упомянутые вычисления подтверждаются результатами последующих испытаний для нескольких вариантов осуществления настоящего изобретения.

Ширина: фиг. 6 демонстрирует, что если перекрытие канала составляет 10% (0,8 мм) (с толщиной (1) 4 мм), то в диапазоне около 15 кГц будет иметь место усиление около 0,8 дБ. Максимальное усиление имеет место, если перекрытие составляет около 50% (4 мм), в этом случае усиление превышает 3 дБ. Резонанс снижается, если перекрытие превышает 50%.

Толщина: фиг. 7 демонстрирует, что если перекрытие в канале является относительно тонким (0,8 мм в данном примере) (с шириной (γ) 4 мм), то это даст усиление около 1 дБ в диапазоне около 15 кГц с максимальным усилением в диапазоне выше 20 кГц (за пределами слухового диапазона). В случае толщины, равной 4 мм, усиление составляет более 3 дБ. В общем случае можно утверждать, что чем толще перекрытие, тем ниже пиковая частота с максимальным усилением. Увеличение толщины ведет к ослаблению частот с высокой скоростью воздушного потока (около 3 кГц в данном примере).

Местоположение: испытания показали, что наибольший эффект достигается, когда перекрытие расположено максимально близко к мембране, насколько это возможно.

Форма: испытания показали, что эффект усиления ослабляется с увеличением количества отверстий (например, в случае решетки). По этой причине в данном варианте осуществления настоящего изобретения использована перекладина в центре по ширине канала (два отверстия).

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Громкоговоритель, включающий корпус (1, 2) и мембрану, установленную в упомянутом корпусе с возможностью обеспечения вибрации упомянутой мембраны так, чтобы сформировать звук, при этом упомянутый громкоговоритель имеет по меньшей мере один звуковой канал (4, 5), который проходит между мембраной (12) и внешней стороной корпуса (1, 2), отличающийся тем, что в упомянутом звуковом канале (4, 5) имеется один или более локальных звуковых барьеров (26), которые локально перекрывают по меньшей мере 15% площади поперечного сечения звукового канала (4, 5) и расположены в звуковом канале (4, 5) ближе к концу звукового канала, находящемуся вблизи мембраны (12), чем к другому концу звукового канала (4, 5), находящемуся вблизи внешней стороны корпуса (1, 2), так что в результате резонанса происходит усиление звукового давления в слышимом частотном диапазоне.
2. Громкоговоритель по п.1, в котором упомянутые звуковые барьеры (26) локально перекрывают от 25 до 75%, предпочтительно от 35 до 65%, более предпочтительно от 40 до 60% площади поперечного сечения звукового канала (4, 5).
3. Громкоговоритель по п.1 или 2, в котором упомянутый звуковой канал (4, 5) имеет ширину 6-10 мм, предпочтительно 7-9 мм, при этом звуковые барьеры (26) локально перекрывают в среднем по меньшей мере 0,8 мм, предпочтительно 2-6 мм, более предпочтительно 2,8-5,2 мм площади поперечного сечения звукового канала (4, 5).
4. Громкоговоритель по любому из пп.1, 2 или 3, в котором упомянутые звуковые барьеры (26) имеют толщину 0,5-10 мм, предпочтительно 1-8 мм, более предпочтительно 2-6 мм.
5. Громкоговоритель по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые звуковые барьеры (26) расположены в конце звукового канала (4, 5), находящемся вблизи мембраны (12).
6. Громкоговоритель по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутый звуковой канал имеет форму щели, при этом упомянутый один или более звуковых барьеров проходят вдоль, по существу, всей длины щели звукового канала (4, 5).
7. Громкоговоритель по п.6, в котором упомянутые звуковые барьеры (26) образованы одной или более перекладинами, проходящими в продольном направлении упомянутой щели.
8. Громкоговоритель по п.6 или 7, в котором упомянутые звуковые барьеры (26) образованы перекладиной, проходящей в продольном направлении упомянутой щели в центре поперечного сечения звукового канала (4, 5).
9. Громкоговоритель по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые звуковые барьеры (26) выполнены из немагнитного материала, предпочтительно из нержавеющей стали, желтой латуни, алюминия или меди, более предпочтительно из меди.
10. Громкоговоритель по любому из предшествующих пунктов, в котором стенки упомянутых ка- 3 024089 налов (4, 5) проходят, по существу, параллельно друг другу.
11. Громкоговоритель по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутая мембрана (12) представляет собой гибкую мембрану, установленную в оправе.
12. Громкоговоритель по п.11, в котором по меньшей мере в двух разнесенных областях (17, 18) вибрации на упомянутой мембране (12) имеется проводящая структура (14), при этом громкоговоритель имеет по меньшей мере два звуковых канала (4, 5), которые проходят между упомянутыми двумя областями (17, 18) вибрации и внешней стороной корпуса (1, 2).