FI122126B - Refleksikaiutinrakenne - Google Patents

Description

Refleksikaiutinrakenne

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen refleksikaiutinrakenne.

5

Keksintöä käytetään erityisesti bassokaiutinten yhteydessä muodostamaan ns. subwoo-fer-kaiutin kaiutinjärjestelmän yhteydessä.

Kaiutinkotelolle asetettavista vaatimuksista matalilla käyttötaajuuksilla tärkeimmät liitit) tyvät kykyyn kestää paine-eroja mahdollisimman vähäisin muodonmuutoksin (jäykkyyteen) ja vapauteen rakenteellisista resonansseista. Useimmiten kotelo tehdään suorista levyistä, joita tarvittaessa tuetaan ja jäykistetään kotelon sisältä.

Eräs kaiuttimen kotelointiperiaate matalien taajuuksien toistossa on bassorefleksikotelo. 15 Siinä on kaiutinelementin aukon lisäksi toinenkin aukko, johon on usein liitetty putki. Putkessa oleva ilma muodostaa akustisen induktanssin (massan), ja kotelon sisällä oleva ilma puolestaan akustisen kapasitanssin (jousen), ja tämän yhdistelmän resonanssitaa-juus mitoitetaan toimimaan kaiutinelementin kanssa. Matalimmilla taajuuksilla yhdistelmä on resonanssissa, jolloin resonanssipiiri kuormittaa kaiutinelementtiä. Elementin 20 liikepoikkeama on tällöin pieni ja suurin osa säteilystä tapahtuu refleksiaukon kautta. Pyrittäessä hyvin matalien taajuuksien toistoon, on yhdistelmän resonanssitaajuutta alennettava, ja se tapahtuu joko lisäämällä kotelon tilavuutta tai refleksikanavassa olevan ilmamäärän akustista massaa. Kotelon suuri koko on usein haitta, ja tästä johtuen sitä vältetään, josta syystä refleksikanavasta tulee väistämättä pitkä. Koska resonanssi-25 taajuudella säteily siis tapahtuu refleks ikänä van kautta, vaikuttaa haluttu ääniteho putkessa olevan ilman virtausnopeuteen. Jos virtausnopeus putkessa kasvaa liian suureksi, muuttuu virtaus turbuienttiseksi, mikä aiheuttaa häiriöääniä ja kompressiota. Tästä syystä putken vähimmäispoikkipinta on riippuvainen myös halutusta äänitehosta. Suurempaa äänitehoa haluttaessa poikkipintaa kasvatetaan, mutta samalla putki pitenee. Pitkä 30 putki ei mahdu suorana kotelon sisälle ja se on totuttu taivuttamaan erilaisiin kulmiin, mutta jyrkät mutkat aiheuttavat pienilläkin virtausnopeuksilla turbulenssia. Refleksikai-uttimen mitoitusta ja siihen liittyvien ongelmien sähköteknisiä ratkaisuja on kuvattu laajalti kiijallisuudessa ja mm. eurooppalaisessa patentissa EP 0 322 686.

2

Perinteisten refleksikaiutinten ongelmana on ollut niiden suuri koko ja paino. Erityisesti matkakäytössä tämä muodostuu ongelmaksi.

GB-patenttihakemuksessa 2411539 on kuvattu kaiuttimella varustettu salkku, joka toi-5 mii suljettuna kaiutinkotelona. Refleksikaiuttimiin verrattuna suljetuilla koteloilla ei päästä yhtä hyvään hyötysuhteeseen kuin rcfleksikaiuttimilla. Tämä johtaa suureen tehonkulutukseen tai vaihtoehtoisesti vaatimattomaan akustiseen ulostulotehoon.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnetun tekniikan ongelmat ja aikaansaada 10 aivan uudentyyppinen refleksikaiutinrakenne.

Keksintö perustuu siihen, että retleksikaiutin muodostetaan avattavaan rakenteeseen, esimerkiksi salkkuun. Kaiuttimen akustiseen tilaan varataan paikat apukaiuttimille, joilla tyypillisesti tuotetaan ihmisen kuulokaistan ylemmät taajuudet. Apukaiuttimilla saa-15 daan aikaan myös halutut ominaisuudet stereo- tai monikanavakäytössä.

Yksi keksinnön sovellus on siis kannettava äänentoistolaitteisto.

Keksinnön yhden edullisen suoritusmuodon mukaisesti avattava kaiutinrakenne on 20 salkku, jonka kahva toimii välineenä kaiutinkotelon lukitsemiseksi ja tiivistämiseksi käyttöasentoon.

Keksinnön yhden edullisen suoritusmuodon mukaisesti kaiutin on varustettu vahvistimella.

25 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle refleksikaiuttimelle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja.

30

Matkakäyttöön tarkoitettu äänentoistolaitteisto voidaan rakentaa hyvin pieneksi ja kuitenkin korkealaatuiseksi. Erityisesti matalien äänien toisto voidaan toteuttaa hyvälaatuisena ja hyvällä hyötysuhteella. Muun kuuloäänialueen kaiuttimet on kätevä sijoittaa kuljetustilanteessa refleksikaiuttimen sisään.

Kaiuttimen toiminnan kannalta tärkeä tiivistys saadaan keksinnön edullisessa suoritus muodossa varmistetuksi kahvarakenteen lukitussovitelman avulla.

3 5 Rakennetta optimoi lisäksi se, että refleksikanava on osana kaiutinyksikön jäykistävää rakennetta. Turbulenssi minimoituu spiraalimaisen, pehmeästi muotoillun refleksikana-van ansiosta ja tämä puolestaan vähentää säröä ja kompressiota. Lisäksi useissa keksinnön mukaisissa variaatioissa voidaan saavuttaa valmistusteknisesti hyvin edullisia ratkaisuja, koska kaiutinrakenteessa on tyypillisesti kaiutinelementin lisäksi ainoastaan 2-3 10 merkittävää rakenneosaa.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa tarkastelemaan oheisten kuvioiden mukaisten suori-tusesimerkkien avulla.

15 Kuvio 1 esittää etuviistosta tarkasteltuna perspektiivikuvantona yhtä keksinnön mukaista refleksikaiutinta avattuna.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista kaiutinta ylhäältä sivulta tarkasteltuna.

20 Kuvio 3 esittää sivukuvantona kuvion 1 mukaista refleksiivikaiutinta suljettuna.

Kuvio 4a esittää kuvion 1 mukaista kaiutinta edestä tarkasteltuna.

Kuvio 4b esittää yläkuvantona kuvion 1 mukaista kaiutinta.

25

Kuvio 5 esittää kaaviollisena perspektiivisivukuvantona toista keksinnön mukaista kaiutinta avatussa asennossa.

Kuvio 6 esittää perspektiivialakuvantona kuvion 5 mukaista kaiutinta suljetussa asen-30 nossa.

Kuvio 7 esittää perspektiivisivukuvantona kuvion 5 mukaista kaiutinta suljetussa asen nossa.

4

Kuvio 8 esittää perspektiivisivukuvantona kuvion 5 mukaista kaiutinta suljettuna ja lukittuna käyttöasentoonsa kahvan avulla.

Kuvio 9 esittää perspektiivikuvantona kolmatta keksinnön mukaista kaiutinrakennetta 5 avattuna.

Kuvio 10 esittää kaaviollisesti refleksiivikaiuttimen mallinnukseen käytettäviä elementtejä.

10 Hakemuksessa tullaan käyttämään seuraavaa terminologiaa viitenumeroiden kera: 1 refleksikaiutinrakenne 2 kansiosa 3 pohjaosa 15 4 apukaiuttimet 5 refleksikanava 6 refleksiaukko 7 kaiutinelcmentti 8 vahvistin 20 9 kiinnityshahlo 10 kahva 11 kahvan kiinnityspiste 12 kannen lukitustappi 13 liittimet 25 14 saranat 20 kaiutinelementin liikkuva massa 21 putken akustinen massa 22 kotelon tilavuus 23 kartion ripustus 30 30 kaiutinkammio

Kuvion 1 mukaisesti bassorefleksikaiutinrakenne 1 on jaettu kansiosaan 2 ja pohjaosaan 3. Pohjaosaan 3 on yhdistetty kaiutinelementti 7. Kaiutinelementin 7 sijoituksen ansiosta se on mekaanisesti suojassa kaiutinrakenteen 1 alla käyttötilanteessa. Myös kahva 10 5 on yhdistetty pohjaosaan 3. Kahva 10 on saranoitu tapeilla 11 pohjaosaan. Kahvaosaan 10 on muodostettu lukitushahlo 9, joka kaiutinrakenteen 1 suljetussa asennossa kiristyy kannen 2 lukitustappiin 12. Pohjaosassa sijaitsee myös vahvistin 8, edullisesti suljettuna tiiviiseen koteloon. Pohjaosaan 3 on sijoitettu myös osa refleksiputkesta 5, jonka kai-5 utinrakenteen 1 suljettu-asennossa kuitenkin muodostuu pohjaosan 3 ja kansiosan rakenteiden yhdistelmänä ja päättyy refleksiaukkoon 6. Pohjaosaan 3 on tehty myös varaukset apukaiuttimille 4. Varauksiin voidaan yhdistää myös kevyt lukitus, jolla apukaiut-timet 4 pysyvät kuljetuksen aikana paikoillaan. Kun apukaiuttimet 4 poistetaan paikoiltaan, muodostuu suljetun rakenteen sisälle kaiutinkammio 30, jonka tilavuus on tärkeä 10 refleksikaiuttimen mitoitusparametri.

Seuraavassa on esitetty muutamia esimerkkimitoituksia kuvion 2 - 4b merkinnöin: refleksiputken mitta a: 124 mm 15 kaiutinrakenteen 1 leveys b: 339 mm apukaiutinten leveys c: 82 mm refleksiputken leveys d: 21 mm apukaiutinten n korkeus e: 127 mm kaiutinrakenteen 1 paksuus f: 80 mm 20 kaiutinrakenteen syvyys g: 256 mm kaiutinrakenne kahvan kanssa h: 320,5 mm

Kuviossa 3 näkyy tarkemmin kahvan 10 lukitusmekanismi, joka muodostuu hahlosta 9, johon kannen 2 lukitustappi 12 lukittuu. Käännettäessä kuvion 3 suunnilla kahvaa vas-25 tapäivään siirtyy tappi hahlossa 9 eteenpäin. Hahlon 9 oikea reuna on jäljestetty lähemmäs kiinnitystappia 11 kuin hahlon vasen reuna, joten käännettäessä kahvaa vastapäivään kansiosa 2 kiristyy kohti pohjaosaa 3 ja näin kaiutinrakenne tiivistyy. Hahlo 9 on siis lievästi spiraalimainen kiinnitystapin 11 suhteen. Kuviossa 3 näkyvät myös liittimet 13, jotka tyypillisesti käsittävät liittimet apukaiuttimia 4 varten ja myöskin liittimen 30 ulkoista tehonsyöttöä varten.

Kuviossa 5 on esitetty kahvan 10 asento, jossa hahlo 9 vastaanottaa kannen lukitustapin 12. Kuviossa 8 taas on esitetty kaiutinrakenteen 1 käyttöasento, jossa kahva 10 on puris- 6 tanut hahlollaan 9 kansiosan 2 kiinni. Kahva 10 toimii samalla tukena ja antaa vapaan akustisen tilan kaiutinelementille 7.

Kuvion 5 mukaiselle ratkaisulle vaihtoehtoinen rakenne on sellainen, että kahvassa 10 5 on kahva-osasta katsoen kiinnityspisteen 11 taakse varren päähän sijoitettu tappi, joka toimii toisen osan vastaavan hahlorakenteen kanssa toiminnallisesti samalla tavalla kuin kuvion 5 rakenne.

Alan ammattimiehelle on selvää, että edellä mainittujen kiristysmekanismien paikat 10 voivat vaihdella kansiosasta pohjaosaan kunhan kiristyksen toimintaperiaate pysyy samana.

Kuviossa 9 on esitetty keksinnön mukainen rakenne, jossa vahvistinosa 8 on esitetty ilman kantta.

15

Keksinnön puitteissa voi kaiutinelementti 7 sijaita niin kansi- 2 kuin pohjaosassakin 3. Samoin luonnollisesti kahvaosa 10 voidaan kiinnittää kumpaan tahansa osaan. Myöskin vahvistin 8 voi sijaita kummassa tahansa osassa. Myös reflcksiputki voidaan siirtää kumpaan tahansa osaan avattavassa rakenteessa. Kuviossa 1-9 esitetty sijoittelurakenne 20 tarjoaa joitakin etuja. Esitetyllä komponenttien sijoittelulla kansirakenne saadaan yksinkertaiseksi ja refleksiputken jakamisella molempiin osiin saavutetaan suuri putken halkaisija.

Reileksikotelon mitoitusta on kuvattu seuraavassa kuvioon 10 viitaten.

25

Kaiutinelementin refleksikotelointia voidaan havainnollistaa massa-jousisysteemillä, joka kuvaa kvalitatiivisesti kaiuttimen toimintaperiaatetta.

Salkkukoteloon 1 rakennettu refleksiputki 5 muodostaa kotelon kaiutinkammion 30 30 ilmatilavuuden kanssa Helmholtz-resonaattorin. Resonanssi syntyy putken 5 akustisen ilmamassan 21 sekä kotelon kaiutinkammioon 30 ilmatilavuuden akustisen komplians-sin muodostaman sarjaresonanssipiirin vaikutuksesta. Resonanssitaajuuden ympäristössä Helmholtz-resonaattori vahvistaa kaiutinelementin tuottamaa takasäteilyä. Kotelo-

^ - I

! 7 putkisysteemi 30,21 joutuu resonanssiin taajuudella, joka voidaan johtaa kun tunnetaan kotelon kaiutinkammion 30 ilmatilavuus, putken 5 halkaisija sekä sen pituus.

Λ=έι/ϊ7’ 5 missä f0 on resonanssitaajuus, c on äänen nopeus, A on putken poikkipinta-ala, L on putken pituus ja V on kotelon tilavuus.

Salkkusubwooferin 1 sisätilavuus määräytyi käytännön perusteella, sillä kaiuttimesta 10 haluttiin ulkomitoiltaan tavanomaista salkkua vastaava. Kaiutinkammion 30 nettotila-vuudeksi jäi noin 3,8 litraa kun vahvistimen tilavuus ja resonanssiputki vähennettiin muusta sisätilavuudesta.

Refleksiputken 5 pituutta valittaessa on otettava huomioon myös toiminnan kannalta 15 haitalliset resonanssit. Putkea 5 voidaan kuvata akustisena siirtolinjana, joka kuljettaa tasoaaltoa. Refleksiputken 5 suuaukolla 6 syntyy tilavuusnopeuden epäjatkuvuuden vuoksi resonanssi.

Äärettömällä laipalla varustetun putken alin haitallinen resonanssi syntyy taajuudelle] 20 / =_£_ 2(/ + 0.85/?)’ missä c on äänen nopeus, / on refleksiputken 5 pituus ja R on refleksiputken säde. Putken muut haitalliset resonanssit ovat alimman resonanssitaajuuden harmonisia moniker-25 toja. Salkkusubwooferiin liitettävät satelliittikaiuttimet (apukaiuttimet 4) asettavat vaatimuksen subwooferin toistokaistan ylärajalle (noin 250Hz). Refleksiputken pituus valittiin mahdollisimman suureksi mutta kuitenkin niin, että ensimmäinen haitallinen resonanssi syntyy vasta subwooferin toistokaistan yläpuolella. Putken pituudeksi valittiin 48 cm, jolloin ensimmäinen resonanssi muodostuu taajuudelle 357 Hz.

30

Lopuksi mitoituksessa etsittiin sopiva kompromissi putken 5 pinta-alan ja kotelon viri-tystaajuuden välillä. Putken 5 poikkipinta-ala on oltava riittävän suuri jotta haitallisia ! 8

J

turbulenssiääniä ei syntyisi. Toisaalta taas pinta-alan kasvatus tarkoittaa putken pituuden kasvattamista mikäli viritystaajuus halutaan säilyttää ennallaan. Refleksiputken poikkipinta-alaksi valittiin 14 cm2. Salkkusubwooferin viritystaajuudeksi saatiin siis 48Hz.

5

Kuvioiden 1-9 mukainen kaiutinrakenne 1 voi olla joko itsenäinen, pelkkään bassontois-toon tarkoitettu niin sanottu subwoofer tai vaihtoehtoisesti osana koko äänitaajuusalu-een kattavaa kaiutinratkaisua.

10 Tyypillisesti keksinnön mukainen kaiutinratkaisu voi sisältää myös vahvistimen.

Vaikka esimerkeissä on esitetty ainoastaan yksi kaiutinrakenteeseen 1 kiinnitetty kai-utinelementti 7, voi niitä keksinnön puitteissa olla useampiakin.

15 Kaiutinrakenteen osat 2 ja 3 voivat olla myös kokonaan irrotettavissa toisistaan kahden lukituskahvan tai sen tapaisen avulla.

Kaiutinrakenteen osien 2 ja 3 purkamatta toistuvasti irrotettavuudella tarkoitetaan tässä hakemuksessa esimerkiksi sarana- tai salpakiinnityksiä.

20

Valmistusteknisesti kaiutinrakenteen 1 pääosat voidaan edullisesti valmistaa esimerkiksi muovista ruiskuvalutekniikalla.

Myös alumiinista valmistetut rakenteet ovat keksinnön puitteissa edullisia niiden ke-25 veyden ja jäykkyyden vuoksi.

Kansi 2 ja pohjaosalla 3 viitataan em. tekstissä ja vaatimuksissa ainoastaan kuvioiden koordinaatteihin. Luonnollisesti kuvioiden ratkaisut ovat keksinnön mukaisesti käännettävissä myös muihin asentoihin.

30

Apukaiuttimien lukumäärä voi luonnollisesti olla suurempikin kuin 2, tällöin tosin jär- * jestelmän sisätila tulee suunnitella vastaavalla tavalla.

9

Keksinnön mukainen järjestelmä voi sisältää myös integroidun äänilähteen kuten MP3-soittimen, CD-soittimen tai musiikkiominaisuuksilla varustetun matkaviestimen.

Tietoliikenneyhteydet keksinnön mukaisen laitteen komponenttien välillä voivat olla 5 joko langallisia tai langattomia. Niinpä esimerkiksi apukaiuttimet 4 voivat kommunikoida päälaitteiston kanssa langattomasti radiotaajuisesti esimerkiksi Bluetooth- tai Wlan-protokollilla. Myös infrapunayhteys on keksinnön mukaisesti mahdollinen.

Claims (11)

1. Refleksikaiutinrakenne (1, 2, 3), joka käsittää - refleksikaiutmrakenteen (1, 2,3) rajoittaman kaiutinkammion (30), 5. kaiutinkammioon (30) yhdistetyn refleksikanavan (5), joka yhdistää kaiutin kammion (30) refleksikaiutmrakenteen (1, 2, 3) ulkopuoliseen tilaan, ja - ainakin yhden refleksikaiutinrakenteeseen (1, 2, 3) yhdistetyn kaiutinelementin (7), joka muodostaa osan kaiutinkammiota (30) rajaavaa rakennetta, tunnettu siitä, että 10. refleksikaiutinrakenne (1, 2, 3) käsittää ainakin kaksi osaa (2, 3), jotka ovat tois tuvasti purkamatta irrotettavissa ainakin osittain toisistaan kaiutinkammion (30) käyttämiseksi kuljetustilana.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen refleksikaiutinrakenne (1, 2, 3), tunnettu siitä, että kaiutinrakenne (1) muodostaa salkkurakenteen, jonka sisäosa käyttötilassa toimii 15 kaiutinkammiona (30) ja kuljetustilassa apukaiutinten (4) säilytys- ja kiinnitystilana.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen refleksikaiutinrakenne (1, 2, 3), tunnettu siitä, että sen kansiosa (2) on saranoitu sen pohjaosaan (3).

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen refleksikaiutinrakenne (1, 2, 3), tunnettu siitä, että sen kansiosaosa (2) on yhdistettävissä salpakiinnityksellä sen pohjaosaan 20 (3).

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen refleksikaiutinrakenne (1, 2, 3), tunnettu siitä, että rakenne käsittää välineet (10, 11, 9, 12) kaiutinrakenteen tiivistämiseksi käyttötilanteessa.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen refleksikaiutinrakenne (1,2, 3), tunnettu siitä, että se käsittää kahvaan (10) sovitetun rakenteen (9), joka kääntyessään kiristää kaiutin-kotelorakenteen (1, 2, 3) tiiviiksi käyttötilannetta varten.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen refleksikaiutinrakenne (1,2, 3), tunnettu siitä, että 5 lukituslaitteisto käsittää spiraalimaisen uran (9) tappimaisen vastakappaleen (12) kiristämiseksi.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen refleksikaiutinrakenne (1, 2, 3), tunnettu siitä, että reflcksikanava (5) on muodostettu puoliksi kumpaankin refleksi-kaiutinrakenteen (1) avattaviin osiin (2, 3).

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen refleksikaiutinrakenne (1, 2, 3), tunnettu siitä, että vahvistin (8), kaiutinelementti (7) ja kahva (10) on sijoitettu samaan osaan (3) refleksikaiutinrakenteessa (1,2,3).

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen refleksikaiutinrakenne (1, 2, 3), tunnettu siitä, että käyttötilanteessa kahvarakenne (10) irrottaa pohja-osan (3) alus- 15 tastaan antaakseen kaiutinelementille (7) vapaan akustisen säteilythän.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen refleksikaiutinrakenne (1, 2, 3), tunnettu siitä, että se muodostaa kannettavan äänentoistolaitteiston. 20 ...