MX2011009819A - Altavoz con control direccional de baja frecuencia pasiva. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un altavoz que logra en forma pasiva una respuesta polar direccional en bajas frecuencias con un alto grado de atenuación entre el frente y la parte posterior del altavoz. El altavoz 11 tiene un transductor 13 una caja 21 detrás del transductor y aberturas 29 de lumbreras en las paredes laterales 23 de la caja para permitir que la onda posterior producida por el transductor salga de la caja y se combine con la onda frontal producida por el transductor. La cancelación detrás del altavoz a bajas frecuencias se logra por la demora de la onda residual con pérdida baja. La demora de pérdida baja en las bajas frecuencias se logra al insertar un material 33 de relleno de fibra de baja densidad en la cámara 27 acústica formada detrás del transductor 13 por la caja 21. Se selecciona el material fibroso que tiene una función de transferencia de paso bajo y pérdida de baja acústica en su banda de paso de baja frecuencia.

Description

ALTAVOZ CON CONTROL DIRECCIONAL DE BAJA FRECUENCIA PASIVA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención generalmente se refiere a altavoces, y más particularmente se relaciona con altavoces que pretenden tener un patrón polar direccional a través de su margen de frecuencia de operación, que incluye bajas frecuencias .

El término "patrón polar" se refiere a la distribución de energía acústica a través del espacio generado por el altavoz, y se expresa típicamente en unidades de decibeles (dB) como la magnitud de presión de sonido en puntos sobre un círculo o esfera alrededor del altavoz con respecto a la presión de sonido en el eje (a cero grados, directamente enfrente del transductor) . A altas frecuencias en donde las longitudes de onda son pequeñas con respecto al diafragma del transductor, los altavoces naturalmente son direccionales y a menudo producen patrones polares direccionales descritos como " cardioides " . (Un patrón polar de cardioide verdadero puede mostrar un nivel de presión de sonido máximo en el eje enfrente del altavoz (cero grados) y una presión sin ningún sonido en el eje detrás del altavoz (180 grados) . Las variaciones de un patrón cardioide verdadero incluyen "hipercardioide" y " supercardioide " ) . Además, los patrones polares a frecuencias elevadas pueden ser fácilmente manipulados con guías de ondas (bocinas) . Sin embargo, a bajas frecuencias, en donde las longitudes de onda son más grandes que el diafragma del transductor, los altavoces tienden a generar patrones polares omni-direccionales . Extendiendo las características direccionales de un altavoz hacia abajo en márgenes de baja frecuencia presenta un desafío para los diseñadores de altavoces.

Un procedimiento conocido para producir características direccionales en altavoces a baja frecuencia es agregar transductores secundarios que se optimizan para cancelar la energía acústica creada por los transductores primarios del altavoz en una región deseada en el espacio. Tales cancelaciones resultan en un patrón polar direccional. Por ejemplo, se conoce que emplear dos transductores de baja frecuencia, uno de los cuales operan normalmente, y el otro en el cual se optimiza para cancelar la energía acústica producida por el primer radiador en la región detrás del altavoz, produciendo así un cardioide o un patrón polar cardioide cercano a baja frecuencia. Esto se logra al accionar el segundo radiador con una señal de polaridad invertida y de tiempo retardado que tiene una ecualización diferente que el primer radiador, de tal manera que los puntos deseados en el espacio de las contribuciones de los radiadores son iguales en magnitud y opuestas en polaridad. Similarmente, los patrones polares direccionales se han producido a partir del conjunto de más de un radiador al proporcionar un conjunto correspondiente de radiadores secundarios optimizados para cancelar selectivamente la energía acústica producida por el conjunto de radiadores primarios. Aunque tales procedimientos "activos" han probado ser efectivos, se requieren dos de los números de radiadores y amplificadores, así como también circuito de procesamiento de señales complicados. Son por lo tanto relativamente costosos de fabricar.

Otro procedimiento para lograr los patrones polares direccionales sobre un margen de amplia frecuencia se describe en la Patente Estadounidense 3,739,096. Aquí, un sistema de altavoz se describe en donde un recinto de altavoz se proporciona con cánulas cubiertas por un material de aislamiento acústico que funciona como un resistor acústico. En este procedimiento, las ranuras, las cuales efectivamente crean un conducto resonante dentro del recinto detrás del diafragma del transductor, permite la onda de presión acústica generada por la parte posterior del diafragma del transductor para propagar fuera del recinto, en donde puede combinarse con la energía acústica en la onda frontal que se refracta alrededor del recinto del altavoz. Para producir cancelaciones en tal procedimiento pasivo, la onda posterior que emerge desde el recinto de altavoz necesita ser retardada debido a las diferencias en la longitud de trayectoria de onda frontal y posterior en el punto de cancelación detrás del altavoz. Se conoce bien que amortiguar una oscilación introduce un retardo. Sin embargo, amortiguar también reduce la amplitud de la oscilación. De este modo, mientras que las lumbreras o ranuras de cierre de cubierta como se describe en la Patente Estadounidense 3,739,096 puede retardar la onda posterior un poco, tal procedimiento no es muy efectivo al producir altos grados de atenuación entre la parte frontal y la parte posterior del patrón polar del altavoz, logrando la mejor de una respuesta "sub-cardioide" en donde la cancelación en 180 grados es incompleta. Para lograr altos niveles de atenuación, y así un alto grado de direccionalidad, tal como ocurre en una respuesta hipercardioide o cardioide verdadera, la onda posterior sale de un recinto con lumbreras no sólo debe retardarse lo suficiente para invertir la polaridad en la región deseada de cancelación, debe tener una magnitud que sea sustancialmente poco atenuada con respecto a la magnitud de la onda frontal que se cancela.

La presente invención proporciona un altavoz que supera las desventajas de los procedimientos anteriores para lograr el control direccional de la energía acústica producida por el altavoz a bajas frecuencias. El altavoz de la invención elimina la complejidad y agrega costos de procedimientos activos para producir cancelaciones deseadas detrás del altavoz, y proporciona un procedimiento único y efectivo para producir patrones polares altamente direccionales con atenuaciones frontal y posterior elevadas de la energía acústica producida por el altavoz.

Brevemente, la presente invención proporciona un altavoz que logra pasivamente una respuesta polar direccional del altavoz a bajas frecuencias con un alto grado de atenuación entre la parte frontal y la parte posterior del altavoz. Se contempla que las atenuaciones en el orden de menos lOdB a 180 grados pueden lograrse en un altavoz hecho de acuerdo con la invención que tiene un solo transductor. Sin embargo, la invención no se limita a altavoces que tienen un solo transductor. Se contempla que los altavoces de acuerdo con la invención pueden incluir transductores de baja frecuencia adicional, y que la invención puede incorporarse en un sistema de altavoces que tenga transductores de alta frecuencia, por ejemplo, un conductor de alta frecuencia cargado en la bocina.

De acuerdo con la invención, el alto grado de atenuación de adelante hacia atrás se logra al proporcionar el altavoz con un recinto con lumbreras y llenando al menos una porción de la cámara interior del recinto con material de relleno acústico fibroso de baja densidad colocado detrás del transductor de altavoz de manera que esto se extienda sustancialmente y de preferencia completamente sobre las aberturas de lumbrera del recinto. El material de relleno acústico debe elegirse para tener propiedades acústicas particulares, principalmente: debe tener una característica de paso bajo, y debe tener una característica de pérdida baja en el margen de baja frecuencia deseado. Las aberturas con lumbreras de preferencia se cubren por una pantalla o pantallas acústicamente transparentes de pérdida baja. Tales pantallas contribuirán venta osamente a la supresión de la resonancia del recinto en la frecuencia resonante del recinto. Las pantallas de rejilla pueden adecuadamente fabricarse de un material de lámina de aluminio que tiene un soporte adhesivo (excepto las áreas de lumbrera) que permiten a las pantallas unirse a la superficie de las paredes laterales 23 del recinto.

Seleccionando un material de relleno para su uso en el recinto requiere seleccionar y experimentar con diferentes materiales fibrosos para determinar si tienen las propiedades acústicas peculiares necesarias para retardar la onda posterior que sale de las aberturas de lumbrera del recinto del altavoz a bajas frecuencias sin atenuación. Se ha descubierto que una cierta lana mineral exhibe las propiedades necesarias para el material de relleno.

Diversos aspectos de la invención serán aparentes para las personas con experiencia en la técnica a partir de la descripción de la modalidad ilustrada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1A es una vista en perspectiva gráfica de un altavoz de acuerdo con la invención, en donde un solo transductor se monta a un recinto con lumbreras .

La Figura IB es otra vista en perspectiva gráfica del mismo que muestra el altavoz con las pantallas sobre las aberturas de lumbrera o del recinto con lumbreras removidas .

La Figura 2 es una vista en elevación frontal del mismo .

La Figura 3A es una vista en corte del mismo tomada a lo largo de las líneas 3-3 en la Figura 2, que muestra el material de relleno acústico fibroso de baja densidad detrás del transductor del altavoz proporcionado en dos capas.

La Figura 3B es una vista en corte del mismo tomada a lo largo de la línea 3-3 en la Figura 2, que muestra el material de relleno acústico fibroso de baja densidad detrás del transductor del altavoz proporcionado en una sola capa.

La Figura 4 es un diagrama de circuito que muestra un circuito simplificado y áspero equivalente de los componentes del altavoz mostrados en la Figura 3.

La Figura 5 es una vista en perspectiva de una modalidad ejemplar del altavoz gráficamente ilustrado en las Figuras 1-3.

La Figura 6 es otra vista en perspectiva del mismo que muestra el altavoz con las pantallas sobre las aberturas con lumbrera o el recinto con lumbreras removidas .

La Figura 7 es una vista en elevación lateral del mismo con las paredes laterales del recinto removidas para propósitos ilustrativos.

La Figura 8 es una vista en elevación extrema del recinto del altavoz sin la pared posterior o las uniones de estructura que montan el transductor.

La Figura 9 es una vista en perspectiva superior de un bloque del material de relleno acústico fibroso de baja densidad utilizado en el recinto del altavoz.

La Figura 10 es una vista en perspectiva en despiece de otra modalidad ejemplar de un altavoz de acuerdo con la invención que tiene una configuración diferente para las aperturas con lumbreras en el recinto del altavoz.

La Figura 11 es una vista esquemática de un recinto de prueba ejemplar para evaluar el material de relleno acústico por el recinto con lumbreras ilustradas en las Figuras 3 y 7.

La Figura 12 es una vista en elevación lateral del bloque de la pantalla de material de relleno acústico fibroso de baja densidad vista en la Figura 9 que muestra un medio para aprisionar ventajosamente los materiales de relleno en la dirección longitudinal.

La Figura 13 es una vista en elevación frontal del mismo.

Con referencia a los dibujos, las Figuras 1A, IB, 2, 3A y 3B ilustran gráficamente un altavoz de acuerdo con la invención, en donde el altavoz 11 se muestra como incluyendo un solo transductor 13 en la forma de un radiador de cono que tiene un diafragma 15 y el ensamble 17 de base magnética. El transductor, que produce energía acústica desde una fuente de señal de audio eléctrica, se monta en el extremo 19 frontal de un recinto 21 que tiene paredes laterales 23 y una pared 25 posterior. El accionador de cono puede montarse al extremo frontal del recinto al montar directamente a los extremos de las paredes laterales del recinto, o pueden montarse a una pared de bafle frontal del recinto. Con un altavoz relativamente pequeño, el recinto 21 ventajosamente puede fabricarse a partir de una sola pieza de aluminio extruido maquinado. En la modalidad ilustrada, el recinto tiene una forma cuadrada alrededor de su eje longitudinal. Como resultado, las paredes laterales 23 del recinto tienen la misma anchura.

El recinto proporciona una cámara 27 acústica interna detrás del transductor 13, que contiene un volumen de aire. El transductor 13 debe construirse con una estructura abierta que expone la parte posterior de su diafragma 15 a esta cámara acústica interna. Esto permitirá a la onda posterior producirse por el diafragma del transductor para propagar en la cámara. Se nota que los componentes del sistema de altavoz pueden residir dentro de la cámara 27 interna, tal como un módulo 28 electrónico descrito en detalle adicional en lo siguiente.

El recinto 21 se sella sustancialmente, excepto para aberturas 29 de lumbrera. Las aberturas de lumbrera se localizan en las paredes laterales 23 del recinto, y se desplazan de preferencia detrás del transductor por una distancia aproximadamente igual al diámetro del diafragma de cono del transductor. Las Aberturas de lumbreras se proporcionan preferiblemente en cada lado del recinto. En donde más de una abertura de lumbrera se proporciona por lado, como se ilustra en las Figuras 1A y 6 , en donde preferiblemente será de un número igual de lumbreras abiertas por lado. En cualquier caso, las aberturas de lumbrera se configuran preferiblemente para proporcionar una distribución simétrica de las lumbreras alrededor del recinto.

Como se observa en la Figura 1, las lumbreras en cada lado del recinto se cubren de preferencia por pantallas 31 con rejilla que pueden ser mallas o rejillas. La función principal de las pantallas con rejilla es proteger el interior del recinto de la entrada de un objeto no deseado. Sin embargo, debido a que también funcionará como un resistor acústico, puede también ayudar a amortiguar la resonancia del recinto. Las pantallas con rejilla de preferencia se diseñan para introducir una cantidad mínima de pérdida cuando la energía acústica pasa a través de las pantallas. El área abierta total presentada por las lumbreras a través de las perforaciones de pantalla, y consiguiente, el tamaño de las aberturas de lumbrera, es un factor importante en lograr la respuesta polar cardioide con un alto grado de atenuación entre la parte frontal y la parte posterior del altavoz. Como se discute además en lo siguiente, el tamaño de las aberturas de las lumbreras para lograr una respuesta polar aceptable se determina empíricamente.

El sistema de altavoz de la invención logra atenuación significativa de la energía acústica dirigida detrás del altavoz al utilizar más efectivamente la onda posterior para cancelar la onda frontal en una región en el espacio detrás del altavoz. Para lograr estas cancelaciones deseadas, una demora de tiempo es necesario para compensar la diferencia en el tiempo de viaje entre la onda frontal, que difracta alrededor del recinto, y de la onda posterior, que sale de la abertura 29 de lumbrera. Debido a que la onda posterior viaja una trayectoria más directa más corta, a la región detrás del altavoz, debe retardarse sin atenuación significativa con el fin de mantener la misma magnitud y la polaridad opuesta desde la onda frontal y en el punto deseado de cancelación.

De acuerdo con la invención, una demora de pérdida baja, requerida para lograr la alta atenuación de adelante hacia atrás en el patrón polar del altavoz a bajas frecuencias, se logra únicamente al insertar un material de relleno acústico fibroso de baja densidad, indicado por el número 33 en la Figura 3A y 3B, en la cámara 27 acústica del altavoz detrás del transductor 13. Se descubrirá que un material de relleno fibroso de baja densidad apropiadamente elegido puede producir efectivamente la demora requerida en la onda posterior sin pérdida. Para producir demora sin pérdida a bajas frecuencias, el material de relleno debe tener una función de transferencia de paso bajo y baja pérdida acústica en su banda de paso de baja frecuencia. El material de relleno acústico se selecciona de preferencia que exhiba las siguientes características: • La atenuación de baja frecuencia máxima a través del material no excede -2dB, y • el material exhibe una función de transferencia que se aproxima a un primer orden de filtro de paso bajo con una frecuencia de esquina de aproximadamente 700 Hz, con una magnitud atenuada y cambio de fase negativa (retraso) con frecuencia en incremento.

El material de relleno acústico de preferencia llena una porción sustancial de la cámara 27 acústica interior del recinto 21, y de preferencia llena la totalidad de la cámara entre la parte posterior del transductor 13 y una ubicación que permite el material de relleno para cubrir al menos sustancialmente y, de preferencia, cubrir completamente las aberturas 29 de lumbrera. Evitar los espacios de aire entre el material de relleno y las paredes laterales del recinto se consideran importantes para la efectividad del material de relleno, cuando los espacios de aire sean probables que permitan que parte de la energía acústica se desvíe del material de relleno y comprometa las cancelaciones resultantes.

Se ha encontrado que proporcionar un bloque de espesor de tres pulgadas de Lana Mineral Roxul AFB en un recinto de cuatro pulgadas cuadradas detrás de un transductor que tiene un diámetro de 3.25 pulgadas, cumple con los requisitos anteriores. Como se muestra en la Figura 3A, de espesor de tres pulgadas de lana mineral puede crearse por dos capas de espalda con espalda de 3.81 centímetros (1.5 pulgadas) indicadas por 33a y 33b. También debe crearse por un número más alto de capas más delgadas. Sin embargo, se encuentra que una sola capa produce los resultados más consistentes en términos de la respuesta polar deseada. Al utilizar una sola capa, las interconexiones entre las capas que pueden producir reflexiones en ciertas frecuencias se eliminan .

Se debe observar que no todos los materiales fibrosos de baja densidad tendrán las características necesarias para lograr los objetos de la invención. Como se discute en mayor detalle en lo siguiente, la determinación de si un material fibroso de baja densidad particular cumplirá los requerimientos necesarios de paso bajo y de pérdida baja puede determinarse empíricamente por una evaluación de la función de transferencia acústica del material propuesto.

El equivalente de circuito de paso bajo del altavoz ilustrado y descrito en lo anterior, se muestra en la Figura 4, en donde el transductor 13 se representa como una fuente de S de señal, el recinto 21 se representa por un capacitor C paralelo, el material 33 de relleno acústico fibroso de baja densidad que tiene las características descritas en lo anterior se representa como los resistores Ri en serie, las lumbreras 29 del recinto se representan como un inductor L en serie, y la pantalla 31 sobre las aberturas de lumbrera se representa como un resistor R2 en serie. Similar a un filtro de paso bajo eléctrico como se muestra en la Figura 4, el cual demora la señal de la fuente S de señal como esto pasa a las terminales T de salida del filtro, el filtro de paso bajo físico proporcionado por los componentes indicados en lo anterior del altavoz 11 demora las ondas de presión acústica de baja frecuencia que pasan a través del material de relleno fibroso y las aberturas de lumbreras sin atenuar la onda posterior. Con la demora necesaria realizada por un material de relleno fibroso de baja densidad adecuado, la demora introducida por las pantallas 31, que cubren las aberturas 29 de lumbrera, deben minimizarse para evitar la demora excesiva. Las pantallas son preferible y acústicamente transparentes, sin pérdida acústica que se introduce por las pantallas .

Se nota además que las características de filtro de paso bajo del material 33 de relleno acústico significa que la energía de alta frecuencia se filtra de la onda posterior. Sin embargo, debido a que el altavoz se vuelve direccional a altas frecuencias, la cancelación de energía acústica detrás del altavoz a altas frecuencias es innecesaria. De hecho, esta característica del material de relleno proporciona varias ventajas. Primero, la eliminación sustancial de la energía de alta frecuencia en la onda posterior eliminará sustancialmente el efecto perjudicial que tal energía podría tener en los patrones polares totales. En segundo, el material de relleno acústico también sirve para amortiguar sustancialmente la resonancia del recinto. Sin este efecto de amortiguamiento, la onda posterior podría excitar la resonancia del recinto, que resulta en una energía acústica en exceso en aquella frecuencia resonante. Esta energía en exceso podría abrumar la onda frontal y evitar la cancelación posterior de la frecuencia resonante. Finalmente, el material de relleno acústico puede utilizarse para reducir el área de sección transversal del cierre a aproximadamente la misma área como el diafragma del transductor. Al mantener el área aproximadamente igual que aquella del diafragma del transductor, se ha encontrado que la atenuación de la onda de retroceso conforme sale del recinto puede mantenerse a menos de un dB.

Las Figuras 5-9 muestran una implementación física del sistema de altavoz representado gráficamente en las Figuras 1, 2, 3A y 3B, en donde el transductor 13 tiene una estructura 35 de montaje cuadrado sujetado al extremo 19 frontal del recinto 21 por medio de tornillos 37 de esquina, cuyos tornillos en los canales 42 de tornillos en las salientes 40 de esquina formadas en el interior de las esquinas de las paredes laterales 23 del recinto se muestran en la Figura 8. La Figura 9 muestra un bloque de corte de matriz de un material 33 de relleno fibroso de baja densidad acústicamente apropiado, tal como un bloque de espesor de 3 pulgadas de Lana Mineral Roxul AFB. Se observa que el bloque 33 de perímetro se conforma a la forma en sección transversal interna del recinto 21 de altavoz, que incluye la provisión de muescas 34 de corte de esquina que se ajusta sobre las salientes 40 de esquina interna del recinto. El bloque de material de relleno se inserta en el recinto 21 detrás del transductor y la estructura de montaje del transductor y de preferencia llenará el recinto desde la parte posterior del ensamble 17 magnético del transductor en una ubicación detrás de la abertura 29 de lumbrera Como se observa mejor en la Figura 7, la pared 25 posterior del recinto soporta el módulo 28 electrónico interno, así como también las aletas 39 de radiación de calor externo y los conectores 41 eléctricos. Las aberturas 29 de lumbrera se distribuyen preferiblemente alrededor de las paredes laterales 23 del recinto en una distancia detrás del diafragma del radiador aproximadamente igual al diámetro del transductor. Las Pantallas 31 se ve que se insertan en las áreas 30 de rebajo alargados en las paredes que rodean las aberturas de lumbrera. Cada una de las pantallas con rejilla puede fabricarse adecuadamente a partir de lámina de aluminio en la forma de placas de pantalla que tienen una configuración que conforma a las áreas 30 rebajadas. Puede proporcionarse un respaldo adhesivo en la parte posterior de las placas de pantalla (excepto en el área de las aberturas de lumbreras) para permitir a las pantallas asegurarse en los rebajos del recinto.

El área de abertura total de las aberturas 29 de lumbrera como se restringe por las pantallas 31 perforadas tiene un efecto sustancial en la respuesta polar del altavoz. De esta manera, la dimensión de las lumbreras es importante para lograr el funcionamiento cardioide aceptable. Un diseño de abertura de lumbrera que logra una respuesta polar cardioide aceptable puede determinarse empíricamente por ensayo y error. Por ejemplo, en el caso de un altavoz que tiene tres aberturas de lumbreras circulares, como se muestra en las Figuras IB y 6, un recinto 21 de diez punto dieciséis centímetros por diez punto dieciséis centímetros (cuatro pulgadas por cuatro pulgadas) de ancho, el recinto llenado con dos capas de espesor de 3.81 cm (1 1/2 pulgada) de Lana Mineral Roxul AFB, y un transductor que tiene un diámetro de diafragma del transductor de 8.255 m (3.25 pulgadas), se ha encontrado que los siguientes atributos de las aberturas de lumbrera y pantalla producen una respuesta polar cardioide aceptable a bajas frecuencias: • el área total de las lumbreras por lado es 8.54837 cm2 (1.325 pulgadas cuadradas), para un total de 34.19348 cm2 (5.3 pulgadas cuadradas) para los cuatro lados; • las placas de pantalla se fabrican de material de lámina de aluminio que tiene un espesor de 0.127 cm (0.05 pulgadas y una perforación de área abierta de aproximadamente 19%, que resulta en un área abierta total a través de las perforaciones para los cuatro lados del recinto de altavoz de aproximadamente 6.496761 cm2 (1.007 pulgadas cuadradas).

Como se indica adicionalmente en lo siguiente, se entenderá que diferentes materiales de pantalla y tamaños de abertura de lumbrera y configuraciones pueden utilizarse, se proporcionan que no se degraden inaceptablemente los patrones polares deseados y la respuesta de baja frecuencia del altavoz.

Como se notó anteriormente, la invención contempla la posibilidad de utilizar más de un transductor. Cuando varios transductores de diferentes tamaños se utilizan, se contempla que el transductor más grande dictará el espacio entre los transductores y las lumbreras del recinto. En tal caso, también se contempla que el área abierta combinada total de las lumbreras se dictará por el área superficial de la porción radiante del transductor más grande. Como en las modalidades ilustradas, el tamaño de las lumbreras requeridas para lograr una respuesta polar aceptable puede determinarse empíricamente .

El recinto 21 de altavoz mostrado en las Figuras 5-8 también se ve que incluye hardware montado adecuado, tal como el conector 43 de poste ilustrado (que se proyecta en el recinto como se muestra en la Figura 8), y una rejilla 36 acústicamente transparente para cubrir el diafragma del transductor 13. El bloque de material 33 fibroso puede extenderse adecuadamente desde la parte posterior del transductor hasta los conectores de poste que proyectan internamente.

El módulo 28 electrónico en la parte posterior de la cámara 27 interna del recinto es adecuadamente un empaque electrónico integrado que contiene un amplificador y circuitería que procesa a la señal . El paquete electrónico de preferencia acepta una señal de audio balanceada a través del conector 41 desde un mezclador de audio o de otra fuente, que puede ser modificado y procesarse como siguiente: • Las frecuencias fuera del margen de funcionamiento pretendido del altavoz (por ejemplo, frecuencias o un desplazamiento de CD) se filtran.

• La respuesta de frecuencia del compuesto se configura para compensar las variaciones de respuesta del accionador y el recinto, que resultan en una respuesta total generalmente plana dentro del margen de operación pretendido.

« La amplitud de pico de la señal se limita con una constante de tiempo rápido para minimizar el recorte del amplificador, que resulta en una distorsión armónica incrementada .

• El voltaje de RMS de la señal se limita con una constante de tiempo lenta para proteger al transductor del daño debido al sobrecalentamiento.

• La señal se amplifica por una etapa de amplificador de energía capaz de accionar el transductor de impedancia relativamente baja.

Cuando la invención se representa como un sistema de altavoz miniatura en donde la eficiencia es esencial para producir niveles de presión de sonido adecuado, la etapa del amplificador puede venta osamente implementarse utilizando tecnología de amplificador de Clase D (modulación de ancho de pulso) .

La Figura 10 muestra una alternativa a la modalidad del sistema de altavoz antes descrito, en donde, en lugar de tener aberturas múltiples, cada una de las paredes laterales 23 del recinto 21 tiene una sola abertura 36 de lumbrera alargada que preferiblemente tiene extremos 38 redondeados para formar una lumbrera en forma de pista de carreras alargado. (Los extremos redondeados evitan las refracciones indeseables que pueden ocurrir alrededor de la superficie de esquina cuadrada) . Esta configuración abierta de lumbrera incrementa el área total de las aberturas de lumbrera, cuando se compara con las modalidades descritas previamente y se ha encontrado que mejoran el patrón polar cardioide de baja frecuencia del altavoz.

Por ejemplo, en el caso de un altavoz que tiene una abertura de lumbrera en forma de pista de carrera como se muestra en la Figura 10, un recinto 21 de diez punto dieciséis centímetros por diez punto dieciséis centímetros (cuatro pulgadas por cuatro pulgadas) de ancho llenado con un bloque de 7.62 cm (3 pulgadas) de Lana Mineral Roxul AFB, y un transductor que tiene un diámetro del diafragma del transductor de 8.255 cm (3.25 pulgadas), se ha encontrado que los siguientes atributos de las aberturas de las lumbreras y las placas de pantalla producen una respuesta polar cardioide mejorada en la baja frecuencia cuando se compara con la configuración de tres lumbreras por lumbrera lateral mostrada en las Figuras 1 y 6: • el área total de cada lumbrera por lado es 15.7419 cm2 (2.44 pulgadas cuadradas) para un total de 62.86762 cm2 (9.76 pulgadas cuadradas) para los cuatro lados del recinto; • las placas 21 de pantalla se fabrican de material de lámina de aluminio que tienen un espesor de 0.127 cm (0.05 pulgadas) y un área abierta de perforación de aproximadamente 19%, que resulta en un área abierta total a través de la perforación para los cuatro lados del recinto del altavoz de aproximadamente 11.93546 cm2 (1.85 pulgadas cuadradas).

Similar a las modalidades descritas en lo anterior, las aberturas 36 de lumbrera en forma de pista de carreras mostrada en la Figura 10 se distribuyen alrededor de las paredes laterales 23 del recinto del altavoz preferiblemente en una distancia detrás del diafragma del transductor que aproximadamente es igual al diámetro del diafragma. Las pantallas 31 (no mostradas en la Figura 10) se insertan en las áreas 30 de rebajo alargado en las paredes laterales para cubrir las aberturas de lumbrera, y sirve para las funciones antes descritas.

Evaluación de Material de Relleno Para determinar si un material fibroso en particular cumple con los requerimientos para el material de relleno del altavoz 33 (que exhibe una característica de filtración de paso bajo con bajas pérdidas en el paso de banda) la función de transferencia acústica del material candidato debe determinarse. Con referencia a la Figura 11, las mediciones requeridas para determinar una función de transferencia de material puede hacerse utilizando un recinto 45 de prueba que tiene un recinto 47 exterior, un recinto 49 sellado interior, y un transductor 51 montado en la parte frontal del recinto interior. El recinto sellado interior y el radiador pueden ser adecuadamente un altavoz existente mantenido dentro del recinto exterior. Para proporcionar aislamiento acústico alrededor del altavoz, el recinto exterior puede llenarse con un material 52 de espuma aislante adecuado .

El recinto de prueba se ve que tiene una abertura 53 frontal a través de la cual las ondas de sonido producidas por el transductor 51 pueden propagarse. Esta abertura se proporciona por una estructura 55 que mantiene el material de muestra en la parte frontal del recinto exterior, que físicamente mantiene el material de muestra para medirse (indicado por el número 57) en la parte frontal del transductor 51. La abertura en la estructura que mantiene la muestra se forma para mantener firmemente las muestras de material sin espacios entre la estructura de sujeción y las muestras de material. Por ejemplo, la estructura de sujeción puede adecuadamente ser un anillo cuadrado que tiene una abertura cuadrada para mantener una pieza cuadrada de material. La abertura es preferiblemente similar en tamaño o ligeramente más grande que el diafragma del transductor y, preferiblemente, tiene una profundidad que permite las muestras de material para adaptar completamente dentro del anillo de sujeción. Al rodear la muestra completa, el anillo de sujeción prevendrá la energía acústica producida por el transductor de la propagación fuera de los lados de la muestra, y de este modo de comprometer la medición.

Para evaluar una muestra de material utilizando el recinto 45 de prueba, la función de transferencia del recinto de prueba sin una muestra de material primero debe medirse. La muestra 57 de material entonces se coloca en las aberturas 53 de la estructura 55 que sujeta la muestra del recinto de prueba, y la función de transferencia combinada del recinto de prueba con la muestra medida. Las mediciones de la función de transferencia pueden hacerse utilizando un micrófono 59 colocado en el eje en un metro enfrente del recinto de prueba. El micrófono 59 se conecta a un analizador de sonido, tal como el analizador de sonido SIM 3 comercialmente disponible fabricado por eyer Sound Laboratories, Incorporated, que determina las funciones de transferencia.

Utilizando las funciones de transferencia medidas, la función de transferencia de la muestra del material puede determinarse. Si la función de transferencia del recinto de prueba sin el material de muestra se indica H(s), y la función de transferencia del recinto de prueba con el material de muestra se indica G(s), entonces G(s)=H(s) *M(s) (1) donde M(s) es la función de transferencia de la muestra de material. Para determinar M(s) , la segunda medida se normaliza en la primera medida: M(s)=G(s) *H(s) (2) Cuando G(s) y H(s) son vectores de respuesta de frecuencia complejos, este proceso se realiza numéricamente al dividir los dos factores como se muestra en la ecuación (2) . Las funciones de transferencia M(s)n de una recolección de n materiales candidatos puede ahora analizarse para identificar cuáles candidatos son probables de realizar bien en un altavoz cardioide pasivo.

Aprisionamiento de Material de Relleno Como se describe previamente, el material de relleno fibroso seleccionado puede cortarse en un bloque de material 33 que se adapta dentro del recinto 21 de altavoz sin espacios sustanciales entre el material de relleno y las paredes laterales 23 del recinto. Se ha descubierto que la atenuación de adelante hacia atrás en la respuesta polar puede mejorar poco al comprimir el material relleno en la dirección longitudinal sin obstruir la trayectoria acústica a través del material .

Los medios para comprimir el material de relleno en la dirección longitudinal se muestran en las Figuras 12 y 13. En estas figuras, el bloque de material 33 de relleno que tiene muescas 34 de esquina se aprisionan en la dirección longitudinal por pantallas 61 de aprisionamiento opuestas --pantallas adecuadamente de metal-- que se mantienen contra las superficies 62 opuestas del bloque de material de relleno por un perno 63. El perno de preferencia se extiende a través del centro del material y puede asegurarse adecuadamente por la tuerca 65, que puede apretarse para lograr un grado adecuado de compresión del material de relleno. El grado de compresión necesario para lograr las mejoras óptimas en la atenuación de adelante hacia atrás en la respuesta polar del altavoz puede determinarse empíricamente.

Las pantallas 61 de preferencia cubren la mayoría de las superficies 62 el bloque 33 de material fibroso para proporcionar compresión uniforme a través del bloque de material. También presentan preferiblemente resistencia mínima a las ondas de presión acústica que deben pasar a través del mismo, una característica que puede obtenerse al asegurar un gran porcentaje del área abierta. Se cree que las pantallas que tienen un porcentaje de área abierta de al menos aproximadamente 40% a 50% podrían requerirse para lograr resultados adecuados, sin embargo, porcentajes inferiores pueden ser posibles. Las pantallas adecuadas pueden seleccionarse empíricamente al probar diferentes materiales de pantalla comercialmente disponibles.

Aunque la presente invención se ha descrito en detalle considerable en la especificación anterior y los dibujos anexos, se entenderá que no se pretende que la invención se limite a tales detalles, a menos que se indique expresamente. Otras modalidades de la invención no descritas expresamente en la presente pueden ser fácilmente aparentes para aquellos con experiencia en la técnica de esta descripción .

Claims (24)

REIVINDICACIONES

1. Un altavoz con control direccional pasivo a frecuencias bajas, caracterizado porque comprende: un recinto que tiene una parte frontal, una parte posterior y paredes laterales, un transductor montado en la parte frontal del recinto, el transductor que tiene un diafragma para producir energía acústica a partir de una señal de audio eléctrica, la energía acústica siendo producida como ondas frontales y ondas posteriores, una cámara acústica en el recinto detrás del transductor para recibir ondas posteriores producidas por el transductor, por lo menos una abertura de lumbrera en tal recinto a través de la cual la energía acústica en la cámara acústica producida por el transductor puede salir del recinto, y un material de relleno acústico en la cámara acústica que sustancialmente llena la totalidad de la cámara acústica interna del recinto entre las paredes laterales de la misma y que se extiende desde alrededor del transductor para una distancia que sustancialmente cubre al menos una abertura de lumbrera, el material de relleno acústico que tiene una función de transferencia de paso bajo, pérdida baja, en donde las ondas posteriores introducidas en la cámara acústica por la demora de experiencia del transductor a bajas frecuencias con atenuación mínima antes de que salga del recinto a través de por lo menos una abertura de lumbrera .

2. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las aberturas de lumbrera se proporcionan en al menos una pared lateral del recinto.

3. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una abertura de lumbrera se proporciona en cada pared lateral del recinto.

4. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una sola abertura de lumbrera se proporciona en cada pared lateral del recinto.

5. El altavoz de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la abertura de lumbrera tiene una forma de pista de carreras alargada.

6. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el altavoz tiene una característica de respuesta polar, y en donde el área total de la abertura de lumbrera se selecciona empíricamente para lograr un alto grado de atenuación en la respuesta polar en la parte posterior del altavoz.

7. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de relleno acústico es un material fibroso de baja densidad que tiene una función de transferencia de paso bajo, pérdida baja.

8. El altavoz de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el material fibroso de baja densidad es una lana mineral que tiene una función de transferencia de paso bajo, pérdida baja.

9. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de relleno acústico se extiende desde el transductor hasta cubrir por lo menos sustancialmente al menos una abertura de lumbrera en el recinto.

10. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de relleno acústico tiene una atenuación de baja frecuencia máxima a través del material no mayor de aproximadamente -2dB.

11. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la función de transferencia del material de relleno se aproxima a un primer filtro de paso bajo de orden que tiene una frecuencia de esquina de aproximadamente 700Hz.

12. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la función de transferencia del material de relleno exhibe magnitud atenuada y cambio de fase negativa con frecuencia incrementada.

13. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos una abertura de lumbrera se cubre por un elemento de pantalla sustancial y acústicamente transparente.

14. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de relleno acústico se aprisiona en la dirección longitudinal en el recinto para comprimir el material de relleno acústico en la dirección longitudinal .

15. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de relleno acústico se proporciona en un solo bloque de material de relleno acústico .

16. El altavoz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos una abertura de lumbrera se cubre por una pantalla de rejilla que proporciona una resistencia acústica en la abertura de lumbrera.

17. Un altavoz con control direccional pasivo a frecuencias bajas, caracterizado porque comprende: un recinto que tiene una parte frontal, una parte posterior y paredes laterales, un transductor montado en la parte frontal del recinto, el transductor que tiene un diafragma para producir energía acústica a partir de una señal de audio eléctrica, la energía acústica siendo producida como ondas frontales y ondas posteriores, una cámara acústica en el recinto detrás del transductor para recibir ondas posteriores producidas por el transductor, por lo menos una abertura de lumbrera en cada una de las paredes laterales del recinto a través de la cual la energía acústica en la cámara acústica producida por el transductor puede salir del recinto, una pantalla de rejilla que cubre cada una de las aberturas de lumbrera, las pantallas de rejilla que proporcionan una resistencia acústica de pérdida baja en cada abertura de lumbrera, y un material de relleno acústico en la cámara acústica, el material de relleno acústico que tiene una función de transferencia de paso bajo, pérdida baja, en donde las ondas posteriores introducidas en la cámara acústica por la demora de experiencia del transductor con atenuación mínima antes de que salga del recinto a través de por lo menos una abertura de lumbrera, . el material de relleno acústico sustancialmente llena la totalidad de la cámara acústica interna del recinto entre las paredes laterales de la misma y que se extiende desde alrededor del transductor para una distancia que sustancialmente cubre una abertura de lumbrera .

18. El altavoz de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque las aberturas de lumbrera se colocan detrás del transductor por una distancia aproximadamente igual al diámetro del diafragma del cono del transductor.

19. El altavoz de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque las aberturas de lumbrera se configuran para proporcionar una distribución simétrica de lumbreras alrededor del recinto.

20. El altavoz de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque las aberturas de lumbrera únicas alargadas se proporcionan en cada pared lateral del recinto.

21. El altavoz de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la lumbrera única tiene extremos redondeados.

22. Un altavoz con control direccional pasivo a frecuencias bajas, caracterizado porque comprende: un recinto que tiene una parte frontal, una parte posterior y paredes laterales, un transductor montado en la parte frontal del recinto, el transductor que tiene un diafragma para producir energía acústica a partir de una señal de audio eléctrica, la energía acústica siendo producida como ondas frontales y ondas posteriores, una cámara acústica en el recinto detrás del transductor para recibir ondas posteriores producidas por el transductor, por lo menos una abertura de lumbrera en cada una de las paredes laterales del recinto a través de la cual la energía acústica en la cámara acústica producida por el transductor puede salir del recinto, un medio para proporcionar una resistencia acústica de pérdida baja en cada abertura de lumbrera, y un material de relleno acústico en la cámara acústica que sustancialmente llena la totalidad de la cámara acústica interna del recinto entre las paredes laterales del mismo y que se extienden desde alrededor del transductor a una distancia que sustancialmente cubre por lo menos una abertura de lumbrera, y que tiene una atenuación de baja frecuencia máxima a través del material no mayor de aproximadamente -2dB, y una función de transferencia que se aproxima a un filtro de paso bajo de primer orden que tiene una frecuencia de esquina de aproximadamente 700Hz.

23. El altavoz de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el material de relleno acústico se aprisiona en la dirección longitudinal en el recinto sustancialmente desde una pared lateral del recinto a otra para comprimir sustancialmente la totalidad del material de relleno acústico en la dirección longitudinal.

24. El altavoz de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el material de relleno acústico se proporciona en un bloque único de material de relleno acústico .