RU2201044C2 - Acoustic system - Google Patents
Acoustic system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2201044C2 RU2201044C2 RU2001101191A RU2001101191A RU2201044C2 RU 2201044 C2 RU2201044 C2 RU 2201044C2 RU 2001101191 A RU2001101191 A RU 2001101191A RU 2001101191 A RU2001101191 A RU 2001101191A RU 2201044 C2 RU2201044 C2 RU 2201044C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- horn
- acoustic
- loudspeaker
- sound
- speaker
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электроакустики. Как широкополосная акустическая система и как сабвуфер (subwoofer) устройство может быть использовано в бытовой и профессиональной звуковоспроизводящей технике, в частности для высококачественного воспроизведения музыкальных произведений. The invention relates to the field of electroacoustics. As a broadband speaker system and as a subwoofer, the device can be used in household and professional sound reproducing equipment, in particular for high-quality reproduction of musical works.
Одной из центральных задач современной электроакустики является создание относительно малогабаритных и небольших по весу акустических систем, обеспечивающих качественное воспроизведение звука, в том числе и в области низких частот. Уменьшение габаритов и улучшение характеристик акустической системы на низких частотах являются двумя взаимно исключающими друг друга тенденциями. One of the central tasks of modern electroacoustics is the creation of relatively small-sized and light-weight acoustic systems that provide high-quality sound reproduction, including in the low-frequency region. Downsizing and improving the performance of the acoustic system at low frequencies are two mutually exclusive trends.
Решающим фактором улучшения характеристик малогабаритных акустических систем на низких частотах является выбор оптимального типа акустического оформления, основанного на использовании одного из следующих компонентов или их комбинаций: фазоинвертера; дополнительного пассивного излучателя; акустического лабиринта; акустического фильтра нижних частот (см., например, Радиовещание и акустика, под редакцией Ю.А.Ковалгина. - Радио и связь, 1998). The decisive factor in improving the performance of small-sized acoustic systems at low frequencies is the choice of the optimal type of acoustic design based on the use of one of the following components or their combinations: phase inverter; additional passive emitter; acoustic labyrinth; acoustic low-pass filter (see, for example, Broadcasting and acoustics, edited by Yu.A. Kovalgin. - Radio and communications, 1998).
В настоящее время известно несколько десятков конструкций акустических систем с фазоинвертером (см., например, патент США US 05696357: "Bass-reflex loudspeaker" - "Громкоговоритель с отражением басов"). Известное устройство содержит акустический ящик, в который установлено два трубчатых резонатора, выполняющих роль фазоинвертеров на двух разных частотах. Звуковые волны, излучаемые задней стороной диффузора низкочастотного громкоговорителя, находятся в противофазе по отношению к волнам, излучаемым передней стороной диффузора. Фазоинвертер включают таким образом, чтобы через него проходили звуковые волны, излучаемые тыловой стороной диффузора. Назначение фазоинвертера, образованного внутренним объемом корпуса акустической системы и двумя резонаторами, заключается в том, чтобы на низких частотах воспроизведения звука в пространственном секторе прослушивания акустической системы сделать приблизительно синфазными между собой звуковые волны, излучаемые тыловой и фронтальной частями диффузора громкоговорителя. Это приводит к усилению звукового давления на низких частотах. Currently, there are several dozen designs of bass-reflex speaker systems (see, for example, US patent US 05696357: "Bass-reflex loudspeaker" - "Loudspeaker with bass reflection"). The known device contains an acoustic box in which two tubular resonators are installed, which act as phase inverters at two different frequencies. Sound waves emitted from the rear side of the woofer cone are out of phase with respect to waves emitted from the front side of the cone. The phase inverter is turned on in such a way that sound waves emitted from the rear side of the diffuser pass through it. The purpose of the phase inverter, which is formed by the internal volume of the speaker system body and two resonators, is to make sound waves emitted from the rear and front parts of the speaker cone approximately in phase at low frequencies of sound reproduction in the spatial sector of listening to the speaker system. This leads to increased sound pressure at low frequencies.
Основными недостатками известного устройства является относительно большой объем корпуса, эффект "бубнения" на низких частотах, быстрый спад амплитудно-частотной характеристики звукового давления на низких частотах за пределами рабочего диапазона акустической системы, "органная" стилизованность звучания басов на частотах настройки фазоинвертеров, акустический шум воздушных потоков в трубах фазоинвертеров. The main disadvantages of the known device are the relatively large volume of the case, the effect of “mumbling” at low frequencies, the rapid decline in the amplitude-frequency characteristics of sound pressure at low frequencies outside the operating range of the speaker system, the “organ” stylization of bass sound at the frequencies of the bass reflex tuners, the acoustic noise of airborne flows in pipes of phase inverters.
Наиболее близкой к заявляемому устройству служит акустическая система по патенту США US 04930596 "Loudspeaker system". Известное устройство содержит громкоговоритель, установленный в предрупорном корпусе закрытого типа. Фронтальная часть диффузора громкоговорителя служит излучателем первичного акустического сигнала. В задней части предрупорного корпуса имеется отверстие, к которому плотно подсоединен акустический волновод, выполненный в виде тонкой трубы. Для обеспечения одномодового режима работы волновода диаметр трубы выбран намного меньшим ее длины. Другой конец акустического волновода подсоединен ко входу акустического рупора, выполненного в виде объемной плавно расширяющейся фигуры с круглым сечением, например, в форме усеченного конуса или с экспоненциальным продольным профилем. Длина трубы L акустического волновода выбрана приблизительно равной половине длины волны, соответствующей нижней граничной частоте fL АЧХ акустической системы. В связи с этим излучаемый тыловой частью громкоговорителя акустический сигнал, частота fL которого близка к нижней граничной частоте устройства, при прохождении через акустический волновод и акустический рупор испытывает задержку по фазе приблизительно на 180o. Поэтому на частоте fL излучаемые фронтальной частью громкоговорителя звуковые волны синфазны звуковым волнам, излучаемым рупором. Все это обеспечивает улучшение АЧХ акустической системы в области низких частот.Closest to the claimed device is an acoustic system according to US patent US 04930596 "Loudspeaker system". The known device contains a loudspeaker installed in a pre-hull enclosure of the closed type. The front part of the loudspeaker cone serves as the emitter of the primary acoustic signal. In the rear part of the pre-corpus casing there is an opening to which an acoustic waveguide made in the form of a thin tube is tightly connected. To ensure a single-mode mode of operation of the waveguide, the diameter of the pipe is chosen to be much smaller than its length. The other end of the acoustic waveguide is connected to the input of the acoustic horn, made in the form of a three-dimensional smoothly expanding figure with a circular cross section, for example, in the form of a truncated cone or with an exponential longitudinal profile. The length of the pipe L of the acoustic waveguide is chosen approximately equal to half the wavelength corresponding to the lower boundary frequency f L of the frequency response of the speaker system. In this regard, the acoustic signal emitted from the rear of the loudspeaker, the frequency f L of which is close to the lower cut-off frequency of the device, experiences a phase delay of approximately 180 ° when passing through the acoustic waveguide and the acoustic horn. Therefore, at a frequency f L, the sound waves emitted by the front of the loudspeaker are in phase with the sound waves emitted by the speaker. All this provides an improvement in the frequency response of the speaker system at low frequencies.
Остановимся на основных недостатках известного устройства. Let us dwell on the main disadvantages of the known device.
К первому недостатку известной акустической системы можно отнести относительно большую длину L трубы волновода, достигающую нескольких метров. В связи с этим для уменьшения линейных размеров известного устройства волновод приходится изготавливать в виде изогнутой трубы (лабиринта). Наличие изгибов приводит к усложнению конструкции и технологии изготовления устройства, к появлению дополнительного шума воздушного потока и отраженных акустических волн. The first disadvantage of the known acoustic system can be attributed to the relatively large length L of the waveguide tube, reaching several meters. In this regard, to reduce the linear dimensions of the known device, the waveguide has to be made in the form of a curved pipe (labyrinth). The presence of bends leads to a complication of the design and manufacturing technology of the device, to the appearance of additional noise of the air flow and reflected acoustic waves.
Ко второму недостатку отнесем трудность правильного расчета длины трубы волновода. Действительно, в реальных условиях с известной долей приближения воздушную среду в трубе можно рассматривать в качестве колебательной системы как с сосредоточенными, так и с распределенными параметрами. В первом случае воздух в трубе, имеющей поперечное сечение S, рассматривается как несжимаемая среда, колебания которой происходят за счет упругих сил со стороны воздушного объема V, сосредоточенного внутри корпуса акустической системы. Резонанс достигается для звуковых колебаний, длина волны которых Если π2V/S>L, то в зависимости от величины V/S длина трубы может оказаться в несколько раз меньшей, чем половина длины волны, соответствующей резонансной частоте.The second drawback is the difficulty of correctly calculating the length of the waveguide tube. Indeed, under real conditions with a certain degree of approximation, the air in the pipe can be considered as an oscillating system with both concentrated and distributed parameters. In the first case, the air in the pipe having a cross section S is considered as an incompressible medium, the oscillations of which occur due to elastic forces from the side of the air volume V concentrated inside the speaker housing. Resonance is achieved for sound waves whose wavelength If π 2 V / S> L, then, depending on the value of V / S, the length of the pipe can be several times smaller than half the wavelength corresponding to the resonant frequency.
Во случае рассмотрения волновода как колебательной системы с распределенными параметрами воздух в трубе рассматривается как упругая среда, обеспечивающая распространение звуковых волн. В идеальном случае, если волновод согласован по входу и выходу и отраженные волны отсутствуют, то реализуется режим бегущей волны. Для инвертирования фазы колебаний длина L выбирается равной половине длины волны, соответствующей частоте fL настройки фазоинвертера. В реальных условиях всегда в той или иной мере существуют отраженные волны, приводящие к появлению стоячих акустических волн. В этом случае при расчете резонансных частот необходимо учитывать отражение волн (и фазовые соотношения отраженных волн) во всех местах неоднородностей акустического тракта (соединение трубы с предрупорной камерой, соединение трубы с рупором, выход рупора и т.д.). На практике второй недостаток известного устройства означает невозможность точного предварительного расчета всех компонентов системы и необходимость длительной и трудоемкой экспериментальной доводки изделия для достижения требуемых технических характеристик.In the case of considering the waveguide as an oscillatory system with distributed parameters, air in the tube is considered as an elastic medium that ensures the propagation of sound waves. In the ideal case, if the waveguide is matched in input and output and the reflected waves are absent, then the traveling wave mode is realized. To invert the phase of the oscillations, the length L is chosen equal to half the wavelength corresponding to the frequency f L adjusts the phase inverter. In real conditions, there are always, to one degree or another, reflected waves, which lead to the appearance of standing acoustic waves. In this case, when calculating the resonant frequencies, it is necessary to take into account the reflection of waves (and the phase relations of the reflected waves) in all places of the inhomogeneities of the acoustic path (connection of the pipe to the pre-chamber chamber, connection of the pipe to the speaker, speaker output, etc.). In practice, the second disadvantage of the known device means the impossibility of accurate preliminary calculation of all components of the system and the need for a long and time-consuming experimental fine-tuning of the product to achieve the required technical characteristics.
В качестве третьего недостатка известного устройства укажем на то, что правильные фазовые соотношения акустического волновода, способствующие усилению звука в секторе прослушивания (задержка по фазе от 90 до 270o) приблизительно достигаются в пределах одной октавы. При попытке увеличения звукового давления на низких частотах за счет усиления действия рупорной системы на амплитудно-частотной характеристике акустической системы появляется пик, высота которого прямо зависит от соотношения между звуковыми давлениями, создаваемыми рупором и фронтальной стороной диффузора громкоговорителя. Чем выше высота пика на амплитудно-частотной характеристике, тем субъективно выше оценивается эффективность звучания на низких частотах. Наряду с этим, при выраженном пике на амплитудно-частотной характеристике известная акустическая система эффективнее всего излучает стилизованные звуки приблизительно одного тона, напоминающие звучание органа по атаке и послезвучанию. В этой ситуации приходится искать компромиссное решение между эффективностью воспроизведения низких частот и равномерностью амплитудно-частотной характеристики.As a third disadvantage of the known device, we point out that the correct phase relations of the acoustic waveguide, which contribute to the amplification of sound in the listening sector (phase delay from 90 to 270 o ) are approximately reached within one octave. When you try to increase the sound pressure at low frequencies by enhancing the effect of the horn system, a peak appears on the amplitude-frequency characteristic of the speaker system, the height of which directly depends on the ratio between the sound pressures generated by the horn and the front side of the speaker cone. The higher the peak height in the amplitude-frequency characteristic, the subjectively higher is the sound efficiency at low frequencies. Along with this, with a pronounced peak in the amplitude-frequency characteristic, the known acoustic system emits most effectively stylized sounds of approximately the same tone, reminiscent of the sound of an organ for attack and after-sounding. In this situation, a compromise must be sought between the low-frequency reproduction efficiency and the uniformity of the amplitude-frequency characteristic.
Техническим результатом данного изобретения является улучшение амплитудно-частотной характеристики по звуковому давлению, придание объемности звучанию, упрощение конструкции, снижение габаритов и веса акустической системы. The technical result of this invention is to improve the amplitude-frequency characteristics of sound pressure, giving surround sound, simplifying the design, reducing the size and weight of the speaker system.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем громкоговоритель и акустический рупор круглого сечения, введены следующие изменения. Громкоговоритель смонтирован в меньшем отверстии рупора таким образом, что его тыловая часть обращена вовнутрь акустического рупора. Раскрыв рупора закрыт двухслойным покрытием, внутренний слой которого изготовлен из звукопоглощающего материала, а внешний слой выполнен из твердого материала, например дерева. Внешняя сторона двухслойного покрытия служит основанием для крепления или установки устройства. Акустический рупор выполнен из тонкого эластичного материала, обладающего способностью сохранения первоначально заданной формы. Для получения более низких значений нижней граничной частоты устройства при выборе материала, из которого изготовлен рупор, предпочтение должно отдаваться образцам, имеющим низкие значения коэффициента упругости (Е<5 МПа) и высокие значения коэффициента затухания поверхностных акустических волн. The technical result is achieved by the fact that in the known device comprising a loudspeaker and an acoustic horn of circular cross section, the following changes are introduced. The loudspeaker is mounted in the smaller hole of the speaker in such a way that its rear part faces the inside of the acoustic speaker. Opening the horn is closed with a two-layer coating, the inner layer of which is made of sound-absorbing material, and the outer layer is made of solid material, such as wood. The outer side of the two-layer coating serves as the basis for fastening or installing the device. The acoustic horn is made of thin elastic material with the ability to preserve the original shape. To obtain lower values of the lower cutoff frequency of the device when choosing the material from which the horn is made, preference should be given to samples having low values of the coefficient of elasticity (E <5 MPa) and high values of the attenuation coefficient of surface acoustic waves.
На чертеже изображен рисунок заявляемого устройства. Устройство содержит однополосный или многополосный динамический громкоговоритель 1, фронтальная часть диффузора которого служит излучателем первичного сигнала. Громкоговоритель тыльной стороной плотно установлен в отверстие сужающейся части корпуса акустического рупора 2, имеющего форму усеченного конуса. Стенки 3 рупора 2 изготовлены из тонкого эластичного способного сохранять первоначально заданную форму материала. Своим раскрывом рупор вплотную состыкован с двухслойным покрытием, внутренний слой которого образован звукопоглощающей панелью 4, которая полностью перекрывает широкое отверстие рупора. Устройство устанавливается или прикрепляется к жесткому основанию 5, выполненному, например, из дерева. В качестве основания 5 акустической системы может быть использован фрагмент пола, потолка, стен или мебели помещения. Для этого устройство плотно крепится к соответствующей части интерьера помещения. The drawing shows a drawing of the inventive device. The device comprises a single-band or multi-band
Корпус экспериментального образца акустической системы выполнен в виде рупора, имеющего форму усеченного конуса. Рупор изготовлен из эластичного материала с коэффициентом упругости Е≈3 МПа. В качестве материала для изготовления стенок рупора могут быть использованы, например, некоторые сорта резины или полимерных материалов. Толщина стенок рупора составляет 2 мм. Расстояние от места крепления громкоговорителя к рупору до звукопоглощающего покрытия составляет 110 мм. Внутренний объем рупора равен примерно 4,5 л. Звукопоглощающая панель 4 представляет собой ворсистый синтетический ковер, обращенный ворсом вовнутрь рупора. Основание 5 изготовлено из плотно подогнанных друг к другу досок (деревянный пол помещения). Испытания, проведенные с динамическим громкоговорителем 10ГДШ-2, показали, что диапазон эффективно воспроизводимых частот составляет 40 - 20 кГц. The case of the experimental sample of the acoustic system is made in the form of a horn having the shape of a truncated cone. The horn is made of an elastic material with an elastic coefficient of E≈3 MPa. As a material for the manufacture of the horn walls, for example, some types of rubber or polymeric materials can be used. The wall thickness of the speaker is 2 mm. The distance from the speaker mount to the speaker to the sound-absorbing coating is 110 mm. The internal volume of the speaker is approximately 4.5 liters. The sound-absorbing
Устройство работает следующим образом. Звуковые волны, излучаемые тыловой частью диффузора громкоговорителя 1, попадают на вход акустического рупора 2. Суммарная мощность P0(t) этих волн разделяется на три компоненты
P0(t)=Pf(t)+Pb(t)+Posc(t),
где Pf(t), Pb(t), Posc(t) - соответственно мощности прямой волны, прошедшей через рупор; обратной (отраженной) волны, возвращающейся на вход рупора, и мощность колебаний стенок 3 акустического рупора. Несложно заметить, что за счет поглощения панелью 4 и направленного отражения от боковых поверхностей рупора по направлению к его раскрыву мощность Pb(t) отраженных обратных акустических волн существенно меньше по величине по сравнению с величиной полной мощности на входе акустического рупора, т.е.The device operates as follows. The sound waves emitted from the rear of the
P 0 (t) = P f (t) + P b (t) + P osc (t),
where P f (t), P b (t), P osc (t) are, respectively, the power of the direct wave transmitted through the horn; backward (reflected) waves returning to the input of the horn, and the power of oscillation of the
Pf(t)>>Pb(t).P f (t) >> P b (t).
Это свойство рупора используется в заявляемом устройстве для уменьшения упругого сопротивления замкнутого воздушного столба колебаниям диффузора громкоговорителя. В свою очередь, уменьшение упругости воздуха по отношению к диффузору можно использовать для компенсации увеличения упругости воздушной среды, происходящее в связи с уменьшением объема акустической системы. Таким образом, ясно, что применение рупора в качестве корпуса акустической системы позволяет уменьшить эквивалентный объем акустической системы без ухудшения электромеханических характеристик излучателя на низких частотах. This property of the horn is used in the inventive device to reduce the elastic resistance of the closed air column to the vibrations of the speaker cone. In turn, a decrease in the elasticity of air with respect to the diffuser can be used to compensate for the increase in the elasticity of the air, which occurs in connection with a decrease in the volume of the acoustic system. Thus, it is clear that the use of a horn as a speaker enclosure reduces the equivalent volume of the speaker system without compromising the electromechanical characteristics of the emitter at low frequencies.
Для сохранения высоких показателей акустической системы по звуковому давлению, сопоставимых с прототипом, необходимо хотя бы часть энергии, излучаемой тыловой частью диффузора, использовать как добавочную составляющую для звуковых волн, излучаемых фронтальной частью диффузора. В заявляемом устройстве этому способствует то, что часть энергии Posc(t) используется для возбуждения колебаний боковых стенок 3 рупора. Заметим, что такой подход идет вразрез с общепринятыми концепциями создания высококачественных акустических систем (см., например, книгу Бытовая электроакустическая аппаратура: Справочник / И. С. Алдошина, В. Б.Бревко, Г.В.Веселов и др. - М.: Радио и связь, 1992, с. 7). Во избежании появления дополнительных нелинейных искажений и неприятных призвуков конструкция корпусов известных акустических систем выполняется достаточно жесткой, чтобы избежать заметных колебаний их стенок.To maintain high performance of the acoustic system in terms of sound pressure comparable with the prototype, it is necessary to use at least part of the energy emitted from the rear of the diffuser as an additional component for sound waves emitted from the front of the diffuser. In the inventive device, this contributes to the fact that part of the energy P osc (t) is used to excite vibrations of the
В ходе теоретического анализа результатов расчетов и проведенных экспериментов удалось найти такое оптимальное сочетание материала и конструкции корпуса акустической системы, совместное использование которых позволяет существенным образом пересмотреть требования к механическим свойствам материала корпуса акустической системы. В заявляемом устройстве стенки рупора круглого сечения, выполненного, например, в виде усеченного конуса, должны быть изготовлены из тонкого высокоэластичного способного сохранять первоначально заданную форму материала. При выполнении этих условий достигается отсутствие заметных гармонических составляющих в колебаниях стенок корпуса в достаточно широком диапазоне мощностей громкоговорителя. Это позволяет использовать корпус рупора как дополнительный пассивный излучатель акустической системы. In the course of a theoretical analysis of the calculation results and the experiments conducted, it was possible to find such an optimal combination of material and design of the speaker housing, the joint use of which allows a significant revision of the requirements for the mechanical properties of the speaker housing material. In the inventive device, the walls of the horn of circular cross-section, made, for example, in the form of a truncated cone, should be made of thin highly elastic material capable of preserving the initially given shape of the material. When these conditions are met, the absence of noticeable harmonic components in the vibrations of the housing walls is achieved in a fairly wide range of speaker power. This allows you to use the horn housing as an additional passive emitter of the speaker system.
По физическим принципам работа заявляемого устройства частично напоминает работу акустической системы с пассивным громкоговорителем (см., например, Бытовая электроакустическая аппаратура: Справочник / И.С.Алдошина, В.Б. Бревко, Г.В.Веселов и др. - М.: Радио и связь, 1992, с. 6). Отличие заключается в том, что в известном устройстве излучателем звуковых волн является диффузор пассивного громкоговорителя, а в заявляемом устройстве - боковые стенки акустического рупора. According to physical principles, the operation of the claimed device partially resembles the operation of an acoustic system with a passive loudspeaker (see, for example, Household electro-acoustic equipment: Reference Book / I.S. Aldoshina, V. B. Brevko, G.V. Veselov, etc. - M .: Radio and Communications, 1992, p. 6). The difference lies in the fact that in the known device the emitter of sound waves is a passive loudspeaker diffuser, and in the inventive device, the side walls of the acoustic horn.
Создание точной теории колебаний стенок рупора является самостоятельной и достаточно сложной теоретической задачей расчета неоднородных полых упругих акустических волноводов. Но и сильно упрощенное теоретическое приближение, которое приводится ниже, позволяет прояснить суть работы устройства. The creation of an accurate theory of oscillations of the horn walls is an independent and rather complicated theoretical task of calculating inhomogeneous hollow elastic acoustic waveguides. But the greatly simplified theoretical approximation, which is given below, makes it possible to clarify the essence of the operation of the device.
Пусть рупор круглого сечения и громкоговоритель имеют общую ось симметрии. Колебания стенок рупора лучше всего рассмотреть в цилиндрической системе координат. Мысленно разобьем рупор на ряд параллельных между собой и перпендикулярных оси симметрии тонких слоев высотой Δh. За счет выбранной формы рупора радиус r (t, h) тонкого слоя рупора будет зависеть только от его высоты h относительно основания рупора (раскрыва рупора) и текущего времени t (за счет звуковых колебаний). Рассмотрим дифференциальное уравнение, описывающее колебания тонкого кругового слоя стенок рупора высотой Δh. В силу аксиальной симметрии рупора и в пренебрежении поверхностными волнами можно рассмотреть одномерный случай колебаний. Расчеты показывают, что на достаточно низких частотах дифференциальное уравнение, описывающее изменение радиуса r (t), будет иметь вид
где P(t) - звуковое давление внутри рупора, которое на достаточно низких частотах приблизительно синфазно для всех рассматриваемых слоев;
- угловая частота собственных колебаний слоя.Let the circular horn and loudspeaker have a common axis of symmetry. Fluctuations in the walls of a speaker are best seen in a cylindrical coordinate system. We mentally divide the horn into a series of thin layers parallel to each other and perpendicular to the axis of symmetry of height Δh. Due to the chosen shape of the horn, the radius r (t, h) of the thin layer of the horn will depend only on its height h relative to the base of the horn (mouth of the horn) and the current time t (due to sound vibrations). Consider a differential equation describing the oscillations of a thin circular layer of a horn wall with a height Δh. Due to axial symmetry of the horn and neglecting surface waves, we can consider the one-dimensional case of oscillations. Calculations show that at sufficiently low frequencies, the differential equation describing a change in radius r (t) will have the form
where P (t) is the sound pressure inside the horn, which at sufficiently low frequencies is approximately in phase for all layers under consideration;
- the angular frequency of the natural vibrations of the layer.
- показатель затухания собственных колебаний слоя, где b1 - удельный фактор потерь на единицу площади слоя стенки рупора;
r0=r0(h) - радиус рассматриваемого слоя рупора в состоянии равновесия;
ρ - плотность вещества, d - толщина стенок рупора;
Е - модуль упругости материала рупора на растяжение и сжатие. - the attenuation index of the natural oscillations of the layer, where b 1 is the specific loss factor per unit area of the horn wall layer;
r 0 = r 0 (h) is the radius of the considered layer of the horn in equilibrium;
ρ is the density of the substance, d is the wall thickness of the horn;
E is the elastic modulus of the horn material in tension and compression.
Решение уравнения (1) показывает, что при гармоническом внешнем воздействии с амплитудой P0 установившиеся колебания слоя стенки рупора будут представлять собой гармонические колебания с частотой внешнего воздействия ω
где - комплексная амплитуда колебаний, модуль которой равен
По отношению к внешнему возбуждению колебания слоя стенки рупора будут отставать по фазе от возбуждающего воздействия на величину φ(r0), равную
Анализ последней формулы показывает, что вынужденные колебания слоев стенок рупора происходят с задержкой по фазе на угол φ, который меняется в пределах от 0 до 180o. На частотах, лежащих выше собственной частоты ω0(r0), задержка по фазе удовлетворяет условию 90o≤φ<180o. В этом случае колебания стенок содержат квадратурную и противофазную компоненты колебаний. Это означает, что на частотах, выше ω0, стенки рупора могут выполнять функцию фазоинвертера.The solution of equation (1) shows that under a harmonic external action with an amplitude P 0, the steady-state oscillations of the horn wall layer will be harmonic oscillations with the frequency of the external influence ω
Where - complex amplitude of oscillations, the modulus of which is equal to
With respect to external excitation, the oscillations of the horn wall layer will lag in phase from the excitation by a value of φ (r 0 ) equal to
Analysis of the last formula shows that the forced oscillations of the layers of the walls of the horn occur with a phase delay by an angle φ, which varies from 0 to 180 o . At frequencies lying above the natural frequency ω 0 (r 0 ), the phase delay satisfies the condition 90 o ≤φ <180 o . In this case, the wall vibrations contain quadrature and antiphase vibration components. This means that at frequencies above ω 0 , the horn walls can function as a bass reflex.
Если учесть, что рупор состоит из многих слоев с разными r0 и если принять во внимание механическую связь между слоями, то резонансный пик будет существенно размыт по частоте в некотором диапазоне, а зависимость угла задержки от частоты будет более плавной, чем в приведенном выше выражении. Данное обстоятельство является благоприятным с точки зрения получения положительного эффекта по заявляемому устройству. Действительно, во-первых, амплитудно-частотная характеристика акустической системы будет более равномерной, чем в известных устройствах с трубчатыми фазоинверторами-резонаторами. Во-вторых, для получения необходимых фазово-частотных характеристик не требуется точный расчет размеров и высокая точность при изготовлении рупора. В-третьих, полностью отпадает необходимость в настройке каких-либо элементов конструкции акустической системы.If we take into account that the horn consists of many layers with different r 0 and if we take into account the mechanical connection between the layers, the resonance peak will be substantially blurred in frequency in a certain range, and the dependence of the delay angle on the frequency will be smoother than in the above expression . This circumstance is favorable from the point of view of obtaining a positive effect on the claimed device. Indeed, firstly, the amplitude-frequency characteristic of the speaker system will be more uniform than in known devices with tubular phase inverters-resonators. Secondly, to obtain the necessary phase-frequency characteristics, accurate dimensioning and high accuracy in the manufacture of a horn are not required. Thirdly, there is no need to configure any structural elements of the speaker system.
Учитывая приведенные выше результаты расчетов, несложно заметить, что фазы колебаний фронтальной части диффузора и стенок рупора будут отличаться друг от друга не более чем на 90o. В связи с этим в рабочей полосе частот звуковые волны, излучаемые фронтальной частью диффузора и боковыми частями рупора, будут являться синфазными и (или) квадратурными компонентами. И те, и другие колебания в совокупности усиливают друг друга. Наличие квадратурных компонент колебаний стенок рупора по отношению к первичному сигналу придает объемность звучанию акустической системы.Given the above calculation results, it is easy to notice that the phases of the oscillations of the front of the diffuser and the walls of the horn will differ from each other by no more than 90 o . In this regard, in the working frequency band, sound waves emitted by the front part of the diffuser and the side parts of the horn will be in-phase and (or) quadrature components. Both those and other fluctuations in the aggregate reinforce each other. The presence of quadrature components of the oscillations of the horn walls with respect to the primary signal gives surround sound to the speaker system.
Следует заметить, что выполнение фазовых соотношений между звуковыми волнами, излучаемыми фронтальной стороной диффузора и боковыми стенками рупора, будет выполняться в широкой полосе частот. Поэтому по сравнению с прототипом амплитудно-частотная характеристика акустической системы по звуковому давлению будет существенно равномернее. It should be noted that the implementation of phase relations between the sound waves emitted by the front side of the diffuser and the side walls of the horn will be performed in a wide frequency band. Therefore, in comparison with the prototype, the amplitude-frequency characteristic of the speaker system in terms of sound pressure will be substantially more uniform.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001101191A RU2201044C2 (en) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Acoustic system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001101191A RU2201044C2 (en) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Acoustic system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2201044C2 true RU2201044C2 (en) | 2003-03-20 |
RU2001101191A RU2001101191A (en) | 2003-05-20 |
Family
ID=20244844
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001101191A RU2201044C2 (en) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Acoustic system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2201044C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SG144011A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-07-29 | Global Target Entpr Inc | Film-type audio output apparatus |
CN109001300A (en) * | 2018-06-13 | 2018-12-14 | 四川升拓检测技术股份有限公司 | A kind of sound arrester being suitable for impact echo audio frequency detection |
-
2001
- 2001-01-12 RU RU2001101191A patent/RU2201044C2/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SG144011A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-07-29 | Global Target Entpr Inc | Film-type audio output apparatus |
CN109001300A (en) * | 2018-06-13 | 2018-12-14 | 四川升拓检测技术股份有限公司 | A kind of sound arrester being suitable for impact echo audio frequency detection |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3792263B2 (en) | Acoustic tube speaker system | |
US5173575A (en) | Acoustic apparatus | |
US7207413B2 (en) | Closed loop embedded audio transmission line technology for loudspeaker enclosures and systems | |
JP4125291B2 (en) | Device for improving the quality of sound from a sound source | |
US6064746A (en) | Piezoelectric speaker | |
JPH03173296A (en) | Speaker system | |
JPH11220789A (en) | Electrical acoustic conversion device | |
US8205712B2 (en) | Ported loudspeaker enclosure with tapered waveguide absorber | |
EP0530575A1 (en) | Horn loudspeaker | |
JP2005006053A (en) | Woofer device and multi-way speaker device equipped with same | |
GB2488758A (en) | Bass reflex loudspeaker has acoustic leakage in walls of port duct | |
US5131052A (en) | Mid-range loudspeaker assembly propagating forward and backward sound waves in phase | |
WO2022102360A1 (en) | Audio device | |
RU2719636C1 (en) | Blow-out pipe for loudspeaker | |
CN110944273A (en) | Penetrating type phase-reversing tube and audio box | |
RU2201044C2 (en) | Acoustic system | |
JP2769448B2 (en) | Standing wave or specific wave reduction device | |
CN107205194B (en) | Sound box and sound box system | |
US11601748B1 (en) | Techniques for loudspeaker | |
US11317178B2 (en) | Low-frequency spiral waveguide speaker | |
US4299304A (en) | Exponential folded horn speaker enclosure | |
JP4517365B2 (en) | Phase inversion type speaker cabinet and manufacturing method thereof | |
RU2718126C1 (en) | Acoustic system | |
US11570532B2 (en) | Electronic device with loudspeaker module | |
CN207625793U (en) | A kind of speaker system and speaker |