RU2237981C2 - Method and device for radiating audio signals into environment - Google Patents

Method and device for radiating audio signals into environment Download PDF

Info

Publication number
RU2237981C2
RU2237981C2 RU2002115803A RU2002115803A RU2237981C2 RU 2237981 C2 RU2237981 C2 RU 2237981C2 RU 2002115803 A RU2002115803 A RU 2002115803A RU 2002115803 A RU2002115803 A RU 2002115803A RU 2237981 C2 RU2237981 C2 RU 2237981C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
acoustic
loudspeaker
diffuser
sound
Prior art date
Application number
RU2002115803A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002115803A (en
Inventor
В.Н. Носов (RU)
В.Н. Носов
Original Assignee
Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет) filed Critical Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет)
Priority to RU2002115803A priority Critical patent/RU2237981C2/en
Publication of RU2002115803A publication Critical patent/RU2002115803A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2237981C2 publication Critical patent/RU2237981C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
  • Details Of Audible-Bandwidth Transducers (AREA)

Abstract

FIELD: sound amplification in manufacturing electrodynamic-type acoustic make-up.
SUBSTANCE: acoustic system has at least one loudspeaker mounted on front wall of housing. Inner space of the latter forms main waveguide with aperture. System also has additional waveguide connected to main waveguide aperture and provided with its respective output port to environment inclined through 60 to 120 deg. relative to longitudinal axis of loudspeaker. Cross-sectional area of each waveguide is equal to or greater than active surface area of loudspeaker cone. During system operation sound energy developed by rear surface of cone is conveyed by means of additional waveguide to space being sonicated in addition to main front flow of sound vibrations.
EFFECT: enhanced electroacoustic efficiency, reduced nonlinear sound distortions.
5 cl, 14 dwg

Description

Устройство относится к системам звукоусиления и, в частности, к конструктивным элементам акустического оформления громкоговорителей электродинамического типа.The device relates to sound reinforcement systems and, in particular, to structural elements of the acoustic design of electrodynamic-type loudspeakers.

Известна акустическая система, содержащая электродинамический громкоговоритель, установленный на одной из стенок открытого с тыльной стороны корпуса [1].A known acoustic system containing an electrodynamic loudspeaker mounted on one of the walls open from the back of the housing [1].

Недостатком указанной акустической системы является малый электроакустический коэффициент полезного действия Кеа - менее 50% излучается в озвучиваемое пространство, а остальная акустическая мощность не излучается вследствие акустического короткого замыкания между колебаниями фронтальной и тыльной поверхностей диффузора громкоговорителя.The disadvantage of this speaker system is the small electro-acoustic efficiency K ea - less than 50% is emitted into the sound space, and the rest of the acoustic power is not emitted due to the acoustic short circuit between the oscillations of the front and back surfaces of the speaker cone.

Известна акустическая система, содержащая закрытый корпус, на одной из стенок которой установлен электродинамический громкоговоритель [2].A known acoustic system comprising a closed housing, on one of the walls of which an electrodynamic loudspeaker is installed [2].

Недостатком известной акустической системы является малый электроакустический коэффициент полезного действия Кеа вследствие превращения колебательной мощности, создаваемой тыльной поверхностью диффузора громкоговорителя, в тепло - более 50%.A disadvantage of the known acoustic system is the small electro-acoustic efficiency K ea due to the conversion of the vibrational power generated by the back surface of the speaker cone into heat - more than 50%.

Известна акустическая система, содержащая закрытый корпус, на одной из стенок которого установлен электродинамический громкоговоритель и выполнен волновод - фазоинвертор для выхода колебательной мощности, развиваемой тыльной поверхностью диффузора громкоговорителя, в озвучиваемое пространство [3].A known acoustic system containing a closed housing, on one of the walls of which an electrodynamic loudspeaker is installed and a waveguide is made - a phase inverter for the output of the vibrational power developed by the back surface of the loudspeaker diffuser into the voiced space [3].

По большинству признаков это устройство может быть принято за прототип.For most reasons, this device can be taken as a prototype.

Устройству-прототипу свойственны следующие недостатки:The prototype device has the following disadvantages:

- малый электроакустический коэффициент полезного действия Кеа вследствие малой площади выходного отверстия волновода, являющегося основным, и возникновения в нем остаточной упругости, уменьшающей амплитуду колебаний диффузора громкоговорителя, а также вследствие того, что звуковые колебания на выходе волновода имеют максимальный сдвиг по фазе, равный только 90°, хотя для полной фазировки колебаний требуется сдвиг по фазе, равный 180°; максимально возможный сдвиг выходных колебаний волновода, равный 180°, получается только на одной частоте, равной резонансной частоте резонатора Геймгольца, каким и является устройство-прототип;- a small electro-acoustic efficiency K ea due to the small area of the outlet of the waveguide, which is the main one, and the appearance of residual elasticity in it, which reduces the oscillation amplitude of the loudspeaker diffuser, and also because the sound vibrations at the output of the waveguide have a maximum phase shift equal to only 90 °, although a complete phase shift of 180 ° is required for the complete phasing of the oscillations; the maximum possible shift of the output oscillations of the waveguide, equal to 180 °, is obtained only at one frequency equal to the resonant frequency of the Heimgoltz resonator, which is the prototype device;

- значительные нелинейные искажения, возникающие вблизи резонансной частоты акустической системы, вследствие чего музыкальные инструменты басового регистра звучат неестественно, сходно и искаженно, по данным акустических измерений величина нелинейных искажений доходит до 5-7%; на более высоких частотах фазоинвертор бесполезен.- significant non-linear distortions arising near the resonant frequency of the speaker system, as a result of which the bass register musical instruments sound unnatural, similar and distorted, according to acoustic measurements, the value of non-linear distortions reaches 5-7%; at higher frequencies, the bass reflex is useless.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение электроакустического коэффициента полезного действия и уменьшение нелинейных искажений звука.The technical problem to which the invention is directed is to increase the electro-acoustic efficiency and to reduce non-linear sound distortions.

Указанная техническая задача решается тем, что известная акустическая система, содержащая по меньшей мере один громкоговоритель, установленный на одной из стенок корпуса, утренний объем которого образует основной волновод, имеющий выходное отверстие во внешнее пространство, согласно изобретению выполнена по меньшей мере с одним дополнительным волноводом, присоединенным к выходному отверстию основного волновода и имеющим собственный выход во внешнее пространство, направленный под углом от 60° до 120° по отношению к продольной оси громкоговорителя, причем площадь поперечного сечения каждого волновода равна или больше площади активной поверхности диффузора громкоговорителя, при этом громкоговоритель установлен на фронтальной стенке корпуса.The specified technical problem is solved in that the known acoustic system containing at least one loudspeaker mounted on one of the walls of the housing, the morning volume of which forms a main waveguide having an outlet in the outer space, according to the invention is made with at least one additional waveguide, connected to the outlet of the main waveguide and having its own exit into the external space directed at an angle from 60 ° to 120 ° with respect to the longitudinal axis govoritelya, wherein the cross-sectional area of each waveguide is equal to or greater than the area of the active surface of the speaker cone, the speaker mounted on the front wall of the housing.

В варианте устройства дополнительный волновод совмещен с тыльной стенкой корпуса и имеет акустически жесткий экран.In a variant of the device, an additional waveguide is combined with the rear wall of the housing and has an acoustically rigid screen.

В другом варианте устройства дополнительный волновод совмещен с фронтальной стенкой корпуса, установленной под углом с наклоном во внутренний объем основного волновода и выполненной короче по высоте по сравнению с тыльной стенкой корпуса на величину t=s/b, где s - площадь поперечного сечения дополнительного волновода, a b - ширина фронтальной или тыльной стенок корпуса, при этом проходное сечение дополнительного волновода образовано частями боковых стенок корпуса, фронтальной стенкой и акустически жестким экраном, перекрывающим выходное отверстие основного волновода на величину не менее чем L=(1-2t).In another embodiment of the device, the additional waveguide is aligned with the front wall of the casing, installed at an angle with an inclination into the internal volume of the main waveguide and shorter in height than the rear wall of the casing by t = s / b, where s is the cross-sectional area of the additional waveguide, ab is the width of the front or back walls of the casing, while the passage section of the additional waveguide is formed by parts of the side walls of the casing, the front wall and an acoustically rigid screen that overlaps the output tverstie main waveguide by an amount not less than L = (1-2t).

В следующем варианте система выполнена в виде соединенных между собой одинаковых акустических систем с корпусами открытого типа, тыльные стенки которых имеют выпуклую форму, при этом дополнительный волновод образован выпуклыми стенками корпусов, обращенными навстречу друг другу и отстоящими друг от друга на расстояние h=ra, где rа - радиус активной поверхности диффузора.In the next embodiment, the system is made in the form of interconnected identical acoustic systems with open-type housings, the rear walls of which are convex in shape, with an additional waveguide formed by the convex walls of the housings facing each other and spaced apart from each other by a distance h = r a , where r a is the radius of the active surface of the diffuser.

В акустической системе, выполненной в соответствии с предложенным техническим решением, потери колебательной системы уменьшаются в связи с тем, что энергия, развиваемая тыльной поверхностью диффузора громкоговорителя, посредством присоединенного волновода, дополнительного к основному, направляется в озвучиваемое пространство в дополнение к звуковому потоку от фронтальной поверхности. При этом в соответствии с теорией колебаний [см. 4] исключается возможность возникновения акустического короткого замыкания между колебаниями фронтальной и тыльной поверхностей диффузора громкоговорителя, характеризующимися фазовым сдвигом в 180°. В предложенной акустической системе акустическое короткое замыкание полностью отсутствует, если угол α направленности между фронтальными колебаниями и колебаниями на выходе дополнительного волновода равен 90°. Технически допустимая акустическая мощность, равная 50% максимально возможного, излучается, если угол α равен 60° или 120°. Граничные значения 60° и 120° соответствуют значению половинной мощности, т.е. при частичном проявлении явления акустического короткого замыкания между фронтальными и тыльными колебаниями значение суммарной колебательной энергии будет на уровне 3 дБ. Эти колебания имеют круговую или эллиптическую поляризацию, т.к. их амплитуды равны или почти равны, но направлены по отношению друг к другу под углом в пределах от 60° до 120°. В связи с тем, что указанные колебания не влияют друг на друга [см. 4], теоретически вся развиваемая громкоговорителем акустическая мощность передается в озвучиваемое пространство, что и приводит к увеличению электроакустического коэффициента полезного действия Кеааэ, где Pa - развиваемая громкоговорителем акустическая мощность, а Рэ - подводимая к электродинамическому громкоговорителю электрическая мощность в Вт.In an acoustic system made in accordance with the proposed technical solution, the losses of the oscillatory system are reduced due to the fact that the energy developed by the back surface of the loudspeaker diffuser, through the attached waveguide, additional to the main one, is directed to the sound space in addition to the sound stream from the front surface . Moreover, in accordance with the theory of oscillations [see 4] excludes the possibility of an acoustic short circuit between the oscillations of the front and back surfaces of the speaker cone characterized by a phase shift of 180 °. In the proposed speaker system, an acoustic short circuit is completely absent if the directivity angle α between the frontal vibrations and the vibrations at the output of the additional waveguide is 90 °. Technically permissible acoustic power equal to 50% of the maximum possible is emitted if the angle α is 60 ° or 120 °. The boundary values of 60 ° and 120 ° correspond to the value of half power, i.e. with a partial manifestation of the acoustic short circuit phenomenon between frontal and rear vibrations, the value of the total vibrational energy will be at the level of 3 dB. These oscillations have circular or elliptical polarization, because their amplitudes are equal or almost equal, but directed in relation to each other at an angle ranging from 60 ° to 120 °. Due to the fact that these vibrations do not affect each other [see 4], theoretically, all the acoustic power developed by the loudspeaker is transferred to the voiced space, which leads to an increase in the electro-acoustic efficiency K ea = P a / R e , where P a is the acoustic power developed by the loudspeaker, and P e is the electric power supplied to the electrodynamic loudspeaker power in watts

Нелинейные искажения при работе системы уменьшаются за счет исключения вредного влияния внутренней среды - воздуха, и различных звукопоглотителей в корпусе системы на движения диффузора громкоговорителя при возбуждении с помощью звуковой катушки, подключенной к выходу усилителя низкой частоты, а также за счет исключения деформации стенок диффузора и увеличения амплитуды колебаний, особенно на низких частотах при значительном уменьшении упругости воздуха внутри корпуса.Nonlinear distortions during the operation of the system are reduced by eliminating the harmful effects of the internal environment - air, and various sound absorbers in the system case on the movements of the speaker cone when excited with a voice coil connected to the output of the low-frequency amplifier, as well as by eliminating the deformation of the walls of the diffuser and increasing oscillation amplitudes, especially at low frequencies with a significant decrease in air elasticity inside the housing.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вариант конструктивного выполнения акустической системы с основным и дополнительным волноводами, где последний присоединен к тыльной стенке корпуса; на фиг.2 приведен вид С на фиг.1; на фиг.3 дана диаграмма, поясняющая взаимодействие векторных характеристик направленностей колебательных звуковых потоков от фронтальной и тыльной поверхностей диффузора; на фиг.4 изображен вариант акустической системы с фронтальным совмещением дополнительного волновода; на фиг.5 приведен вид Д на фиг.5; на фиг.6 приведен вариант конструкции акустической системы в виде двух одинаковых совмещенных друг с другом акустических систем; на фиг. 7 приведена экспериментально снятая характеристика направленности акустической системы, представленной на фиг.1; на фиг.8 - частотная характеристика этой же акустической системы при частоте 100 Гц; на фиг.9 приведена частотная характеристика фронтального излучения акустической системы (вектор А), изображенной на фиг.4 и 5; на фиг.10 представлена частотная характеристика тыльного излучения этой же акустической системы (вектор В); на фиг.11 приведена характеристика направленности акустической системы, изображенной на фиг.6; на фиг.12 изображена частотная характеристика фронтального излучения (вектор А), а на фиг.13 - частотная характеристика тыльного излучения (вектор В) той же акустической системы; на фиг.14 приведена частотная характеристика акустической системы, изображенной на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows an embodiment of a speaker system with a primary and secondary waveguides, where the latter is attached to the rear wall of the housing; figure 2 shows a view of figure 1; figure 3 is a diagram explaining the interaction of the vector characteristics of the directivity of the oscillatory sound streams from the front and rear surfaces of the diffuser; figure 4 shows a variant of the speaker system with frontal alignment of an additional waveguide; in Fig.5 shows a view of D in Fig.5; figure 6 shows a variant of the design of the speaker system in the form of two identical speakers combined with each other; in FIG. 7 shows the experimentally recorded directivity of the speaker system shown in figure 1; on Fig - frequency response of the same speaker system at a frequency of 100 Hz; figure 9 shows the frequency response of the frontal radiation of the speaker system (vector A) shown in figures 4 and 5; figure 10 presents the frequency response of the rear radiation of the same speaker system (vector B); figure 11 shows the directivity of the speaker system shown in figure 6; in Fig.12 shows the frequency response of the frontal radiation (vector A), and Fig.13 - frequency response of the rear radiation (vector B) of the same speaker system; in Fig.14 shows the frequency response of the speaker system shown in Fig.1.

Частотные характеристики на фиг.8 и 14 сняты с использованием громкоговорителей типа 10 ГДШ-1, на фиг.9 и 10 - с использованием громкоговорителя типа 4А32, на фиг.11 - с использованием громкоговорителей типа 3ГД-38Е.The frequency characteristics in Figs. 8 and 14 were taken using loudspeakers of type 10 GDSH-1, in Figs. 9 and 10 - using loudspeakers of type 4A32, in Fig. 11 - using loudspeakers of type 3GD-38E.

На чертежах приняты следующие обозначения:In the drawings, the following notation:

А и В - векторы, характеризующие направление распространения акустических колебаний, соответствующих работе фронтальной и тыльной поверхностей диффузора громкоговорителя, соответственно;A and B are vectors characterizing the direction of propagation of acoustic vibrations corresponding to the work of the front and back surfaces of the speaker cone, respectively;

α - угол между направлениями распространения акустических колебаний, характеризуемых векторами А и В;α is the angle between the directions of propagation of acoustic vibrations characterized by vectors A and B;

b - линейный размер корпуса акустической системы;b is the linear size of the speaker housing;

t - линейный размер, на величину которого укорочена фронтальная стенка корпуса в варианте выполнения акустической системы;t is the linear dimension, by the value of which the front wall of the housing is shortened in the embodiment of the speaker system;

β - угол наклона фронтальной стенки корпуса в варианте выполнения акустической системы;β is the angle of inclination of the front wall of the housing in the embodiment of the speaker system;

h - расстояние между выпуклыми тыльными стенками корпуса в варианте выполнения сдвоенной акустической системы;h is the distance between the convex rear walls of the housing in an embodiment of a dual speaker system;

rа - радиус активной поверхности диффузора громкоговорителя;r a is the radius of the active surface of the speaker cone;

r - радиус выходного отверстия на выходе основного волновода.r is the radius of the outlet at the output of the main waveguide.

“1” - экспериментальная частотная характеристика для различных вариантов исполнения предлагаемых акустических систем с использованием указанных выше типов стандартных громкоговорителей;“1” - experimental frequency response for various versions of the proposed speaker systems using the above types of standard speakers;

“2”- паспортные частотные характеристики указанных выше типов стандартных громкоговорителей.“2” - passport frequency characteristics of the above types of standard speakers.

Акустическая система содержит по меньшей мере один громкоговоритель 1 с двумя звуковыми катушками (не показаны), но может количественно содержать и два громкоговорителя, как показано на фиг.1. Громкоговорители 1 установлены на одной из стенок, а именно на фронтальной стенке 2 корпуса 3, внутренний объем которого образует основной волновод 4. Последний имеет выходное отверстие 5 во внешнее озвучиваемое пространство, выполненное в тыльной стенке 6 корпуса 3. При этом акустическая система выполнена по меньшей мере с одним дополнительным волноводом 7, присоединенным к выходному отверстию 5 основного волновода 4. Волновод 7 выполнен с собственным выходом 8 во внешнее пространство, в данном случае двухсторонним выходом 8 с левой и правой стороны акустической системы. Каждый выход 8 дополнительного волновода 7 направлен под углом 60°≤α≤120° по отношению к продольной оси громкоговорителей 1. На фиг.1 угол α равнозначно показан, как угол между векторами А и В, характеризующими направления распространения акустических колебаний, формируемых соответственно фронтальной и тыльной активными поверхностями диффузора (условно не обозначены) громкоговорителей 1 и находящихся, по существу, в противофазе, т.е. имеющих противоположные знаки для одного и того же момента времени. При этом направление вектора В распространения акустических колебаний сформировано путем использования присоединенного дополнительного волновода 7. Причем площадь поперечного сечения каждого из волноводов 8 - левого и правого, равна или больше площади активной поверхности диффузора громкоговорителей 1.The speaker system contains at least one loudspeaker 1 with two voice coils (not shown), but may also quantitatively contain two loudspeakers, as shown in FIG. Loudspeakers 1 are mounted on one of the walls, namely, on the front wall 2 of the casing 3, the internal volume of which forms the main waveguide 4. The latter has an outlet 5 in the external sound space made in the back wall 6 of the casing 3. At the same time, the speaker system is made at least with at least one additional waveguide 7 connected to the outlet 5 of the main waveguide 4. The waveguide 7 is made with its own output 8 into the outer space, in this case, a double-sided output 8 with left and right torons of the speaker system. Each output 8 of the additional waveguide 7 is directed at an angle of 60 ° ≤α≤120 ° with respect to the longitudinal axis of the speakers 1. In Fig. 1, the angle α is equally shown as the angle between the vectors A and B characterizing the directions of propagation of acoustic vibrations generated respectively by the front and the back of the active surfaces of the diffuser (not arbitrarily marked) loudspeakers 1 and are essentially in antiphase, i.e. having opposite signs for the same moment in time. In this case, the direction of the acoustic propagation vector B is formed by using an attached additional waveguide 7. Moreover, the cross-sectional area of each of the waveguides 8 — left and right — is equal to or greater than the active surface area of the speaker cone 1.

Показанная на фиг.1 и 2 конструкция акустической системы представляет собой вариант выполнения системы в той части, что дополнительный волновод 7 совмещен с тыльной стенкой 6 корпуса 3 и имеет акустически жесткий плоский экран 9.The speaker system shown in FIGS. 1 and 2 represents an embodiment of the system in that the additional waveguide 7 is aligned with the back wall 6 of the housing 3 and has an acoustically rigid flat screen 9.

В качестве другого варианта представленная на фиг.4 и 5 акустическая система (вариант с ломаной декой) может быть выполнена так, что дополнительный волновод 7 совмещен с фронтальной стенкой 2 корпуса 3. При этом стенка 2 установлена под углом β с наклоном во внутренний объем основного волновода 4 и выполнена короче по сравнению с тыльной стенкой 6 корпуса 3 на величину t=s/b, где s - площадь поперечного сечения дополнительного волновода; а b - ширина фронтальной или тыльной стенок 2 или 6, соответственно, корпуса 3. Проходное сечение дополнительного волновода 7 образовано частями боковых стенок 10 корпуса 3, фронтальной стенкой 2 и акустически жестким плоским экраном 11, перекрывающим выходное отверстие 5 основного волновода 4 на величину не менее чем L=(1-2)t.As another option, the speaker system shown in FIGS. 4 and 5 (a variant with a broken deck) can be configured such that the additional waveguide 7 is aligned with the front wall 2 of the housing 3. At the same time, wall 2 is installed at an angle β with an inclination into the internal volume of the main waveguide 4 and is shorter in comparison with the back wall 6 of the housing 3 by a value of t = s / b, where s is the cross-sectional area of the additional waveguide; and b is the width of the front or back walls 2 or 6, respectively, of the casing 3. The passage section of the additional waveguide 7 is formed by parts of the side walls 10 of the casing 3, the front wall 2 and an acoustically rigid flat screen 11 that overlaps the outlet 5 of the main waveguide 4 by an amount not less than L = (1-2) t.

Согласно еще одному варианту акустическая система может быть выполнена в виде двух, соединенных между собой элементами 12 крепления, одинаковых акустических систем (вариант обращенного рупора) с корпусами 3 открытого типа, тыльные стенки 6 которых имеют выпуклую форму (см. фиг.6). Дополнительный волновод 7 образован выпуклыми тыльными стенками 6 корпусов 3, обращенными навстречу друг другу. Выпуклые тыльные стенки 6 отстоят друг от друга на расстоянии h=rа, где rа - радиус активной поверхности диффузора. Для предохранения системы от загрязнений предусмотрена звукопроницаемая мембрана 13.According to another embodiment, the speaker system can be made in the form of two, interconnected fastening elements 12, of the same speaker systems (reversed speaker version) with open-type housings 3, the back walls of which 6 have a convex shape (see FIG. 6). An additional waveguide 7 is formed by the convex rear walls 6 of the buildings 3, facing towards each other. The convex rear walls 6 are separated from each other at a distance h = r a , where r a is the radius of the active surface of the diffuser. A soundproof membrane 13 is provided to protect the system from contamination.

Акустическая система, представленная на фиг.1 и 2, работает следующим образом.The acoustic system shown in figures 1 and 2, operates as follows.

При подаче напряжения звуковой частоты на звуковые катушки громкоговорителя 1 диффузор последнего совершает движения в продольном направлении, что приводит в возбуждение молекулы воздуха точно в соответствии с законом входного напряжения. Возникающие при этом акустические колебания, связанные с ростом и спадом давления воздуха, направлены как во фронтальном направлении - со стороны фронтальной поверхности диффузора, по направлению вектора А, так и со стороны тыльной поверхности диффузора. Акустические колебания со стороны тыльной поверхности диффузора посредством выходного отверстия 5 основного волновода 4 направляются в объем присоединенного дополнительного волновода 7 и далее, отражаясь от акустически жесткого плоского экрана 9, выходят через собственные выходы 8, распространяясь в озвучиваемом пространстве в направлении вектора В в дополнение к акустическим колебаниям в направлении вектора А с разворотом на угол α по отношению к продольной оси громкоговорителя 1, который выбирается в интервале 60°≤α≤120° и определяется, таким образом, геометрическими параметрами дополнительного волновода 7. На фиг. 1 угол α=90°, как частный случай, который является оптимальным значением из предлагаемого углового интервала. В предлагаемом интервале углов α акустические колебания в направлении векторов А и В, хотя и проходят со сдвигом по фазе на 180°, но минимально воздействуют друг на друга в отношении потерь акустической мощности, особенно при α=90°, ввиду того, что эти векторы взаимно перпендикулярны и в соответствии с [4] акустического короткого замыкания между ними не происходит. В противоположность акустическому замыканию в озвучиваемом пространстве происходит по крайней мере удвоение акустической энергии, т.е. удваивается и значение акустического коэффициента полезного действия Кеа.When applying a sound frequency voltage to the sound coils of the loudspeaker 1, the diffuser of the latter moves in the longitudinal direction, which leads to the excitation of an air molecule exactly in accordance with the law of input voltage. The resulting acoustic vibrations associated with an increase and decrease in air pressure are directed both in the frontal direction — from the frontal surface of the diffuser, in the direction of vector A, and from the rear surface of the diffuser. Acoustic vibrations from the rear surface of the diffuser through the outlet 5 of the main waveguide 4 are directed into the volume of the attached additional waveguide 7 and then, reflected from the acoustically rigid flat screen 9, exit through their own outputs 8, propagating in the voiced space in the direction of vector B in addition to acoustic oscillations in the direction of vector A with a rotation through an angle α with respect to the longitudinal axis of loudspeaker 1, which is selected in the interval 60 ° ≤α≤120 ° and determines I, therefore, additional geometrical parameters of the waveguide 7. In FIG. 1 angle α = 90 °, as a special case, which is the optimal value from the proposed angular interval. In the proposed range of angles α, acoustic vibrations in the direction of vectors A and B, although they pass with a phase shift of 180 °, have a minimal effect on each other with respect to acoustic power losses, especially at α = 90 °, because these vectors mutually perpendicular and in accordance with [4] an acoustic short circuit between them does not occur. In contrast to acoustic closure in the voiced space, at least a doubling of acoustic energy occurs, i.e. doubles the value of the acoustic efficiency K ea .

При выборе значений угла α вне указанного интервала, т.е. для α<60 и α>120°, постепенно нарастают потери суммарной акустической мощности, направленных в направлении векторов А и В из-за их возрастающего взаимного влияния друг на друга вследствие интерференции. Поэтому с технической точки зрения приведенные выше неравенства для углов α<60° и α>120° использовать нецелесообразно.When choosing the values of the angle α outside the specified interval, i.e. for α <60 and α> 120 °, the losses of the total acoustic power directed towards the vectors A and B gradually increase due to their increasing mutual influence on each other due to interference. Therefore, from a technical point of view, the above inequalities for angles α <60 ° and α> 120 ° are not practical.

Следует отметить, что в действительности, как показывают экспериментальные данные, полученные в безэховой камере при испытании опытных образцов, подобных описанной акустической системе (см. частотные характеристики на фиг.8, 9, 10, 12, и 13), получается увеличение значения Кеа более чем в 2 раза. Это объясняется тем, что в корпусе 3 отсутствует звукопоглотитель, обычно размещаемый внутри корпуса, что обычно приводит к превращению части акустической мощности от тыльной поверхности диффузора в тепло, а также отсутствует механическая отрицательная реакция со стороны собственно массы звукопоглотителя.It should be noted that in reality, as shown by experimental data obtained in an anechoic chamber when testing prototypes similar to the described acoustic system (see frequency characteristics in Figs. 8, 9, 10, 12, and 13), an increase in the value of K ea more than 2 times. This is because in case 3 there is no sound absorber, usually placed inside the case, which usually leads to the conversion of part of the acoustic power from the rear surface of the diffuser into heat, and there is no mechanical negative reaction from the actual mass of the sound absorber.

Кроме этого описанная конструкция акустической системы позволяет снизить потери акустической мощности, получаемой от тыльной поверхности диффузора, за счет выполнения того условия, что площадь поперечного сечения каждого из волноводов 4 и 7 равна или больше площади активной поверхности диффузора громкоговорителя, что определяется размерами выходного отверстия 5 - для основного волновода 4, и выхода 8 - для дополнительного волновода 7. Благодаря выполнению этого важного условия появляется возможность еще более снизить потери колебательной энергии за счет исключения отрицательного влияния повышенного сопротивления со стороны упругих масс воздуха, находящихся внутри корпуса 3. По существу работа системы организована так, как если бы громкоговоритель работал бы без механических потерь в свободном пространстве. При этом становится реальным увеличение значения Кеа в 6 раз и более.In addition, the described design of the acoustic system allows to reduce the loss of acoustic power received from the rear surface of the diffuser due to the condition that the cross-sectional area of each of the waveguides 4 and 7 is equal to or greater than the active surface area of the speaker cone, which is determined by the size of the outlet 5 - for the main waveguide 4, and output 8 for the additional waveguide 7. Due to the fulfillment of this important condition, it becomes possible to further reduce the loss of vibration th energy by eliminating the negative impact of increased resistance by the elastic mass of air inside the housing 3. In essence, the system operation is organized so as if the speaker would work without mechanical loss in free space. In this case, an increase in the value of K ea by 6 times or more becomes real.

Что касается нелинейных искажений звука, то они также уменьшаются одновременно с увеличением Кеа. Это объясняется опять же тем, что вся акустическая мощность каждого громкоговорителя, создаваемая внутри корпуса 3, излучается в озвучиваемое пространство через основной и дополнительный волноводы 4 и 7, соответственно. Это ведет к исключению возникновения стоячих волн и к значительному уменьшению вероятности возбуждения колебаний во всех корпусных элементах акустической системы. Последнее обстоятельство является особенно важным для нижней части звукового спектра колебаний. Используя изобретение, нелинейные искажения могут быть уменьшены в среднем в 3-8 раз.As for the nonlinear distortions of sound, they also decrease simultaneously with an increase in K ea . This is again explained by the fact that all the acoustic power of each speaker created inside the housing 3 is radiated into the voiced space through the primary and secondary waveguides 4 and 7, respectively. This leads to the exclusion of the occurrence of standing waves and to a significant reduction in the probability of excitation of vibrations in all body elements of the speaker system. The latter circumstance is especially important for the lower part of the sound spectrum of vibrations. Using the invention, nonlinear distortion can be reduced on average 3-8 times.

Кроме всего прочего при анализе частотной характеристики, приведенной на фиг.7, соответствующей рассматриваемой акустической системе, следует, что звук получается объемным. То есть подобная акустическая система может быть использована в качестве стереофонической при рациональном ее размещении в помещении или в салоне автомобиля.In addition, when analyzing the frequency response shown in Fig. 7, corresponding to the speaker system in question, it follows that the sound is surround. That is, a similar speaker system can be used as stereo if it is rationally placed in a room or in a car.

Положительным моментом при работе данной акустической системы можно считать тот факт, что увеличенный в несколько раз электроакустический коэффициент полезного действия Кеа позволяет уменьшить мощность применяемых в акустических системах усилителей низкой частоты, что особенно важно для автономных звуковых систем с питанием от батарей и аккумуляторов.A positive point in the operation of this speaker system can be considered the fact that the increased several times the electro-acoustic efficiency K ea reduces the power used in acoustic systems of low-frequency amplifiers, which is especially important for stand-alone sound systems powered by batteries and accumulators.

Работа акустической системы, выполненной согласно представленного на фиг.4 и 5 варианта, происходит аналогично вышеописанному случаю. Благодаря особенности конструкции, имеющей наклоненную под углом β и укороченную по высоте на величину t фронтальную стенку 2, а также присоединенный к ней дополнительный волновод 7, образованный с использованием акустически жесткого плоского экрана 11, становится возможным направить акустические колебания, создаваемые тыльной поверхностью диффузора громкоговорителя 1, через выходное отверстие 5 основного волновода 4 и далее, осуществив разворот потока акустической энергии вокруг верхней части фронтальной стенки 2, направить его с использованием объема дополнительного волновода 7 через выход 8 в озвучиваемое пространство по направлению вектора В как дополнение к акустическим колебаниям от фронтальной поверхности диффузора, распространяющихся в направлении вектора А, под углом α к последнему. В данном случае угол α=90°, как самый оптимальный. Оговоренные параметры t=s/b и L=(1-2)t необходимо выдерживать, так как они обеспечивают свободное прохождение и выход акустической энергии от тыльной поверхности диффузора громкоговорителя 1. Акустические колебания, распространяющиеся по направлению вектора В, многократно отражаясь от пола и потолка, будут создавать в помещении ощущение объемного звучания.The operation of the speaker system, made in accordance with the embodiment of FIGS. 4 and 5, proceeds similarly to the case described above. Due to the design feature having the front wall 2 inclined at an angle β and shortened by a height t by an amount t, as well as an additional waveguide 7 connected thereto, formed using an acoustically rigid flat screen 11, it becomes possible to direct the acoustic vibrations generated by the back surface of the speaker cone 1 , through the outlet 5 of the main waveguide 4 and further, by turning the flow of acoustic energy around the upper part of the frontal wall 2, direct it with mations additional volume of the waveguide 7 via the outlet 8 in the direction of the space voiced by the vector B as a supplement to acoustic vibrations from the front surface of the diffuser, propagating in the direction of the vector A at an angle α to the latter. In this case, the angle α = 90 °, as the most optimal. The specified parameters t = s / b and L = (1-2) t must be maintained since they provide free passage and output of acoustic energy from the back surface of the speaker cone 1. Acoustic vibrations propagating in the direction of vector B, repeatedly reflected from the floor and ceiling, will create a sense of surround sound in the room.

В варианте с двумя одинаковыми акустическими системами, тыльные стенки 6 которых имеют выпуклую форму, акустическая мощность со стороны тыльных поверхностей диффузоров от двух симметрично установленных громкоговорителей 1, пройдя выходные отверстия 5 основного волновода 4, суммируются и с помощью общего дополнительного волновода 7 разворачиваются и направляются в озвучиваемое пространство по направлениям векторов В дополнение к двухсторонним акустическим колебаниям, распространяющимся по направлению векторов А от фронтальных поверхностей диффузоров двух громкоговорителей 1. Тыльные стенки 6 корпусов 3 отстоят друг от друга на расстоянии h, которое определяется радиусом rа активной поверхности каждого из диффузоров. При этом необходимо выполнить условие, касающееся площади проходного сечения основного волновода 4 в сечении с выходным отверстием 5, обеспечивающее свободное прохождение акустической энергии в объем дополнительного волновода 7. Исходя из этого радиус r выходного отверстия 5 должен выбираться не менее чем радиус rа активной поверхности диффузора каждого громкоговорителя 1. Обеспечивая указанные выше конструктивные соотношения для h и r, автоматически обеспечивается процесс перехода полной акустической энергии из основного волновода 4 в дополнительный волновод 7 и далее - в озвучиваемое пространство. Причем на выходе дополнительного волновода 7 формируются акустические колебания по направлению вектора В, которые распространяются в объемном круговом секторе, значительно дополняя два акустических потока, распространяющихся по направлению векторов А, создавая ощущение объемного звучания без потери мощности звучания низких частот. Подобная акустическая система весьма предпочтительна к использованию в условиях скрытого пространства, например на улицах города, стадионах и т.п..In the variant with two identical acoustic systems, the rear walls 6 of which have a convex shape, the acoustic power from the rear surfaces of the diffusers from two symmetrically installed loudspeakers 1, having passed the output openings 5 of the main waveguide 4, are summed up and deployed with the help of a common additional waveguide 7 and sent to voiced space in the directions of the vectors In addition to the two-way acoustic vibrations propagating in the direction of the vectors A from the front ones NOSTA diffusers two speakers 1. The rear wall 6 of the housings 3 are spaced apart by a distance h, which is defined by a radius r and an active surface of each of the diffusers. In this case, it is necessary to fulfill the condition regarding the passage area of the main waveguide 4 in cross section with the outlet 5, providing free passage of acoustic energy into the volume of the additional waveguide 7. Based on this, the radius r of the outlet 5 should be selected not less than the radius r and the active surface of the diffuser of each loudspeaker 1. Providing the above structural relationships for h and r, the process of transferring the total acoustic energy from the main waveguide 4 to additional waveguide 7 and further into the voiced space. Moreover, at the output of the additional waveguide 7, acoustic vibrations are generated in the direction of the vector B, which propagate in the volume circular sector, significantly supplementing the two acoustic flows propagating in the direction of the vectors A, creating a sensation of surround sound without loss of low-frequency sound power. Such a speaker system is highly preferred for use in a confined space, such as on city streets, stadiums, etc.

Таким образом, изобретение позволяет увеличить электроакустический коэффициент полезного действия Кеа акустической системы за счет дополнительного использования акустической мощности, создаваемой тыльной поверхностью диффузора громкоговорителя. Акустическая мощность с помощью присоединенного дополнительного волновода выводится под оптимальным углом в озвучиваемое пространство и направляется как дополнение к основной акустической мощности от фронтальной поверхности диффузора громкоговорителя. Одновременно изобретение позволяет уменьшить нелинейные искажения звука.Thus, the invention allows to increase the electro-acoustic efficiency K ea of the acoustic system due to the additional use of acoustic power generated by the back surface of the speaker cone. The acoustic power with the help of an attached additional waveguide is output at an optimum angle into the sound space and is sent as an addition to the main acoustic power from the front surface of the speaker cone. At the same time, the invention allows to reduce the nonlinear distortion of sound.

Источники информацииSources of information

1. Шишковский З. Основы электроакустики, Польша, Варшава, Научно-техническое изд-во, 1965 г., с.491, рис.15.21а.1. Shishkovsky Z. Fundamentals of electroacoustics, Poland, Warsaw, Scientific and Technical Publishing House, 1965, p. 491, Fig. 15.21a.

2. Шишковский З. Основы электроакустики, Польша, Варшава, Научно-техническое изд-во, 1965 г., с.491, рис.15.216.2. Shishkovsky Z. Fundamentals of electroacoustics, Poland, Warsaw, Scientific and Technical Publishing House, 1965, p. 491, Fig. 15.216.

3. Патент США №1869178, опубл. 1932 г. (прототип).3. US Patent No. 1869178, publ. 1932 (prototype).

4. Малов Н.Н. Основы теории колебаний. М.: Просвещение, 1971 г., с.62.4. Malov N.N. Fundamentals of the theory of oscillations. M .: Education, 1971, p. 62.

Claims (5)

1. Способ излучения звуковых сигналов во внешнее пространство с помощью акустической системы, содержащей громкоговоритель, заключающийся в том, что формируют один звуковой поток от фронтальной поверхности диффузора громкоговорителя, совпадающий по направлению с его продольной осью, а другой - от тыльной поверхности диффузора, последний направляют во внешнее пространство в дополнение к первому звуковому потоку с помощью волноводов акустической системы, отличающийся тем, что звуковой поток от тыльной поверхности диффузора направляют на выход из акустической системы посредством волноводов, площадь проходного поперечного сечения каждого из которых не менее чем площадь активной поверхности диффузора, а на выходе из акустической системы - под углом 60°≤α≤120° по отношению к звуковому потоку от фронтальной поверхности диффузора громкоговорителя.1. The method of emitting sound signals into the external space using an acoustic system containing a loudspeaker, which consists in the fact that they form one sound stream from the front surface of the loudspeaker diffuser, coinciding in direction with its longitudinal axis, and the other from the back surface of the diffuser in the external space in addition to the first sound stream using the waveguides of the speaker system, characterized in that the sound stream from the rear surface of the diffuser is directed to exit from the acoustic system by means of waveguides, the cross-sectional area of each of which is not less than the active surface area of the diffuser, and at the exit from the acoustic system, at an angle of 60 ° ≤α≤120 ° with respect to the sound stream from the front surface of the speaker cone. 2. Акустическая система, содержащая по меньшей мере один громкоговоритель, установленный на одной из стенок корпуса, внутренний объем которого образует основной волновод, имеющий выходное отверстие во внешнее пространство, отличающаяся тем, что система выполнена по меньшей мере с одним дополнительным волноводом, присоединенным к выходному отверстию основного волновода и имеющим собственный выход во внешнее пространство, направленный под углом α = 60 - 120° по отношению к продольной оси громкоговорителя, причем площадь поперечного сечения каждого волновода равна или больше площади активной поверхности диффузора громкоговорителя, при этом громкоговоритель установлен на фронтальной стенке корпуса.2. An acoustic system containing at least one loudspeaker mounted on one of the walls of the housing, the internal volume of which forms a main waveguide having an outlet in the outer space, characterized in that the system is made with at least one additional waveguide connected to the output the opening of the main waveguide and having its own exit into the external space directed at an angle α = 60 - 120 ° with respect to the longitudinal axis of the loudspeaker, and the cross-sectional area each waveguide is equal to or greater than the area of the active surface of the loudspeaker diffuser, while the loudspeaker is mounted on the front wall of the housing. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный волновод совмещен с тыльной стенкой корпуса и имеет акустически жесткий экран.3. The system according to claim 1, characterized in that the additional waveguide is aligned with the back wall of the housing and has an acoustically rigid screen. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный волновод совмещен с фронтальной стенкой корпуса, установленной под углом с наклоном во внутренний объем основного волновода и выполненной короче по высоте по сравнению с тыльной стенкой корпуса на величину t=s/b, где s - площадь поперечного сечения дополнительного волновода, а b - ширина фронтальной или тыльной стенки корпуса, при этом проходное сечение дополнительного волновода образовано частями боковых стенок корпуса, фронтальной стенкой и акустически жестким экраном, перекрывающим выходное отверстие основного волновода на величину не менее чем L=1-2t.4. The system according to claim 1, characterized in that the additional waveguide is aligned with the front wall of the casing, installed at an angle with a slope in the internal volume of the main waveguide and is shorter in height compared to the back wall of the casing by t = s / b, where s is the cross-sectional area of the additional waveguide, and b is the width of the front or back wall of the casing, while the passage section of the additional waveguide is formed by parts of the side walls of the casing, the front wall and an acoustically rigid screen overlapping the output hole of the main waveguide by an amount not less than L = 1-2t. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что система выполнена в виде соединенных между собой одинаковых акустических систем с корпусами открытого типа, тыльные стенки которых имеют выпуклую форму, при этом дополнительный волновод образован выпуклыми стенками корпусов, обращенными навстречу друг другу и отстоящими друг от друга на расстояние h=r, где r - радиус активной поверхности диффузора.5. The system according to claim 1, characterized in that the system is made in the form of interconnected identical acoustic systems with open housings, the rear walls of which are convex in shape, while the additional waveguide is formed by the convex walls of the housings facing each other and spaced apart from each other at a distance h = r, where r is the radius of the active surface of the diffuser.
RU2002115803A 2002-06-14 2002-06-14 Method and device for radiating audio signals into environment RU2237981C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002115803A RU2237981C2 (en) 2002-06-14 2002-06-14 Method and device for radiating audio signals into environment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002115803A RU2237981C2 (en) 2002-06-14 2002-06-14 Method and device for radiating audio signals into environment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002115803A RU2002115803A (en) 2004-01-27
RU2237981C2 true RU2237981C2 (en) 2004-10-10

Family

ID=33537022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002115803A RU2237981C2 (en) 2002-06-14 2002-06-14 Method and device for radiating audio signals into environment

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2237981C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2462829C2 (en) * 2007-12-27 2012-09-27 Моторола Мобилити, Инк. Devices and methods to improve frequency output of portable audio device
US8712086B2 (en) 2007-12-27 2014-04-29 Motorola Mobility Llc Acoustic reconfiguration devices and methods
CN104378711A (en) * 2014-12-02 2015-02-25 北京京东方多媒体科技有限公司 Loudspeaker and television with same
RU205770U1 (en) * 2020-12-18 2021-08-11 Роман Валерьевич Быстреев SPEAKER

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2462829C2 (en) * 2007-12-27 2012-09-27 Моторола Мобилити, Инк. Devices and methods to improve frequency output of portable audio device
US8712086B2 (en) 2007-12-27 2014-04-29 Motorola Mobility Llc Acoustic reconfiguration devices and methods
CN104378711A (en) * 2014-12-02 2015-02-25 北京京东方多媒体科技有限公司 Loudspeaker and television with same
CN104378711B (en) * 2014-12-02 2018-06-22 北京京东方多媒体科技有限公司 A kind of loud speaker and the television set equipped with the loud speaker
US10291984B2 (en) 2014-12-02 2019-05-14 Boe Technology Group Co., Ltd. Speaker, television provided with the speaker and multimedia device
RU205770U1 (en) * 2020-12-18 2021-08-11 Роман Валерьевич Быстреев SPEAKER

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002115803A (en) 2004-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2005244853B2 (en) Closed loop embedded audio transmission line technology
US9930443B1 (en) Active acoustic meta material loudspeaker system and the process to make the same
JP2673002B2 (en) Speaker system
US9641923B2 (en) Transducer system driven by a signal time delay
US5177329A (en) High efficiency low frequency speaker system
WO1999037118A1 (en) Speaker and electronic apparatus using speaker
JPH11220789A (en) Electrical acoustic conversion device
JPH01254096A (en) Acoustic equipment
US11381905B2 (en) Passive acoustic meta material audio amplifier and the method to make the same
US20100142741A1 (en) Loudspeaker
KR20070078821A (en) A loud speaker device
KR200417799Y1 (en) Electroacoustic conversion unit having an output structure of the same phase bass reversal method
US10616679B2 (en) Passive acoustic meta material audio amplifier and the method to make the same
Rivet et al. Multi-degree-of-freedom low-frequency electroacoustic absorbers through coupled resonators
RU2237981C2 (en) Method and device for radiating audio signals into environment
US20170006379A1 (en) A Sound Diffusion System for Directional Sound Enhancement
US6298140B1 (en) Electroacoustic transducer with improved tonal quality
JP4338102B1 (en) Speaker system
US4147229A (en) Vibratile mode speaker cabinet
JP3356847B2 (en) Sound source configuration method
EP1125473B1 (en) Acoustic device according to bending wave principle
CN110475185B (en) Acoustic radiation assembly and sound production device
CN207022199U (en) sound-producing device
JPH11308691A (en) Loud speaker system
RU2086074C1 (en) Acoustic system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160615