RU2653089C1 - Pneumatic loudspeaker - Google Patents

Pneumatic loudspeaker Download PDF

Info

Publication number
RU2653089C1
RU2653089C1 RU2017107612A RU2017107612A RU2653089C1 RU 2653089 C1 RU2653089 C1 RU 2653089C1 RU 2017107612 A RU2017107612 A RU 2017107612A RU 2017107612 A RU2017107612 A RU 2017107612A RU 2653089 C1 RU2653089 C1 RU 2653089C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pneumatic
compressed air
air
loudspeaker
loudspeakers
Prior art date
Application number
RU2017107612A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Анатольевич Жариков
Original Assignee
Игорь Анатольевич Жариков
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 Игорь Анатольевич Жариков filed Critical Игорь Анатольевич Жариков
Priority to RU2017107612A priority Critical patent/RU2653089C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2653089C1 publication Critical patent/RU2653089C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K13/00—Cones, diaphragms, or the like, for emitting or receiving sound in general
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
    • H04R1/30—Combinations of transducers with horns, e.g. with mechanical matching means, i.e. front-loaded horns
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
    • H04R9/08—Microphones

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)

Abstract

FIELD: acoustic instrument making.
SUBSTANCE: present invention relates to the field of acoustic instrumentation, in particular to high-capacity pneumatic loudspeakers. All previously known and similar devices, despite all the possible constructive improvements of their authors, namely, the crushing of the air flow (the use of modulation gratings), the creation of multi-loop systems, the introduction of local negative feedback on the sound pressure, did not lead to the desired result. Unfortunately, in all the devices described above, they did not manage to overcome their main disadvantages: a high level of nonlinear distortion, because the dependence of pressure in the air jet is associated with its velocity according to a nonlinear law (according to Bernoulli), as well as strong intrinsic noise caused by the flow of a continuous flow of air through the modulating part of the device with the inevitable turbulence, which means noises. There is no saving of compressed air in pauses and with quiet sounds. It should be noted that at present, pneumatic loudspeakers are practically not used, the reason for this is the above mentioned shortcomings. In the claimed loudspeaker, it was decided for the first time to abandon the control of airflow by continuous, analogous law. It is proposed to apply the same method for the formation of sound pressure waves in a pneumatic loudspeaker, which has long been used successfully in the field of power electronics, namely pulse width modulation. Only here there is a control not by an electric current, but by a stream of air. In the claimed loudspeaker, a sequence of pulses of compressed air of constant pressure are used to obtain sound waves, the duration control of which occurs in accordance with the amplified signal. In other words, the process of pulse-width modulation (PWM) of the air flow is carried out. Dependence of the resulting intensity of a sequence of pulses on their duration is linear. It is also proposed to sum the reproduced signal with its envelope. This will lead to an increase in the economy of the device for compressed air.
EFFECT: technical result observed in the implementation of the claimed invention is a low level of nonlinear distortion, as well as the reduction of noise in pneumatic loudspeakers arising at intermediate positions of the modulating gate when the air flow passes through any inhomogeneity.
3 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.

Настоящее изобретение относится к области техники "акустическое приборостроение", в частности к пневматическим громкоговорителям высокой мощности.The present invention relates to the field of engineering "acoustic instrumentation", in particular to high-power pneumatic loudspeakers.

Уровень техники.The level of technology.

Известны устройства, описанные в литературе: Олсон Г.Ф., Масса Ф. Прикладная акустика, пер. с англ. М., 1938; Беранек Л. Акустические измерения, пер. с англ. М., 1952. С 170 приводятся характеристики, но недостаточно сведений о их конструкции.Known devices described in the literature: Olson G.F., Massa F. Applied Acoustics, trans. from English M., 1938; Beranek L. Acoustic measurements, trans. from English M., 1952. With 170 characteristics are given, but not enough information about their design.

В авторском свидетельстве СССР №35899 от 30 апреля 1934 года, автор - А.В. Рогунов описан пневматический громкоговоритель с двух контурной системой управления воздушным потоком и местной отрицательной обратной связью по звуковому давлению.In the USSR author's certificate No. 35899 of April 30, 1934, the author is A.V. Rogunov described a pneumatic loudspeaker with a two-loop airflow control system and local negative feedback on sound pressure.

Наиболее близок по назначению и параметрам к предлагаемому устройству электропневматический преобразователь, описанный в авторском свидетельстве СССР №964409 от 7 июля 1982 г., автор Я.И. Балахонцев (прототип).The closest in purpose and parameters to the proposed device is an electro-pneumatic converter described in USSR author's certificate No. 964409 of July 7, 1982, by Ya.I. Balakhontsev (prototype).

Все описанные свыше и им подобные устройства, несмотря на всевозможные конструктивные усовершенствования их авторов, а именно - дробление воздушного потока (использование модуляционных решеток), создание многоконтурных систем, введение местной отрицательной обратной связи по звуковому давлению, не привели к желаемому результату. К сожалению, во всех описанных выше устройствах не удалось преодолеть главные их недостатки: высокий уровень нелинейных искажений, потому что зависимость давления в воздушной струе связана с ее скоростью по нелинейному закону (по Бернулли), а также сильные собственные шумы обусловленные протеканием непрерывного потока воздуха через модулирующую часть устройства с неизбежной турбулентностью, а значит шумами. Не предусмотрена экономия сжатого воздуха в режиме молчания. Нужно отметить, что в настоящее время пневматические громкоговорители практически не применяются, причина тому - вышеуказанные недостатки.All the devices described above and similar ones, despite all the possible structural improvements of their authors, namely, crushing the air flow (using modulation gratings), creating multi-circuit systems, introducing local negative feedback on sound pressure, did not lead to the desired result. Unfortunately, in all the devices described above, they failed to overcome their main disadvantages: a high level of nonlinear distortion, because the pressure dependence in the air stream is related to its speed according to a nonlinear law (according to Bernoulli), as well as strong intrinsic noises due to the flow of a continuous air stream through the modulating part of the device with inevitable turbulence, which means noise. There is no saving in compressed air in silent mode. It should be noted that at present, pneumatic loudspeakers are practically not used, the reason for this is the above disadvantages.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Задачей изобретения является устранение главных недостатков пневматических громкоговорителей - высокого уровня нелинейных искажений и сильных собственных шумов, а также неэкономичности по сжатому воздуху.The objective of the invention is to eliminate the main disadvantages of pneumatic loudspeakers - a high level of non-linear distortion and strong intrinsic noise, as well as the uneconomy of compressed air.

Технический результат достигается за счет того, что решено отказаться от управления воздушным потоком по непрерывному аналоговому закону. Предлагается применить для формирования волн звукового давления в пневматическом громкоговорителе последовательность импульсов сжатого воздуха неизменного давления, управление длительностью которых происходит в соответствии с усиливаемым сигналом. Другими словами - осуществляется процесс широтно-импульсной модуляции (ШИМ) воздушного потока. Зависимость результирующей интенсивности последовательности импульсов от их длительности линейна. Отсюда вытекает существенное достоинство заявленного громкоговорителя - низкий уровень нелинейных искажений. Другой важный момент - шумы в пневматических громкоговорителях возникают, в основном, при промежуточных положениях модулирующей задвижки, когда воздушный поток проходит через какую-либо неоднородность. В заявленном устройстве время переходных процессов при модуляции стремится к нулю. Поэтому радикально снижаются собственные шумы такого громкоговорителя. Также предлагается суммировать воспроизводимый сигнал с его огибающей. Это приведет к увеличению экономичности заявленного пневматического громкоговорителя по сжатому воздуху.The technical result is achieved due to the fact that it was decided to abandon the control of air flow according to a continuous analog law. It is proposed to apply for the formation of sound pressure waves in a pneumatic loudspeaker a sequence of pulses of compressed air of constant pressure, the duration of which is controlled in accordance with the amplified signal. In other words, the process of pulse width modulation (PWM) of the air flow. The dependence of the resulting intensity of the pulse sequence on their duration is linear. This implies a significant advantage of the claimed speaker - a low level of non-linear distortion. Another important point is that noises in pneumatic loudspeakers arise mainly at intermediate positions of the modulating valve, when the air flow passes through some kind of inhomogeneity. In the claimed device, the time of transients during modulation tends to zero. Therefore, the intrinsic noise of such a speaker is drastically reduced. It is also proposed to summarize the reproduced signal with its envelope. This will increase the efficiency of the claimed pneumatic loudspeaker for compressed air.

Описание чертежей.Description of the drawings.

На фиг. 1 показан поперечный разрез заявленного пневматического громкоговорителя. На фиг. 2 крупно показан поперечный разрез его модулирующей части.In FIG. 1 shows a cross section of the claimed pneumatic loudspeaker. In FIG. 2 is a large cross-sectional view of its modulating portion.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Устройство заявленного пневматического громкоговорителя: Вдоль образующих пустотелого цилиндра 1 равномерно выполнены узкие щели. Цилиндр 1 имеет возможность вращаться вокруг своей оси и снабжен приводом для его вращения. Подобные цилиндры применяются в ультразвуковых сиренах Зеебека. Но в предлагаемом устройстве щели имеют минимально возможную ширину, количество щелей и скорость вращения цилиндра таковы, что частота прохождения щелями модуляционного окна 3 выше области звуковых частот - ультразвук около 25 кГц. С минимально возможными зазорами внутри цилиндра 1 неподвижно установлен пустотелый сектор 2, служащий для подвода сжатого воздуха к щелям цилиндра 1, а снаружи модуляционное окно 3, снабженное модулирующей задвижкой 4. Ширина открытой части окна 3, а значит и длительность импульсов сжатого воздуха зависит от положения модулирующей задвижки 4. Модулирующая задвижка 4 механически связана с катушкой электромагнитной системы 5.The device of the claimed pneumatic loudspeaker: Along the generators of the hollow cylinder 1, narrow slots are uniformly made. The cylinder 1 has the ability to rotate around its axis and is equipped with a drive for its rotation. Similar cylinders are used in Seebeck ultrasonic sirens. But in the proposed device, the slots have the smallest possible width, the number of slots and the cylinder rotation speed are such that the frequency of passage of the slots of the modulation window 3 above the region of sound frequencies - ultrasound is about 25 kHz. With the smallest possible gaps inside the cylinder 1, the hollow sector 2 is fixedly installed, which serves to supply compressed air to the slots of the cylinder 1, and outside the modulation window 3, equipped with a modulating valve 4. The width of the open part of the window 3, and hence the duration of the compressed air pulses, depends on the position modulating valve 4. Modulating valve 4 is mechanically connected to the coil of the electromagnetic system 5.

Электромагнитная система 5 устроена точно так, как у электродинамического громкоговорителя, особенностей не имеет. Модуляционное окно 3 выходит в акустический фильтр 6. Акустический фильтр 6 представляет собой известный резонатор Гельмгольца, служащий для интегрирования последовательности импульсов сжатого воздуха и подавления паразитной ультразвуковой составляющей, неизбежно возникающей при работе устройства. На выходе акустического фильтра 6 имеется рупор 7 для придания направления звуковым волнам, излучаемым громкоговорителем.The electromagnetic system 5 is arranged exactly like that of an electrodynamic loudspeaker, it has no peculiarities. The modulation window 3 exits into the acoustic filter 6. The acoustic filter 6 is a well-known Helmholtz resonator, which serves to integrate the pulse train of compressed air and suppress the parasitic ultrasonic component that inevitably occurs during operation of the device. At the output of the acoustic filter 6 there is a horn 7 for giving direction to the sound waves emitted by the loudspeaker.

Работает заявленный громкоговоритель следующим образом.The claimed speaker works as follows.

Сжатый воздух от компрессора подается во внутреннюю полость пустотелого сектора 2, который своей открытой частью обращен к пустотелому цилиндру со щелями 1. Цилиндр 1 вращается и через его щели поочередно сжатый воздух проходит в открытую часть модуляционного окна 3. Ширина открытой части модуляционного окна 3 зависит от положения модулирующей задвижки 4. Модулирующая задвижка 4 получает возвратно-поступательное движение от электромагнитной системы 5, звуковая катушка которой подключается к источнику звукового сигнала. То есть, ширина открытой части модуляционного окна 3 изменяется в соответствии с входным звуковым сигналом. Для экономии сжатого воздуха воспроизводимый громкоговорителем сигнал суммируется со своей огибающей. Таким образом, что при максимальной громкости расход воздуха максимален, а в паузах сигнала - минимален. В период времени, когда щель цилиндра 1 проходит напротив открытой части модуляционного окна 3, через нее сжатый воздух из сектора 2 входит в полость акустического фильтра 6. Длительность сформированного таким образом импульса сжатого воздуха линейно зависит от ширины открытой части модуляционного окна 3. Другими словами осуществляется процесс широтно-импульсной модуляции (ШИМ) последовательности импульсов сжатого воздуха. Подобным образом поступают в области силовой электроники, когда для улучшения энергетических характеристик различного рода регуляторов мощности применяют широтно-импульсную (ШИМ) - модуляцию. В предлагаемом громкоговорителе также осуществляется ШИМ импульсов сжатого воздуха. Проинтегрированная по времени последовательность импульсов постоянной амплитуды линейно зависит от их длительности - отсюда вытекает высокая линейность (низкий уровень нелинейных искажений) заявленного пневматического громкоговорителя. В полости фильтра 6 происходит интегрирование импульсов сжатого воздуха, одновременно подавляется нежелательная ультразвуковая составляющая и выделяются волны звукового давления. Волны звукового давления из акустического фильтра 6 выходят в рупор 7, где им придается направление.Compressed air from the compressor is fed into the inner cavity of the hollow sector 2, which with its open part faces the hollow cylinder with slots 1. Cylinder 1 rotates and alternately compressed air passes through its slots into the open part of the modulation window 3. The width of the open part of the modulation window 3 depends on the position of the modulating valve 4. The modulating valve 4 receives a reciprocating movement from the electromagnetic system 5, the voice coil of which is connected to the source of the sound signal. That is, the width of the open portion of the modulation window 3 changes in accordance with the input audio signal. To save compressed air, the signal reproduced by the loudspeaker is added to its envelope. Thus, at maximum volume, the air flow is maximum, and in the pauses of the signal it is minimal. In the period of time when the slit of the cylinder 1 passes opposite the open part of the modulation window 3, through it the compressed air from sector 2 enters the cavity of the acoustic filter 6. The duration of the compressed air pulse thus generated linearly depends on the width of the open part of the modulation window 3. In other words, pulse width modulation (PWM) process of a pulse sequence of compressed air. This is similarly done in the field of power electronics, when pulse-width (PWM) modulation is used to improve the energy characteristics of various kinds of power controllers. The proposed loudspeaker also carries out PWM pulses of compressed air. The time-integrated sequence of pulses of constant amplitude linearly depends on their duration - this implies the high linearity (low level of non-linear distortion) of the claimed pneumatic loudspeaker. In the cavity of the filter 6, the pulses of compressed air are integrated, while the unwanted ultrasonic component is suppressed and sound pressure waves are emitted. The sound pressure waves from the acoustic filter 6 go into the speaker 7, where they are given direction.

Claims (3)

1. Пневматический громкоговоритель, включающий в себя пустотелый вращающийся вокруг своей оси цилиндр с узкими щелями вдоль образующей, устройство подачи сжатого воздуха в виде объемного пустотелого сектора, расположенного внутри цилиндра, модуляционное окно, ширина которого изменяется посредством задвижки, механически связанной с катушкой в магнитном поле, подключенной к источнику сигнала, отличающийся тем, что в нем формирование волн звукового давления происходит путем изменения длительности импульсов сжатого воздуха.1. A pneumatic loudspeaker, which includes a hollow cylinder rotating around its axis with narrow slots along the generatrix, a compressed air supply device in the form of a volume hollow sector located inside the cylinder, a modulation window, the width of which is changed by a valve mechanically connected to the coil in a magnetic field connected to the signal source, characterized in that in it the formation of sound pressure waves occurs by changing the pulse duration of the compressed air. 2. Пневматический громкоговоритель по п. 1, отличающийся тем, что на выходе установлен резонатор Гельмгольца, служащий для интегрирования широтно-модулированных импульсов сжатого воздуха и подавления нежелательной ультразвуковой составляющей в излучаемом звуке.2. The pneumatic loudspeaker according to claim 1, characterized in that a Helmholtz resonator is installed at the output, which serves to integrate the pulse-width modulated pulses of compressed air and suppress the undesirable ultrasonic component in the emitted sound. 3. Пневматический громкоговоритель по п. 1, отличающийся тем, что сигнал звуковой частоты, подающийся на электромагнитную систему, суммируется с огибающей этого сигнала звуковой частоты таким образом, что при паузах расход воздуха минимален, а при громких звуках максимален.3. The pneumatic loudspeaker according to claim 1, characterized in that the sound frequency signal supplied to the electromagnetic system is summed with the envelope of this sound frequency signal so that during pauses the air flow is minimal, and at loud sounds it is maximum.
RU2017107612A 2017-03-07 2017-03-07 Pneumatic loudspeaker RU2653089C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017107612A RU2653089C1 (en) 2017-03-07 2017-03-07 Pneumatic loudspeaker

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017107612A RU2653089C1 (en) 2017-03-07 2017-03-07 Pneumatic loudspeaker

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2653089C1 true RU2653089C1 (en) 2018-05-07

Family

ID=62105468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017107612A RU2653089C1 (en) 2017-03-07 2017-03-07 Pneumatic loudspeaker

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2653089C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU964709A2 (en) * 1980-03-26 1982-10-07 Предприятие П/Я Г-4736 Electropneumatic converter
US5191697A (en) * 1990-10-05 1993-03-09 Kabushiki Kaisha Kenwood Loudspeaker damper and method of manufacturing the same
US20020034315A1 (en) * 1994-03-29 2002-03-21 Auerbach Richard E. Loudspeaker spider, method of making it and loudspeaker incorporating it
RU57066U1 (en) * 2006-03-24 2006-09-27 Анатолий Владимирович Черенков COMMUNICATION DEVICE IN INSULATING RESPONSE PROTECTORS
US8925478B2 (en) * 2012-05-01 2015-01-06 Curtis E. Graber Directional isophasic toroidal whistle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU964709A2 (en) * 1980-03-26 1982-10-07 Предприятие П/Я Г-4736 Electropneumatic converter
US5191697A (en) * 1990-10-05 1993-03-09 Kabushiki Kaisha Kenwood Loudspeaker damper and method of manufacturing the same
US20020034315A1 (en) * 1994-03-29 2002-03-21 Auerbach Richard E. Loudspeaker spider, method of making it and loudspeaker incorporating it
RU57066U1 (en) * 2006-03-24 2006-09-27 Анатолий Владимирович Черенков COMMUNICATION DEVICE IN INSULATING RESPONSE PROTECTORS
US8925478B2 (en) * 2012-05-01 2015-01-06 Curtis E. Graber Directional isophasic toroidal whistle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9736595B2 (en) Two port speaker acoustic modulator
CN1531835B (en) Sound transmitter and speaker
US20120182136A1 (en) Vehicle approach warning apparatus
US4071112A (en) Horn loudspeaker
JP6274497B2 (en) Parametric speaker
KR20000023778A (en) Acoustic heterodyne device and method
WO2020029959A1 (en) Multi-engine array system and loudspeaker
JP2012523735A (en) Audio driver
US11172310B2 (en) Sound producing device
CN101282590B (en) High-efficiency complete-modulation pneumatic loudspeaker
RU2653089C1 (en) Pneumatic loudspeaker
EP1755357B1 (en) Coaxial two-way drive unit for horn speakers
WO2017004913A1 (en) Pneumatic sounder and control system thereof
US20020003888A1 (en) Longitudinally divided loudspeaker port with increased aerodynamic efficiency
JP6171752B2 (en) Noise reduction device
JP2004349795A (en) Local space loudly speaking method and program thereof, local space loudspeaker, and recording medium recording the program
CN106507257A (en) Magnetic film oscillating flat plate speaker and its assembly method
JP6277314B1 (en) Speaker device
US2923782A (en) Loudspeakers
JP2021532633A (en) How to generate parametric sounds and how to do this
KR102289262B1 (en) Amplifier for super directional speaker
US11323816B2 (en) Techniques for generating audio signals
US4161632A (en) Pneumatic acoustic transducer with ferromagnetic fluid valve
WO2022099537A1 (en) Mems ultrasonic transducer-based miniature loudspeaker
CN210725322U (en) Loudspeaker capable of improving high-frequency response

Legal Events

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

Effective date: 20190308