RU2819136C1 - Секционный рассеиватель звукового поля в акустической системе - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к акустике. Секционный рассеиватель звукового поля акустических систем представляет собой габаритную полость в форме кольца или прямоугольника определенной высоты, установленную непосредственно в выходном отверстии динамического громкоговорителя и (или) фазоинвертора акустических систем, внутри которой расположены несколько аналогичных колец меньшего диаметра или радиальных или параллельных плоскостей, разделяющих полость кольца или прямоугольника на несколько сквозных секций, площади поперечных сечений которых взаимосвязаны системой расчета последовательной линейки их номиналов по количеству секций и коэффициенту их градации для попарного распределения секций с максимальным коэффициентом градации. Технический результат - усиление диффузии звукового поля, обеспечивающее качественное звучание фонограмм с формированием панорамной звуковой картины с естественным тембром, минимизацией искажений и высокой четкостью. 7 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 фото.

Description

Изобретение относится к акустической технике, в частности, к акустическим системам (АС) нижнего и среднечастотного диапазонов воспроизводимых частот, используемых практически во всех видах звуковоспроизводящей аппаратуры.

Задача повышения качества звучания АС решается производителями аппаратуры и любителями по широкому спектру направлений - от совершенствования конструкций АС и динамических громкоговорителей (ДГ), до разработки новых материалов для их изготовления, а также специального оформления помещений для прослушивания - концертных залов, кинотеатров и комнат для прослушивания, касающееся их форм, рельефа стен, потолков, используемых для этого материалов и т.д. Конечная цель этих оформлений - создание пространственного и временного рассеивания звуковых волн воспроизводимых фонограмм, т.е. получение оптимальной диффузии звукового поля в объеме помещения, в котором находятся слушатели.

Известно много технических решений для повышения диффузии звукового поля. Все они направлены на оптимальное сочетание процессов диффузного отражения и рассеивания и относятся к изменению формы поверхностей помещений для прослушивания. Одним из решений являются различные конструкции диффузора Шредера. Однако у этого направления, как и у других, есть серьезные недостатки - большие материальные затраты, технические сложности их реализации, потребность в специальных помещениях, недоступных в жилых условиях для основной массы слушателей. Автором поставлена задача создания звукового поля оптимальной диффузии, обеспечивающей качественное звучание воспроизводимых фонограмм в реальных бытовых условиях при отсутствии каких-либо доработок помещений для прослушивания или их минимизации, а также упрощения требований к оформлению залов массового прослушивания. Ее решение состоит в совмещении элементов, обеспечивающих диффузное рассеивание и отражение звуковой энергии и выходного массива звукового поля акустических систем в одну конструкцию.

Известно, что диффузия звукового поля увеличивается при отражении и рассеивании звуковых волн от поверхностей, находящихся в разных плоскостях. Рабочий частотный диапазон рассеивания зависит от величины перепада плоскостей и их площадей. Чем меньше эти параметры, тем на более высоких частотах происходит их отражение и рассеивание. Для расширения частотного диапазона рассеивания увеличивают их разброс.

Поставленная задача решается установкой непосредственно в выходное отверстие динамического громкоговорителя (ДГ) и (или) фазоинвертора (ФИ) секционного рассеивателя звукового поля. Рассеиватель представляет габаритную полость в виде цилиндрического, эллипсного, конусного кольца или прямоугольника определенной высоты, сопряженного по периметру по форме и размеру с выходным отверстием АС. Внутри габаритной полости установлены такие же цилиндрические, эллипсные, конусные кольца меньшего диаметра или радиальные или параллельные плоскости, образующие между собой секционные сквозные полости. Эффективность работы рассеивателя определяется взаимосвязью величин площадей поперечного сечения образованных секций. При установке секций равной площади эффективность рассеивателя минимальна и практически он не меняет звуковую картину. Однако, при наличии в рассеивателе секций разной площади звуковая картина резко меняется и достигает максимального качества при определенных условиях - оптимальном количестве секций, оптимально выбранной закономерности изменения величин площадей секций и их взаимного расположения в реальном рассеивателе.

Приближенным аналогом технического решения по улучшению звучания фонограмм является патент № 2597656 от 10.07.2015 (Динамический громкоговоритель с плоской гофровой и ячеистой мембраной), в котором указанный эффект достигается дополнительным рассеиванием звуковых волн гофровыми плоскостями.

Непосредственных аналогов заявляемого решения автором не обнаружено.

Конструкции рассеивателя приведены на рис. 1, 2, 3, и фотографиях 1-4.

Заявляемое решение имеет ряд дополнительных признаков. Количество секций зависит от размера выходного отверстия ДГ и (или) фазоинвертора и может составлять от 5 до 10 шт. в конструкции цилиндрического, эллипсного или конусного кольцевого рассеивателя и от 10 до 20 шт. в конструкции радиального или прямоугольного рассеивателя в среднечастотном диапазоне и соответственно до 15-20 шт. и до 30-40 шт. в низкочастотном. Глубина секций (высота колец или радиальных и параллельных плоскостей) ограничивается следующими факторами - она составляет 4-5 величин расстояния между ближайшими соседними кольцами или 8-10 величин хорды и такого же количества величин между параллельными стенками в секции с минимальной площадью радиального и прямоугольного рассеивателя и не меньше 1-1,5 величины расстояния между ближайшими кольцами или 1-1,5 величины хорды или расстояния между параллельными плоскостями в секции с максимальной площадью радиального и прямоугольного рассеивателя. Выход за указанные ограничения приводит в первом случае к ухудшению звучания, во втором случае - к снижению эффективности работы рассеивателя.

Закономерность в формировании структуры площадей поперечного сечения секций устанавливается выбором коэффициента градации соседних номиналов площадей в последовательной линейке номиналов площадей, количества секций и минимальной площади секции. Высота рассеивателя выбирается в рамках приведенных выше ограничений. Оптимальный коэффициент градации в кольцевой конструкции рассеивателя находится в пределах от 1,2 до 1,5, в радиальной и прямоугольной конструкции от 1,05 до 1,2 в зависимости от параметров динамика. Как показала практика работы рассеивателей, большое влияние на качество звучания оказывает порядок расположения секций с разной площадью между собой. В кольцевой конструкции рассеивателя реальное формирование секций возможно только в соответствии с последовательной линейкой номиналов площадей. В радиальной и прямоугольной конструкции таких вариантов множество, а вариант расположения секций в соответствии с последовательной линейкой номиналов не является оптимальным. На практике оптимальные варианты имеют тенденцию к меньшему значению коэффициента градации линейки и максимальному коэффициенту градации между установленными соседними секциями в каждой соседней паре секций.

В общем виде система построения последовательной линейки номиналов площадей сводится к следующим действиям.

- определение количества секций и коэффициента градации соседних площадей;

- построение последовательной линейки количества единиц каждой секции;

- определение общей суммы единиц;

определение величины основного параметра конструкции рассеивателя на одну единицу линейки (расчетный параметр секции с минимальной площадью);

- построение последовательной линейки номиналов секций;

- построение линейки номиналов исходя из максимального коэффициента градации соседних секций.

Например, при построении конструкции радиального рассеивателя выбираем коэффициент градации номиналов площадей в последовательной их линейке равным 1,1 и количество секций 10. Строим последовательную линейку количества единиц площадей в каждой секции - 1, 1,1, 1,2, 1,3....2,1, 2,3. Суммируя все эти значения, получаем количество единиц во всей площади рассеивателя =16. Исходя из величины диаметра выходного отверстия ДГ=100 мм, определяем величину его окружности =314 мм. Разделив эту величину на 16, получаем длину окружности секции с минимальной площадью =19,6 мм. Умножая это число на 1,1, строим последовательную линейку номиналов частей окружности, приходящихся на каждую секцию рассеивателя - 19,6, 21,6, 23,7,......42,0, 46,2 мм. Распределение секций производим парами с максимальным коэффициентом градации 1-10, 2-9, 3-8 и т.д. Такой рассеиватель приведен на рис. 2.

Форма поверхности внутренних колец рассеивателя в целях усиления диффузии звукового поля кроме гладкой также может иметь форму прямоугольного или углового гофра или граненую с плоскостями соосно ДГ или тоннелю цилиндрического ФИ. Форма радиальных и параллельных плоскостей так же может быть гладкой или гофровой. Ширина плоскостей и высота гофра, а также ширина граней составляет 3-7 мм для среднечастотных динамиков и 7-10 мм для низкочастотных.

В кольцевой конструкции рассеивателя имеется возможность оптимизации взаимного расположения внутренних колец между собой. Кольца могут быть цилиндрическими, эллипсными или конусными с увеличением угла раскрытия от центральных колец к периферийным. В этом случае добавляется рупорный эффект пространственного звучания. Также увеличивает эффективность рассеивателя сдвиг по высоте соседних колец за счет увеличения зон диффузии звукового поля. В этом случае уменьшается действие ограничительных мер в повышении высоты рассеивателя или увеличения количества колец, что также повышает его эффективность. В радиальном рассеивателе габаритное кольцо также может быть конусным, что улучшает его эффективность. В случае конусного габаритного кольца выбор высоты рассеивателя ведется при построении последовательной линейки номиналов по нижней плоскости рассеивателя (ближней к динамику).

Использование рассеивателя в фазоинверторе имеет специфику. Учитывая, что длина цилиндрического или щелевого тоннеля ФИ больше диаметра цилиндра или ширины щели, высота рассеивателя из-за установленных ограничений при ее выборе может быть значительно ниже длины тоннеля. Поэтому установка рассеивателя производится в выходном конце тоннеля (см. рис. 3). Использование фазоинвертора с рассеивателем более эффективно при его расположении на фронтальной стороне АС.

Установка рассеивателя в АС практически не оказывает влияния на ее амплитудно-частотную характеристику. Происходит незначительное снижение громкости звука. Более значительное влияние оказывается на уровень гармоник. Так кольцевой рассеиватель на частоте 1 кГц повышает 2-ю гармонику на 12-15% и примерно на 25-30% снижает 3-ю гармонику. Радиальный рассеиватель повышает 2-ю гармонику в 1,5-1,8 раза и снижает 3ю на 15-20%. При установке рассеивателя любой конструкции в АС более выражен рост остальных обертонов.

Таким образом, суть предлагаемого технического решения для повышения качества звучания акустических систем состоит в установке в выходное отверстие динамического громкоговорителя и (или) фазоинвертора конструкции звукового рассеивателя кольцевого или радиального или прямоугольного типа, формирующего оптимальное диффузное звуковое поле, обеспечивающее панорамную звуковую картину с максимальным приближением к естественному звучанию, четкой локализацией исполнителей и снижением слышимых искажений без или с минимальной доработкой комнаты для прослушивания.

Claims (8)

1. Секционный рассеиватель звукового поля акустических систем, представляющий габаритную полость в форме кольца или прямоугольника определенной высоты, установленную непосредственно в выходном отверстии динамического громкоговорителя и(или) фазоинвертора акустических систем, внутри которой расположены несколько аналогичных колец меньшего диаметра или радиальных или параллельных плоскостей, разделяющих полость кольца или прямоугольника на несколько сквозных секций, площади поперечных сечений которых взаимосвязаны системой расчета последовательной линейки их номиналов по количеству секций и коэффициенту их градации для попарного распределения секций с максимальным коэффициентом градации.

2. Секционный рассеиватель звукового поля акустических систем по п. 1, отличающийся тем, что количество секций в кольцевом рассеивателе составляет 5-10 шт., в радиальном и прямоугольном рассеивателе 10-20 шт. для динамиков среднечастотного диапазона и соответственно 15-20 и 30-40 шт. для динамиков низкочастотного диапазона.

3. Секционный рассеиватель звукового поля акустических систем по п. 1, отличающийся тем, что высота рассеивателя кольцевой конструкции составляет не больше 4-5 величин расстоянии между ближайшими соседними кольцами и не меньше 1-1,5 таких величин в секции с максимальной площадью.

4. Секционный рассеиватель звукового поля акустических систем по п. 1, отличающийся тем, что высота рассеивателя радиальной и прямоугольной конструкции составляет не больше 8-10 величин хорды или расстояния между параллельными плоскостями в секции с минимальной площадью и не меньше 1-1,5 величины хорды или расстояния между параллельными плоскостями в секции с максимальной площадью.

5. Секционный рассеиватель звукового поля акустических систем по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент градации соседних номиналов последовательной линейки в кольцевом рассеивателе составляет 1,2-1,5, в радиальном и прямоугольном - 1,05-1,2.

6. Секционный рассеиватель звукового поля акустических систем по п. 1, отличающийся тем, что форма поверхности колец выполнена гладкой или имеет форму прямоугольного или углового гофра или граненую, а форма радиальных и параллельных плоскостей - гладкой или гофровой, при этом ширина плоскостей и высоты гофра составляет 3-7 мм для среднечастотных динамиков и 7-10 мм для низкочастотных.

7. Секционный рассеиватель звукового поля акустических систем по п. 1, отличающийся тем, что габаритная полость выполнена цилиндрической, эллипсной, конусной или прямоугольной формы.

8. Секционный рассеиватель звукового поля акустических систем по п. 1, отличающийся тем, что его установка в фазоинверторе производится в выходном конце тоннеля.