АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА В СФЕРИЧЕСКИХ КОРПУСАХ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Заявленная полезная модель относится к области электроакустики и может быть использована для высококачественного воспроизведения звука, в частности, для домашнего прослушивания, а также для озвучивания залов, студий, кинотеатров и т.п.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны акустические системы, содержащие высокочастотный (ВЧ) и среднечастотные (СЧ) излучатели, установленные в корпусе (см, например, DE 4184562, 1993, DE 2457480, 1976). Недостатком известных систем является значительная неравномерность полярных характеристик в области высоких частот.
Также в настоящее время известно несколько десятков конструкций акустических систем с фазоинвертером (см., например, патент США US 05696357: “Bass-reflex loudspeaker” “Громкоговоритель с отражением басов”). Известное устройство содержит акустический ящик, в который установлено два трубчатых резонатора, выполняющих роль фазоинвертеров на двух разных частотах. Звуковые волны, излучаемые задней стороной диффузора низкочастотного громкоговорителя, находятся в противофазе по отношению к волнам, излучаемым передней стороной диффузора. Фазоинвертер включают таким образом, чтобы через него проходили звуковые волны, излучаемые тыловой стороной диффузора. Назначение фазоинвертера, образованного внутренним объемом корпуса акустической системы и двумя резонаторами, заключается в том, чтобы на низких частотах воспроизведения звука в пространственном секторе прослушивания акустической системы сделать приблизительно синфазными между собой звуковые волны, излучаемые тыловой и фронтальной частями диффузора громкоговорителя. Это приводит к усилению звукового давления на низких частотах. Основными недостатками известного устройства является относительно большой объем корпуса, эффект “бубнения” на низких частотах, быстрый спад амплитудно-частотной характеристики звукового давления на низких частотах за пределами рабочего диапазона акустической системы, “органная” стилизованность звучания басов на частотах настройки фазоинвертеров, акустический шум воздушных потоков в трубах фазоинвертеров.
Известно также устройство, которое обеспечивает качество звуковоспроизведения путем снабжения наружной поверхности корпусов акустической системы звукопоглощающим материалом, выполненным, например, в виде ворса (см. RU 93013891). Предложенное конструктивное решение позволяет устранить дребезжащие призвуки. Недостатком известного решения является увеличение веса акустической системы и способность звукопоглощающего материала поглощать влагу из окружающей среды, что приводит к сокращению воспроизводимых частот, так как корпус является важным элементом акустической системы.
Также известно устройство, достигающее снижения коэффициента нелинейных искажений, повышения равномерности амплитудно- частотной характеристики (АЧХ) и повышения звукового давления (см. RU 2353072 С1). Акустическая система включает корпус, динамическую головку громкоговорителя, элементы крепления и фазоинверсное отверстие. При этом корпус имеет в разрезе форму овала, вытянутого вдоль вертикальной оси симметрии изделия, и выполнен из дерева. С противолежащих сторон в этом корпусе выполнено по одному круговому отверстию, центры которых лежат на горизонтальной оси симметрии изделия, одно из отверстий корпуса наглухо закрыто резонирующей торцевой стенкой из дерева, диффузор динамической головки громкоговорителя располагается во втором отверстии корпуса, а его периметр формирует с краями этого отверстия кольцевое фазоинверсное отверстие, ширина которого обеспечивает создание максимальной величины когерентной волны, а резонирующая торцевая стенка выполнена в виде сегмента, имеющего изгиб, обеспечивающий возможность создания точного угла для максимального отражения звуковой волны и имеет толщину, меньшую, чем толщина корпуса, обеспечивающую вибрацию торцевой стенки.
В качестве прототипа заявленного технического решения выбрано устройство, известное из US 7441630 В1 (Pbp Acoustics, Lie; 28 октября 2008). Акустическая система, раскрытая в данной публикации, содержит основной сферический жесткий корпус с отверстием во фронтальной стенке, в котором установлена низкочастотная динамическая головка. Известная акустическая система также содержит элементы крепления и фазоинверторное отверстие, а также отдельный сферический корпус с высокочастотной динамической головкой. Однако известная система содержит и третий корпус - со среднечастотным звеном. Корпуса со среднечастотным и высокочастотным звеньями закреплены на «ножках», содержащих два колена. Данные корпуса закреплены на конце «ножек» с возможностью поворота. Бас рефлекс в известной системе выполнен в классическом виде, т.е. фазоинверторное отверстие для трубы фазоинвертора расположено на задней стороне основного корпуса. Корпуса известной акустической системы выполнены из некоторого «цементного материала», который и отвечает за звукопоглощение. В данной системе не раскрыто отдельное использование ни внешнего, ни внутреннего звукопоглощения.
В основу настоящей полезной модели поставлена задача создания акустической системы с улучшенным качеством звучания и усилением объемности звучания.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Данная задача достигается за счет того, что акустическая система содержит основной сферический жесткий корпус с отверстием во фронтальной стенке и установленный в отверстии громкоговоритель, содержащий динамическую головку, элементы крепления, фазоинверторное отверстие и дополнительный сферический корпус с высокочастотным звеном, установленный с возможностью поворота. Основной корпус упомянутой системы выполнен многослойным и содержит низко-среднечастотную динамическую головку, а дополнительный корпус выполнен герметичным и установлен на основном корпусе, при этом основной корпус снабжен наружным звукопоглощающим покрытием из полиамидного флока, причем фазоинверторное отверстие для трубы фазоинвертора расположено на боковой стороне основного корпуса, причем труба фазоинвертора расположена под углом 90° к оси излучения низко-среднечастотной динамической головки.
В одном варианте осуществления динамическая головка громкоговорителя прикреплена в отверстии с помощью элементов крепления.
В одном варианте осуществления в высокочастотном звене использованы излучатели с шелковыми или бумажными мембранами.
В одном варианте осуществления высокочастотное звено прикреплено к основному корпусу через демпфирующую резино- пенополиэтиленовую прокладку.
В одном варианте осуществления многослойный сферический корпус имеет внутреннее покрытие, которое состоит из звукопоглощающего волокна, алюминиевой фольги и бутил-каучуковой мастики.
В одном варианте осуществления труба фазоинвертора внутри корпуса оклеивается вибро- и/или звукопоглощающим материалами по наружной поверхности.
В еще одном варианте осуществления система выполнена на стойке, представляющей собой однослойную или двухслойную трубу, заполненную вибропоглощающим материалом, и имеющую пластиковый обтекатель.
В другом варианте осуществления система выполнена с возможностью установки на кронштейны для настенного крепления и установки на настольную подставку.
В одном варианте осуществления стойка закреплена в основании, в котором расположен разделительный фильтр и клеммы подключения кабеля.
В другом варианте осуществления разделительный фильтр расположен внутри основного корпуса или подставки.
В другом аспекте настоящей полезной модели пластиковый обтекатель напольной стойки или настольная подставка покрыты вибропоглощающими материалами.
В другом аспекте настоящей полезной модели система дополнительно содержит модульный встроенный усилитель мощности, расположенный внутри основания или подставки.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является выравнивание амлитудно- частотных и фазовых характеристик, и, в результате, усиление объемности звучания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЕЖЙ
Эти и другие признаки настоящей полезной модели станут более понятны при обращении к последующему описанию, формуле полезной модели и сопроводительным чертежам, где:
Фиг. 1 иллюстрирует вид акустической системы сбоку в разрезе, горизонтальные и вертикальные оси симметрии и увеличенный вид в разрезе стенки основного корпуса согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
Фиг. 2 иллюстрирует вид сбоку акустической системы в корпусах сферической формы, выполненной на стойке с основанием, согласно варианту осуществления настоящей полезной модели;
Фиг. 3 иллюстрирует вид спереди акустической системы в корпусах сферической формы, выполненной на стойке с основанием, согласно варианту осуществления настоящей полезной модели.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Далее подробно будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящей полезной модели.
В акустических системах, в отличие от музыкальных инструментов, где корпус является излучающей, резонирующей частью,излучать звуковые колебания должен только динамик. Основная задача корпуса в акустических системах выдерживать без деформаций давление воздуха, сжимаемого диффузором динамической головки. То есть он как минимум должен быть жестким. Жесткие корпуса способствуют минимизации паразитных гармонических резонансов.Преимущество сферических корпусов в том, что давление равномерно распределяется по оболочке, поэтому не возникают силы, стремящиеся ее изогнуть. Сферический корпус может выдержать огромную разницу между внутренним и наружным давлением, потому что эта разница одинакова в любой его точке.
Следовательно, акустические системы в сферических корпусах не так критичны к материалу, и их основным преимуществом является их минимальное влияние на амплитудно-частотную характеристику. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) таких систем в сборе почти эквивалентна АЧХ используемых динамиков. За счет обтекаемой формы корпуса вокруг динамической головки расширяется диаграмма направленности и сглаживаются интерференционно-дифракционные искажения, вызываемые обычно отражением звуковых волн от передней панели. Максимальное гашение звуковой волны внутри корпуса и обтекаемая внешняя поверхность в совокупности с внешним звукопоглощающим покрытием позволяют создавать системы с гладкими частотными характеристиками.
Также рассмотрение частотных характеристик для разных оформлений (форм) корпусов: сферического (шара), куба, усеченной пирамиды, параллепипеда и т.д., показало, что наиболее благоприятной формой является сфера (см. H.F. Olsen, "Direct radiator loudspeaker enclosures").
Предложенная здесь акустическая система содержит основной сферический жесткий многослойный корпус 1 с отверстием во фронтальной стенке и установленный в отверстии громкоговоритель, содержащий низко-среднечастотную динамическую головку 2.
На Фиг. 1 проиллюстрирован вид акустической системы сбоку в разрезе, горизонтальные и вертикальные оси симметрии и увеличенный вид в разрезе стенки основного корпуса.
Высокочастотное звено 5 выполнено в отдельном сферическом герметичном корпусе 4. В нем используются излучатели с шелковыми или бумажными мембранами. Высокочастотное звено 5 крепится к корпусу 1 низко-среднечастотного звена подвижно, через демпфирующую резино-пенополиэтиленовую прокладку 8. Подвижная конструкция позволяет адаптировать направленность системы под обстановку помещения. Рекомендуемый угол отклонения + /-90 градусов.
Корпус 1 имеет многослойную конструкцию: от 5 до 7 слоев разных по свойствам материалов (включая звукопоглощающее наполнение). Тем самым обеспечивается практически полное отсутствие призвуков корпуса. Сферический корпус 1 представляет собой следующую конструкцию: основной (силовой) корпус из полимерных материалов (акриловый, полиуретановый или полистирольной) толщиной от 1,5 до 5 мм. (предпочтительно от 2 до 5мм.) в зависимости от мощности системы и размера корпуса; внутреннее покрытие - бутил-каучуковая мастика, алюминиевая фольга, волокнистый синтетический материал разной плотности (необходимая толщина зависит от степени звукопоглощения, требуемой в конкретной конструкции); и наружное покрытие грунт, клей для флока и полиамидный флок с длиной ворса до 1,5мм. Возможны варианты покрытия типа металлик и акриловый лак. Предложенная система имеет не только внутреннее вибро- и звукопоглощение, но и наружное снижающее отражение звуковых волн от корпуса, что существенно заметно в средне и высокочастотном диапазоне. В предпочтительном варианте осуществления многослойный сферический корпус 1 обладает внутренним покрытием, которое состоит из звукопоглощающего волокна, алюминиевой фольги и бутил-каучуковой мастики, и наружным покрытием, которое состоит из полиамидного флока.
Труба фазоинвертора низко-частотного звена расположена под углом в 90 градусов к оси излучения основной динамической головки 2. Такое расположение позволяет при настройке отверстия 3 (порта) фазоинвертора на частоту, близкую к резонансной частоте динамика, увеличить отдачу на низких частотах примерно в 1,4 раза вследствие векторного сложения синфазных колебаний (увеличение отдачи низких частот на 1,5Д6.). Такое расположение позволяет улучшить воспроизведение низких частот даже в корпусах небольшого размера (объема) за счет векторного (интерференционного) сложения взаимно перпендикулярных колебаний. Внутри корпуса 1 труба фазоинвертора по наружной поверхности также оклеивается вибро- и звукопоглощающим материалами. При длине трубы, превышающим половину диаметра корпуса 1, покрытая звукопоглощающими материалами, ее поверхность находится точно в центре сферы, что предотвращает образование стоячей волны.
На Фиг. 2 проиллюстрирован общий вид сбоку акустической системы в корпусах сферической формы, выполненной на стойке с основанием.
В данном варианте осуществления диаметр основного сферического корпуса 1 предпочтительно равен 350 мм. , а диаметр дополнительного сферического корпуса 4 равен 100 мм. Отверстие во фронтальной стенке и, соответственно диаметр установленного в отверстии громкоговорителя - 180 мм.
Система выполнена на стойке 6, представляющей собой однослойную или двухслойную трубу, заполненную вибропоглощающим материалом. Таким образом предотвращается возникновение паразитных резонансов в стойке. Стойка 6 крепится в основание 7, в котором расположен разделительный фильтр и клеммы подключения кабеля. Основание 7 выполняется из композитных материалов, стекла, стали, с заполнением пустых полостей утяжеляющим раствором. Основание 7 стоит на регулируемых опорах, позволяющих выставить акустическую систему строго вертикально.
На Фиг. 3 проиллюстрирован общий вид спереди со стороны диффузоров акустической системы в корпусах сферической формы, выполненной на стойке с основанием.
Подобная конструкция из двух шаров также может быть установлена на кронштейны для настенного крепления или на настольные подставки. При настенном креплении элементы разделительного фильтра располагаются внутри низко-средне частотного корпуса. При установке на настольной подставке элементы разделительного фильтра располагаются внутри подставки.
Все декоративные элементы (пластиковый обтекатель напольной стойки 6, настольная подставка) по внутренней поверхности также покрываются вибропоглощающими материалами. Внешнее флоковое покрытие снижает вторичное отражение звуковых волн (особенно высоко частотного диапазона) уже отразившихся от элементов мебели и окружающей обстановки помещения, что благоприятно сказывается на достоверности передачи стерео панорамы.
При использовании сдвоенных коаксиальных динамиков или широкополосных излучателей возможно использование потолочного подвесного крепления при сохранении всех достоинств сферической конструкции.
В случае использования модульного встроенного усилителя мощности, он располагается внутри подставки (напольные и настольные варианты), или внутри полки (настенные варианты).
Также важно отметить, что заявленная модель практически лишена так называемого эффекта «баффл-степ» (Baffle-step). Это явление интерференции волн, отраженных от лицевой панели акустической системы и волн, излучаемых динамиком, расположенным на этой панели. Возникает это явление в диапазоне частот, определяемом снизу размерами излучателя и лицевой панели, а сверху - переходом работы динамика из поршневого режима в зональный, то есть, когда длина волны становится меньше самого излучателя. Разумеется, нижняя граница справедлива для закрытых оформлений. Пренебрежение эффектом "баффл-степ", в лучшем случае, повлечет за собой увеличение неравномерности АЧХ, а в худшем - эта неравномерность может достигать пиков и провалов на АЧХ относительными уровнями более 6-7 дБ, а спектр дополниться более длительными паразитными резонансами, следовательно, звучание ухудшится. Два совершенно одинаковых динамика, будучи установленными в разные акустические оформления, или установленными на разные по размерам лицевые панели акустических систем (АС), или по-разному размещенные на одинаковых лицевых панелях АС, или это все вместе плюс разный номинальный размер излучателей, - все это обеспечит в каждом конкретном случае конкретное поведение динамика (см. статья «Buffle-step», автор Сирвутис Алексей Ромасович). Как уже было отмечено выше, акустическая система в сферических корпусах, предложенная здесь, практически лишена данного эффекта.
В дополнение можно отметить, что данное техническое решение оказывает положительное влияние на эмоциональное и психофизиологическое состояние человека в силу более гибкой адаптации акустической системы к особенностям помещения, где производится прослушивание.
Специалисты в данной области техники должны понимать, что возможны различные модификации и изменения в настоящей полезной модели без отхода от сущности или объема настоящей полезной модели. Таким образом, подразумевается, что настоящая полезная модель включает в себя все модификации и изменения, которые входят в объем прилагаемой формулы полезной модели и ее эквивалентов.