ОБЪЕДИНЯЕМЫЙ КОАКСИАЛЬНЫЙ ДИНАМИК

Полезная модель относится к электроакустике, в частности к коаксиальным динамикам, способным складываться в массив путем объединения двух и более динамиков. Устройство может быть использовано в акустических системах, которые являются элементом линейного массива, масштабируемого точечного источника звука или в других системах, где излучатели объединяются в массивы для высококачественного воспроизведения звука в полосе звуковых частот.
Из уровня техники известны некоторые примеры акустических систем и устройств коаксиальных динамиков. При этом недостаток известных акустических систем, способных складываться в массив, заключается в узкой горизонтальной диаграмме направленности, вследствие интерференционных процессов в области совместного звучания динамика и драйвера, недостаток коаксиальных динамиков - в невозможности когерентного сложения в области высоких частот, вследствие интерференционных процессов в области совместного звучания драйверов соседних акустических систем.
Известно техническое решение из патента РФ RU2262812 «КОАКСИАЛЬНАЯ АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА» (МПК H04R 9/06, приоритет: 13.05.2004 г.), представляющее собой конструкцию коаксиальной акустической системы с рупорным высокочастотным громкоговорителем. Коаксиальная акустическая система из патента RU2262812 включает диффузор, прикрепленный при помощи гофра и центрирующей шайбы к диффузородержателю, магнитную систему, установленный по центру диффузора высокочастотный громкоговоритель с рупором. На наружной боковой поверхности рупора выполнены ребра, магнитная система выполнена в виде установленных соосно на центральном стержне с основанием и расположенных внутри звуковой катушки кольцевых магнитов с кольцом из магнитопроводящего материала между ними. Высокочастотный громкоговоритель с рупором установлен на обращенном в сторону диффузора торце кольцевого магнита. Полость, имеющаяся под центрирующей шайбой со стороны, обращенной противоположно диффузору, может быть сообщена с атмосферой, а рупор может быть выполнен из материала с высокой теплопроводностью. В результате повышается качество воспроизведения звука за счет уменьшения нелинейных гармонических искажений и интенсификации теплоотвода от магнитной системы и звуковой катушки, а также уменьшение веса акустической системы.
В заявке на патент США «A COAXIAL LOUDSPEAKER» (см. US2021136482, МПК H04R1/24; H04R7/12; H04R9/04; H04R9/06, приоритет 28.05.2018, 21.09.2018 г.) описывается коаксиальный динамик, который имеет лучшие пыленепроницаемые и водонепроницаемые характеристики.
Известен патентный документ Китая «Coaxial linear array speaker» (см. CN103686521, МПК H04R1/20, приоритет: 01.09.2012 г.), который раскрывает коаксиальный динамик с линейной решеткой. Коаксиальный динамик с линейной решеткой состоит из n блоков полночастотных коаксиальных динамиков в продольном направлении, N коаксиальных блоков в горизонтальном направлении и корпусной коробки, где n больше или равно 2, а N больше или равно 1; каждый динамик представляет собой коаксиальный широкополосный блок, для краткости называемый коаксиальным блоком; каждый агрегат установлен на корпусной панели коробки; n коаксиальных блоков смонтированы на панелях кузова короба в продольном направлении; Коаксиальные блоки N смонтированы на панелях в горизонтальном направлении. В соответствии с изобретением высокочастотные блоки устанавливаются в центре низкочастотных блоков, положения высокочастотных блоков и низкочастотных блоков образуют коаксиальные параллельные точки монтажа, чтобы не только покрывать всю слышимую полосу частот, но также удовлетворяют точечный источник звука, необходимый для идеального линейного массива.
Прототипом заявляемого технического решения является устройство, описанное в заявке на патент Китая CN112822611 (МПК H04R9/02; H04R9/06, приоритет 14.01.2021 г.). Документ раскрывает коаксиальный композитный громкоговоритель, примененный к линейному массиву, и относится к технической области громкоговорителей. Основными пунктами технической схемы являются: состоит из множества блоков излучения в линейной решетке, и блок излучения состоит из составного громкоговорителя и корпуса динамика. Композитный громкоговоритель включает в себя раму бассейна, высокочастотную диафрагму, низкочастотную диафрагму и волноводное устройство, последовательно расположенные коаксиально. Нижняя поверхность волноводного устройства контактирует с внутренней нижней поверхностью корпуса бассейна. Каркас бассейна снабжен звуковой полостью, связанной с волноводным устройством, в которой установлена высокочастотная диафрагма; низкочастотная диафрагма имеет форму конуса, расположенного вокруг звуковой полости, широкий мундштук низкочастотной диафрагмы герметично соединен с широким горловым краем рамы бассейна, а другой конец соединен с внутренним нижняя поверхность рамы раковины. Громкоговоритель с линейной решеткой состоит из излучающего блока, состоящего из одного коаксиального композитного громкоговорителя, чтобы избежать взаимных помех, вызываемых несколькими динамиками разных частотных диапазонов в традиционном излучающем блоке и большой площадью установки передней перегородки.
К недостаткам прототипа можно отнести, во-первых, отсутствие возможности когерентного сложения в области высоких частот из-за слишком большого расстояния между волноводами и, следовательно, отсутствие формирования единого фронта звуковой волны, а, во-вторых, у технического решения отсутствует возможность смены высокочастотного (ВЧ) драйвера.
;
На рынке акустических систем сейчас представлено множество масштабируемых устройств, обеспечивающих когерентное сложение излучаемого звука в диапазоне частот до 16-20 кГц при объединении в массив двух и более акустических систем, при этом ни одна из этих акустических систем не имеет коаксиального расположения низко- или среднечастотного динамика и высокочастотного драйвера с волноводом, следовательно, в отличие от объединяемого коаксиального динамика, существующие системы имеют явно выраженное сужение диаграммы направленности в области совместного звучания динамика и драйвера. Например, системы выполняющие те же функции, но не коаксиальные: https://www.l-acoustics.com/loudspeakers/a-series/https://jblpro.com/en/products/vrx932lap(дата обращения: 26.08.2021 г.).
,
При этом известные системы, имеющие коаксиальное расположение динамика и драйвера, не обеспечивают когерентное сложение и отсутствие интерференции на высоких частотах при их объединении в массив. К примеру, коаксиальные динамики, которые не способны складываться в массив: http://www.bmsspeakers.com/index.php?id=bms_12cn682https://www.bcspeakers.com/en/products/coaxial (дата обращения: 26.08.2021 г.).
Таким образом, техническая проблема заявляемого технического решения заключается в создании устройства, для которого возможно:
Во-первых, когерентное сложение низко- или среднечастотного динамика с высокочастотным драйвером, нагруженным на волновод, в диапазоне совместного излучения, позволяя достичь высоких показателей по равномерности горизонтальной диаграммы направленности. При горизонтальном смещении с оси излучения должен отсутствовать эффект вычитания в диапазоне совместного излучения (низко-) или среднечастотного динамика с высокочастотным драйвером.
Во-вторых, когерентное сложение двух и более рядом расположенных высокочастотных драйверов, нагруженных на волновод, во всем диапазоне излучения вплоть до верхней слышимой человеком частоты 20 кГц, позволяя достичь высоких показателей по равномерности вертикальной диаграммы направленности при одновременном звучании нескольких источников.
Техническим результатом полезной модели является устранение или уменьшение по меньшей мере одного из недостатков известных устройств или по меньшей мере создание устройства, альтернативного известным устройствам, позволяющим, во-первых, получить когерентное сложение низко- или среднечастотного динамика с высокочастотным драйвером, нагруженным на волновод, в диапазоне совместного излучения, позволяя достичь высоких показателей по равномерности горизонтальной диаграммы направленности. При горизонтальном смещении с оси излучения у устройства отсутствует эффект вычитания в диапазоне совместного излучения (низко-) среднечастотного динамика с высокочастотным драйвером. Во-вторых, когерентное сложение двух и более рядом расположенных высокочастотных драйверов, нагруженных на волновод, во всем диапазоне излучения вплоть до верхней слышимой человеком частоты 20 кГц, позволяя достичь уникальных показателей по равномерности вертикальной диаграммы направленности при одновременном звучании нескольких источников.
У заявляемого технического решения, в зависимости от требований к использованию, может быть сформирована необходимая диаграмма направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Например, 70°х5°, 90°х10°, 110°х20° и т.д.
Технический результат заявляемого технического решения достигается благодаря техническому оформлению объединяемого коаксиального динамика, заявляемое устройство включает в себя следующие соосно расположенные элементы:
- низко- и/или среднечастотный динамик в центре;
- высокочастотный драйвер с задней стороны динамика;
- волновод высокочастотного драйвера с передней стороны динамика.
Основное отличие заявляемого технического решения от прототипа заключается в расстоянии между высокочастотными волноводами соседних коаксиальных динамиков. Это расстояние более 80 мм, соответственно верхняя когерентно воспроизводимая частота точно не превысит 4250 Гц, что недопустимо даже для динамика с заявленной верхней воспроизводимой частотой 10000 Гц (для музыкального материала, необходимо обеспечить воспроизведение верхней частоты 16000 Гц или выше).
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется следующими фигурами.
На Фиг. 1 показано формирование вертикальной диаграммы направленности.
На Фиг. 2 представлено формирование диаграммы направленности высокочастотного спектра в горизонтальной плоскости.
На Фиг. 3 представлено формирование горизонтальной диаграммы направленности.
На Фиг. 4 показано когерентное сложение высокочастотных драйверов в массив.
Цифрами на фигурах обозначены:
1 – магнитная система,
2 – отверстие (для прохождения высоких частот),
3 – драйвер,
4 – волновод,
5 – диффузор,
6 – камера компрессии,
7 – внутренняя часть волновода,
8 – наружная часть волновода,
9 – динамик,
10 – ось цилиндра,
11 – геометрическая форма фронта волны,
12 – вплотную расположенные волноводы.
Устройство представляет собой соосно расположенные низко- и/или среднечастотный динамик (9) в центре, высокочастотный драйвер с задней стороны динамика и волновод высокочастотного драйвера с передней стороны динамика.
Динамик (9) используется традиционный низкочастотный или среднечастотный динамик, в магнитной системе (1) которого есть отверстие (2) для прохождения высоких частот излучаемых драйвером (3), отверстие переходит в волновод (4), который, располагаясь перед диффузором (5) динамика, создает для динамика камеру компрессии (6), увеличивая при этом звуковое давление, но не оказывая негативного воздействия на амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики, т.к. поперечные размеры камеры компрессии не превышают четверти длины волны верхней излучаемой динамиком частоты. Вследствие наличия волновода, на диффузоре динамика отсутствует пылезащитный колпачок.
Драйвер (3), представляющий собой традиционный высокочастотный драйвер, излучает звук в отверстие в задней части магнитной системы (1) динамика. С передней стороны магнитной системы динамика отверстие переходит в волновод, на выходе из которого формируется цилиндрический фронт звуковой волны, при этом ось цилиндра может представлять собой, как прямой отрезок, так и изогнутую дугу (10) определенной кривизны, например, 5°, 10°, 20° и т.д., и такой длины, которая обеспечит возможность пространственного расположения соседних объединяемых коаксиальных динамиков на расстоянии, не оказывающем воздействие на когерентность сложения высоких частот.
На протяжении всей длины канал, через который излучает высокочастотный драйвер (3), включая отверстие в магнитной системе динамика и волновод, имеет постоянно увеличивающуюся в сторону устья площадь поперечного сечения и представляет собой рупор.
Свойства диаграммы направленности высокочастотной части объединяемого коаксиального динамика определяются параметрами волновода. Волновод состоит из внутренней части (7) сложной формы, которую обтекает звуковая волна по мере прохода по волноводу, и наружной части (8), являющейся стенкой, ограничивающей звуковую волну с внешней стороны.
Формирование вертикальной диаграммы направленности (Фиг. 1), позволяющей когерентно складывать (Фиг. 4) высокочастотные драйвера, нагруженные на волновод, в массив, обусловлено геометрической формой волновода, которая обеспечивает своевременный приход фронта волны к устью так, что, при одновременном звучании двух и более объединяемых коаксиальных динамиков, фронты волны складываются в единый фронт и стыкуются без эффекта интерференции за счет вплотную (12) расположенных волноводов: размер зазора не превышает длины волны верхней воспроизводимой частоты 20 кГц.
Изгиб фронта волны в дугу в вертикальной плоскости, позволяющий складывать элементы объединяемого коаксиального динамика под углом друг к другу, осуществляется за счет укорачивания пути от драйвера к центральной части устья волновода, которое достигается путем изменения геометрии волновода.
Формирование горизонтальной диаграммы направленности (Фиг. 3) в области совместного звучания высокочастотного драйвера, нагруженного на волновод, и низко- и/или среднечастотного динамика, обусловлено их соосным расположением и обеспечивает их когерентное сложение.
Формирование диаграммы направленности высокочастотного спектра в горизонтальной плоскости (Фиг. 2) определяется геометрической формой (11) фронта волны в горизонтальной плоскости на выходе из волновода.
Таким образом, заявлено техническое решение, являющееся устройством объединяемого коаксиального излучателя звука, предназначенного для использования в акустических системах, которые являются элементом линейного массива, масштабируемого точечного источника звука или в других системах, где излучатели объединяются в массивы.