КОРПУС ДЛЯ АУДИОДИНАМИКА
HOUSING FOR AUDIO DYNAMICS

Область техники
Изобретение относится к корпусу для динамика для воспроизведения записанного звука. В частности, оно относится к усовершенствованиям корпусов динамиков с высокой точностью воспроизведения.
Уровень техники
С тех пор как начались записи звука, предпринимались совместные усилия для совершенствования не только записи, но и воспроизведения записанного звука. Существует множество путей, которыми записанный звук может быть изменен, прежде чем он достигнет слушателя. Мы не намерены перечислять здесь все пути, которыми может происходить искажение записанного звука. Достаточно сказать, что за многие годы достижения в области технологий, особенно цифровая запись и цифровая обработка звука, позволили уменьшать или устранять искажения в записанном звуке перед отправкой сигнала данных на динамики. Наша обеспокоенность здесь направлена на конструкцию корпусов динамиков, как на один из последних оставшихся значительных источников искажения при воспроизведении звука.
Традиционно корпуса динамиков выполнялись в виде полого деревянного (часто из ДВП) ящика с вырезом в передней части ящика, в который был установлен драйвер динамика (далее называемый динамиком). Ящик, как правило, имел форму прямоугольного параллелепипеда с острыми краями как внутри полости корпуса, так и на наружной поверхности корпуса.
Стало быстро понятно, что острые края в пределах и вокруг корпуса динамика могут вызывать искажение транслируемого звука из-за дифракции звуковой волны на крае. Также было очевидно, что параллельные стороны этих корпусов могут приводить к образованию стоячих волн внутри корпуса. Эти стоячие волны забирают энергию для своего образования, и вследствие этого наблюдается уменьшение энергии в передаваемом звуке на частоте стоячей волны.
Кроме того, значительной проблемой был звук, отраженный от внутренних поверхностей корпуса динамика: хорошо известно, что отраженная звуковая волна, которая создается звуком, передаваемым от задней части динамика, не совпадает по фазе со звуком, транслируемым из передней части динамика. Это может приводить одновременно к конструктивной и деструктивной интерференциям передаваемого звука, которые создают искажение передаваемого звука в различных местах перед динамиком. Хотя интерференция может в принципе происходить на любой частоте, особенно она заметна на низких (басовых) частотах.
Наконец, механическая вибрация, вызываемая движением и инерцией конуса динамика, передается и усиливается, когда воспроизводимые частоты стимулируют, выравнивают или взаимодействуют с резонансными частотами конструкции или полости корпуса. Получающиеся в результате усиленные частоты могут быть такой величины, что они интерферируют со звуком, проецируемым динамиком, внося тем самым искажение в воспроизводимый звук.
В данной области техники хорошо известно, что идеальная опора, особенно для низкочастотного динамика, состояла бы из большой жесткой панели - в идеале бесконечной по размеру с бесконечным пространством за панелью для исключения отражения несинфазного звука, излучаемого от задней части динамика. Очевидно, что такая опора не практична, особенно в бытовых условиях. В бытовых условиях, как правило, требуется, чтобы динамик имел эстетическую привлекательность, а также был ограничен по размеру, чтобы не занимать большую часть комнаты. Кроме того, известно, что корпус должен быть жестким, не будучи слишком тяжелым, и должен быть сконструирован таким образом, чтобы уменьшать или устранять искажение частот, излучаемых динамиками, нежелательным звуком, генерируемым в пределах или вокруг корпуса динамика.
Целью настоящего изобретения является решение вышеперечисленных проблем или по меньшей мере предоставление общественности целесообразного выбора.
Все ссылки, включая любые патенты или патентные заявки, процитированные в этом описании, включены здесь посредством ссылки. Не допускается, что какая-либо ссылка составляет предшествующий уровень техники. Обсуждение ссылок утверждает то, что декларируют их авторы, и заявители оставляют за собой право оспаривать точность и релевантность цитируемых документов. Будет совершенно понятно, что хотя здесь ссылаются на ряд публикаций предшествующего уровня техники, эта ссылка не составляет допущение, что какой-либо из этих документов составляет часть общедоступных знаний в данной области техники в Новой Зеландии или в любой другой стране.
На протяжении этого описания слово «содержать» или его вариации, такие как «содержит» или «содержащий», будет пониматься как подразумевающее включение заявленного элемента, целого числа или этапа или группы элементов, целых чисел или этапов, но не исключение любого другого элемента, целого числа или этапа или группы элементов, целых чисел или этапов.
Дополнительные аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания, которое приводится исключительно в качестве примера.
Раскрытие изобретения
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ формирования корпуса для аудио динамика, включающий в себя следующие этапы:
формирование жесткой внутренней оболочки для корпуса, причем внутренняя оболочка является цельной и выполнена с возможностью приема динамика; и
формирование наружной оболочки для корпуса, причем наружная оболочка имеет внутреннюю поверхность, ограниченную жесткой внутренней оболочкой,
при этом наружная оболочка является цельной монококовой конструкцией, которая включает в себя все несущие конструкции корпуса.
Ссылку на монококовую конструкцию на протяжении этого описания следует понимать, как относящуюся к технике конструирования для объекта, в котором наружная обшивка или оболочка объекта сформирована как единая целостная конструкция, которая выполнена так, что наружная обшивка или оболочка поглощает все нагрузки и соответствующие напряжения, которые прикладываются к объекту. В этом состоит отличие от других немонококовых форм конструкции, где наружная оболочка поддерживается на или посредством каркаса несущих элементов. В настоящем изобретении корпус формируется в виде внешней (или наружной) оболочки, которая ограничена с внутренней стороны поверхностью относительно тонкой внутренней оболочки, которой придается форма, позволяющая создавать несущие элементы в пределах внешней оболочки по мере ее формирования.
Существенным преимуществом монококовой конструкции для наружной оболочки является то, что она может обеспечить превосходную конструкционную жесткость для корпуса динамика. Считается, что конструкционная жесткость важна для уменьшения или устранения любого вибрационного движения внешней оболочки, как того, которое может возникать в традиционных корпусах динамиков, особенно когда динамики работают на большой громкости. Помимо всего прочего, энергия, необходимая для создания вибраций во внешней оболочке, вырабатывается динамиками, что не только потенциально вносит искажение в звук (на частоте вибрации), но и уменьшает выходную мощность динамиков, особенно на частотах, которые передаются на малой громкости.
В предпочтительном варианте осуществления наружная оболочка формируется в виде единого целостного кожуха для корпуса динамика, причем наружной оболочке придается форма, обеспечивающая все несущие элементы корпуса.
В предпочтительном варианте осуществления внешняя поверхность наружной оболочки включает в себя только плавно изогнутые края.
Формирование наружной оболочки в виде единого целостного элемента может обеспечить корпус без каких-либо стыков, углов или острых краев, все из которых могут создавать искажение аудио частот, производимых динамиками.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования наружной оболочки включает в себя следующие этапы:
суспендирование жесткой внутренней оболочки внутри формы для отливки наружной оболочки; и
заполнение полости между суспендированной внутренней оболочкой и формой для отливки наружной оболочки материалом.
Использование литьевого формования в формировании корпусов динамиков не ново. Однако, использование литьевого формования для формирования монококовой оболочки для корпуса динамика считается новым и изобретательным. Преимущество способа по настоящему изобретению состоит в том, что жесткая внутренняя оболочка может быть оконтурена для создания всех несущих конструкций (балок, ребер, скоб, колонн, стоек и любых элементов, работающих на растяжение/сжатие) как единое целое в пределах наружной оболочки, когда полость заполняется материалом.
Еще одним преимуществом использования внутренней оболочки, которая составляет часть корпуса, является отсутствие необходимости удалять какие-либо внутренние приспособления формы для отливки, которые потребовались бы для создания внутренних контуров в обычном процессе формования.
Как обсуждается далее ниже, формы несущих элементов, например, ребро, и, в частности, контуры внутренней оболочки, которые их формируют, могут быть тщательно подобраны таким образом, чтобы уменьшить или устранить искажение любого звука в пределах корпуса (т. е. во внутренней полости, ограниченной внутренней оболочкой) из-за турбулентности и акустических отражений.
Устранение турбулентности и акустических отражений от корпуса динамика, выполненного с использованием традиционных способов, может быть очень трудоемким и времязатратным и может потребовать специализированных методов обработки, которые могут повысить стоимость корпуса динамика.
В отличие от способа по настоящему изобретению имеется начальная стоимость формирования внутренней оболочки и формы для отливки наружной оболочки; однако, однажды сформированная форма для отливки может использоваться для формирования многочисленных корпусов динамиков, что может значительно снизить стоимость одного корпуса.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования наружной оболочки для корпуса динамика включает в себя формирование ребра в наружной оболочке.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования ребра включает в себя формирование ребра, которое простирается во внутреннюю полость корпуса динамика, причем внутренняя полость ограничена внутренней поверхностью внутренней оболочки.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования ребра включает в себя формирование по меньшей мере части ребра, имеющего плавно изогнутое поперечное сечение.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования ребра включает в себя формирование ребра таким образом, что вся длина ребра включает в себя плавно изогнутое поперечное сечение.
В этом варианте осуществления ребро формируется в наружной оболочке таким образом, что часть поверхности ребра напоминает передний край аэродинамического профиля. То есть, по существу, внутренняя поверхность внутренней оболочки, которая формирует ребро, спроектирована аэродинамически для имитации переднего края крыла. Таким образом, любые звуковые волны (т. е. воздушный поток) вокруг ребра могут плавно протекать через ребро и на внутреннюю поверхность внутренней оболочки вблизи ребра. Эта конструкция может уменьшить или устранить искажения звуковой волны, которые в противном случае могут возникнуть, если контур ребра не изменяется плавно.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования ребра включает в себя формирование ребра, которое простирается вдоль стороны внутренней полости, причем ребро ориентировано в плоскости, по существу параллельной продольной оси динамика.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования ребра включает в себя формирование ребра, которое простирается вокруг внутренней поверхности внутренней оболочки.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования наружной оболочки включает в себя формирование по меньшей мере двух или более ребер.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования наружной оболочки включает в себя формирование ребер, каждое из которых включает в себя плавно изогнутое поперечное сечение, которое простирается вдоль стороны и во внутреннюю полость корпуса динамика.
В предпочтительном варианте осуществления расстояние между каждой соседней парой ребер имеет разное значение для каждой пары ребер.
Эта компоновка предназначена для ограничения или предотвращения суммирования резонансов панели на одинаковых частотах в пределах внутренней полости, которые могли бы возникать, если бы расстояние между соседними парами ребер было одинаковым.
Ребра предназначены для обеспечения жесткости наружной оболочки корпуса громкоговорителя.
Внутренняя оболочка должна быть достаточно жесткой, чтобы не исказиться, когда полость между внутренней оболочкой и формой для отливки наружной оболочки будет заполняться материалом.
В некоторых вариантах осуществления этап формирования внутренней оболочки включает в себя использование формы для отливки внутренней оболочки.
В предпочтительном варианте осуществления внутренняя оболочка или ее часть формируется как единое целое.
Цельная конструкция может иметь преимущество в уменьшении любого возможного движения или острых краев (которые могут искажать звуковые волны, проходящие через край), которые могут возникать, если две или более части состыкованы вместе для образования единой внутренней оболочки. Цельная внутренняя оболочка может быть сформирована, например, с использованием технологии послойного синтеза.
Термин «послойный синтез» следует интерпретировать как описывающий технологии, которые строят 3D-объекты путем последовательного добавления слоя поверх слоя материала для формирования 3D-объекта. Технологии послойного синтеза включают в себя, помимо прочего, 3D-печать и быстрое прототипирование.
Существенным преимуществом использования процессов послойного синтеза для формирования внутренней оболочки является то, что такие технологии способны создавать очень сложные формы, формы, которые было бы значительно сложнее производить с помощью более традиционных способов. Кроме того, технологии послойного синтеза, такие как 3D-печать, могут обеспечить превосходную отделку внутренней поверхности внутренней оболочки, что может быть решающим для уменьшения искажений звука в пределах корпуса динамика.
Несмотря на вышеизложенное, в некоторых вариантах осуществления внутренняя оболочка может быть сформирована путем состыковки двух или более компонентов вместе для формирования единого целого. В таких вариантах осуществления следует принять меры к тому, чтобы стыковки между компонентами были гладкими на внутренней поверхности внутренней оболочки.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования внутренней оболочки включает в себя формирование по меньшей мере части внутренней оболочки с использованием послойного синтеза.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования внутренней оболочки включает в себя формирование внутренней оболочки как единого целого с использованием послойного синтеза.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования внутренней оболочки включает в себя формирование толщины внутренней оболочки в диапазоне от 1 мм до 5 мм.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования внутренней оболочки включает в себя формирование толщины внутренней оболочки в диапазоне от 1 мм до 3 мм.
Толщина тонкой стенки внутренней оболочки желательно должна быть такой, чтобы минимизировать количество (и стоимость) материала, используемого в процессе послойного синтеза, а также ограничить время, затрачиваемое на формирование внутренней оболочки. В то же время толщина внутренней оболочки и материал, используемый для ее изготовления, должны быть такими, чтобы внутренняя оболочка обладала достаточной жесткостью, дабы не исказиться во время формирования наружной оболочки. Толщина внутренней оболочки также должна поддерживаться малой (относительно толщины наружной оболочки), чтобы обеспечить как можно больший объем внутренней полости корпуса динамика для размера корпуса. Объем внутренней полости важен для воспроизведения басовых частот, в частности - чем больше доступный внутренний объем (относительно габаритов корпуса динамика), тем лучше (или точнее) воспроизведение басовых частот.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования внутренней оболочки включает в себя формирование контуров во внутренней оболочке, которые создают несущие конструкции в наружной оболочке корпуса при его формировании.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования внутренней оболочки включает в себя формирование случайно рифленой поверхности по меньшей мере на части внутренней поверхности внутренней оболочки.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования внутренней оболочки включает в себя формирование внутренней поверхности внутренней оболочки, которая содержит только плавно изогнутые контуры.
Следствием формирования внутренней поверхности только из плавно изогнутых контуров является то, что во внутренней полости корпуса динамика отсутствуют плоские поверхности или какие-либо острые края. Любые звуки, отраженные от изогнутых поверхностей, могут быть рассеяны во многих направлениях, что уменьшает любую тенденцию производить стоячие волны во внутренней полости корпуса динамика.
Кроме того, отсутствие каких-либо острых краев может уменьшить искажение, вносимое дифракцией звуковой волны на остром крае.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования внутренней оболочки включает в себя формирование противоположных сторон внутренней оболочки, которые не параллельны друг другу.
Опять же, изогнутые, непараллельные противоположные стороны (или поверхности) внутренней оболочки могут уменьшить возникновение стоячих волн или резонансов, создаваемых усилением (или подавлением) звуковых волн, как это может происходить, когда звуковые волны отражаются плоскими параллельными сторонами.
Следствием того, что внутренняя оболочка образована только плавно изогнутыми контурами и с противоположными сторонами, которые не параллельны, является то, что толщина наружной оболочки непрерывно изменяется по корпусу динамика.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования внутренней оболочки включает в себя конфигурирование внутренней оболочки для приема множества динамиков.
Как хорошо известно, несколько динамиков обычно заключены в пределах одного корпуса динамика, причем каждый из динамиков сконфигурирован для определенного частотного диапазона. Частота переключается электронным способом между динамиками на заданных частотах разделения.
В предпочтительном варианте осуществления способ формирования корпуса динамика включает в себя формирование внутренней оболочки и формы для отливки наружной оболочки для формирования полости для электроники в корпусе динамика.
Предпочтительно полость для электроники сформирована снаружи внутренней полости корпуса динамика.
Предпочтительно полость для электроники расположена на стороне полости для динамика напротив стороны, вмещающей динамик; или на нижней части корпуса.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования наружной оболочки включает в себя заполнение полости между внутренней оболочкой и формой для отливки наружной оболочки эпоксидным или полиуретановым связующим/основным материалом, в который вводится один или несколько из следующих элементов:
резиновые шарики/крошка предпочтительно 0,5-3 мм в диаметре/номинальном размере;
стеклянные микросферы диаметром 0,1-0,5 мм с относительной плотностью менее 0,5;
древесное волокно;
стеклянные и гранитные раздробленные или острые кусочки номинальным размером 2-3 мм; и/или
различные порошки для сгущения или изменения ликвидности смеси. Будет понятно, что такие порошки являются теми, которые хорошо известны в данной области техники.
Также будет понятно, что вышеприведенный список не предназначен быть ограничивающим, и другие материалы могут быть введены в эпоксидный или полиуретановый связующий/основной материал.
В предпочтительном варианте осуществления этап формирования внутренней оболочки включает в себя формирование отверстия через внешнюю оболочку корпуса динамика. Отверстие составляет часть несущей конструкции.
Общепринято формировать отверстие (по существу, отверстие, соединяющее внутреннюю полость корпуса динамика с внешней стороной), которое может (при соответствующей форме и размерах) усиливать базовую частотную характеристику на собственной резонансной частоте базового драйвера или, в качестве альтернативы, уменьшать искажение на басовых частотах. Отверстие может быть расположено в любом месте в корпусе динамика, в зависимости от конкретной конструкции корпуса.
В предпочтительном варианте осуществления способ формирования внутренней оболочки включает в себя формирование внутренней оболочки и формы для отливки наружной оболочки для включения в пределах наружной оболочки электрической разводки и соединений между динамиком и электроникой.
Преимущество этого способа состоит в том, что электрическое соединение (например, медная шина) может быть вставлено в процессе изготовления корпуса, где доступ в противном случае был бы трудным или невозможным. Электрические соединения также могут содержаться вне внутренней полости корпуса, где они в противном случае могли бы вибрировать против внутренней стенки корпуса или динамика, вызывая тем самым слышимое искажение. Кроме того, встраивание электрического соединения в надлежащее место может привести к минимизации длины провода, необходимого для подключения к драйверу динамика, что, в свою очередь, может уменьшить искажение, которое может быть вызвано проводом, находящимся внутри внутренней полости корпуса.
В предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя этап нанесения открыто-ячеистой пеноструктуры средней плотности на внутреннюю поверхность внутренней оболочки.
Преимущество прикрепления открыто-ячеистой пеноструктуры к внутренней поверхности внутренней оболочки (т. е. к поверхности внутренней полости корпуса динамика) состоит в том, что она может способствовать поглощению звуковых волн внутри внутренней полости, которые в противном случае отражались бы от внутренней поверхности внутренней оболочки.
В предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя этап нанесения пеноструктуры на внутреннюю поверхность внутренней оболочки до суспендирования внутренней оболочки в форму для отливки внешней оболочки.
В предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя применение открыто-ячеистой пены в жидкой форме (которая отверждается после нанесения, образуя открыто-ячеистый пенный слой) до или после того, как внутренняя оболочка будет использована для формирования внутренней полости.
В альтернативных вариантах осуществления способа пеноструктура может быть нанесена на внутреннюю поверхность внутренней оболочки после того, как корпус динамика будет сформирован.
В альтернативных вариантах осуществления способа лист открыто-ячеистого пенного материала средней плотности прикрепляется к внутренней поверхности внутренней оболочки.
В этих вариантах осуществления лист пены может быть соединен с внутренней поверхностью любым из средств, хорошо известных в данной области техники.
В предпочтительном варианте осуществления способа этап нанесения пены на внутреннюю поверхность внутренней оболочки включает в себя формирование слоя, имеющего толщину, равную четверти длины волны заданной частоты, подлежащей регулированию.
Использование толщины в четверть длины волны желаемой частоты состоит в том, что это может уменьшить или устранить отражение волн на желаемой частоте от внутренней поверхности внутренней оболочки.
В предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя этап заполнения внутренней полости корпуса динамика звукопоглощающим материалом.
Звукопоглощающий материал, такой как полиэфирное волокно, шерсть, стекловолокно и/или комбинации этих материалов, среди прочих, может использоваться для поглощения и подавления любых звуковых волн во внутренней полости корпуса динамика.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается корпус для аудио динамика, сформированный вышеописанным способом.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается корпус для динамика, включающий в себя внутреннюю оболочку, выполненную с возможностью приема динамика, и наружную оболочку, имеющую внутреннюю поверхность, ограниченную внутренней оболочкой, причем наружная оболочка представляет собой монококовую конструкцию.
В предпочтительном варианте осуществления наружная оболочка корпуса динамика включает в себя ребро, сформированное в наружной оболочке.
В предпочтительном варианте осуществления ребро простирается во внутреннюю полость корпуса динамика, причем внутренняя полость ограничена внутренней поверхностью внутренней оболочки.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере часть ребра включает в себя плавно изогнутое поперечное сечение.
В предпочтительном варианте осуществления вся длина ребра включает в себя плавно изогнутое поперечное сечение.
В предпочтительном варианте осуществления ребро простирается вдоль стороны внутренней полости, причем ребро ориентировано в плоскости, по существу параллельной продольной оси драйвера динамика.
В предпочтительном варианте осуществления ребро простирается вокруг внутренней поверхности внутренней оболочки.
В предпочтительном варианте осуществления наружная оболочка включает в себя множество ребер.
В предпочтительном варианте осуществления наружная оболочка включает в себя множество ребер, каждое из которых включает в себя плавно изогнутое поперечное сечение, которое простирается вдоль стороны внутренней полости и во внутреннюю полость корпуса динамика.
В предпочтительном варианте осуществления корпус динамика включает в себя жесткую внутреннюю оболочку, сформированную как единое целое.
В предпочтительном варианте осуществления внутренняя оболочка включает в себя случайно рифленую поверхность по меньшей мере на участках внутренней поверхности внутренней оболочки.
В идеале вся внутренняя поверхность внутренней оболочки является случайно рифленой.
В предпочтительном варианте внутренняя поверхность внутренней оболочки содержит только плавно изогнутые контуры.
В предпочтительном варианте осуществления противоположные стороны внутренней оболочки не параллельны друг другу.
В предпочтительном варианте осуществления толщина наружной оболочки непрерывно изменяется по корпусу динамика.
В предпочтительном варианте осуществления корпус динамика включает в себя электрическое соединение между внешней стороной корпуса динамика и внутренней полостью корпуса динамика, при этом электрическое соединение встроено в наружную оболочку.
Краткое описание чертежей
Дополнительные аспекты настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания, которое приводится исключительно в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 показывает внутреннюю оболочку корпуса динамика в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 показывает заднюю часть разреза внутренней оболочки, показанной на фиг.1,
фиг.3 показывает разрез формы для отливки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.4 показывает заднюю часть разреза внутренней оболочки, показанной на фиг.2, суспендированной в форме для отливки по фиг.3;
фиг.5 показывает задний разрез корпуса динамика в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.6 показывает передний разрез корпуса динамика, показанного на фиг.5;
фиг.7 показывает другой вид сечения, показанного на фиг.5;
фиг.8 показывает другой горизонтальный разрез корпуса динамика, показанного на фиг.5; и
фиг.9 показывает корпус динамика в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Наилучшие варианты осуществления изобретения
Корпус динамика в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в целом обозначен стрелкой 1 на фиг.9. Тип корпуса громкоговорителя, обсуждаемый ниже и иллюстрируемый на прилагаемых чертежах, относится к такому типу, который может быть подходящим для использования, например, в качестве динамика на книжной полке. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что множество разных форм корпуса динамика могут быть сформированы с использованием способа по настоящему изобретению, от относительно небольшого корпуса динамика, показанного на прилагаемых чертежах, до больших, свободно стоящих, корпусов с множеством динамиков, имеющих значительно больше несущих элементов в наружной оболочке, нежели показано для варианта осуществления, показанного на чертежах. Следовательно, обсуждение здесь этого конкретного варианта осуществления не должно рассматриваться как ограничивающее.
Корпус 1 динамика формируется из внутренней оболочки 2 и наружной оболочки 3 - см. фиг. 5, 6 или 9. Этот вариант осуществления корпуса динамика включает в себя два отверстия 4, 5 для установки динамиков - см. фиг.9. Очевидно, что в других вариантах осуществления может быть включено любое количество монтажных отверстий для динамиков в соответствии с требованиями конструкции.
Внутренняя оболочка 2 формирует ребра 6, которые простираются во внутреннюю полость 7 корпуса динамика, как показано на фиг.6. Внешняя поверхность наружной оболочки (т. е. внешняя поверхность корпуса динамика) включает в себя только плавно изогнутые края.
Внутренняя оболочка, которая более подробно показана на фиг.1 и фиг.2 (вид разреза задней части внутренней оболочки), формируется как единое целое с использованием технологий послойного синтеза.
Технологии послойного синтеза строят 3D-объекты путем добавления слоя поверх слоя материала, который может быть пластиком, металлом, бетоном или в действительности любым подходящим материалом, который может быть сформирован слой за слоем. Обычно послойный синтез использует компьютер, загруженный программным обеспечением 3D-моделирования (САПР), и машину для добавления слоев и слоистого материала. После создания чертежа САПР оборудование послойного синтеза считывает данные из файла САПР и наносит последовательные слои жидкого, порошкового, листового материала или другого материала в ходе послойного изготовления желаемого 3D-объекта. Термин послойный синтез охватывает несколько современных технологий конструирования, включая 3D-печать, быстрое прототипирование (RP), прямое цифровое производство (DDM), послойное производство и аддитивную технологию. Ключевым преимуществом технологий послойного синтеза является то, что они могут использоваться для создания сложных форм, как в этом изобретении, что было бы очень дорогостоящим и времязатратным (если вообще возможным) с использованием традиционных технологий изготовления.
В этом варианте осуществления внутренняя оболочка 2 сформирована с помощью технологий 3D-печати путем формирования последовательных слоев пластика на основе акрилонитрила бутадиена и стирола (АБС-пластика). В качестве альтернативы полилактидный пластик (ПЛА-пластик) может использоваться в качестве материала для 3D-печати внутренней оболочки. Преимущество использования любого из этих материалов состоит в том, что сложные формы могут быть сформированы с помощью процесса 3D-печати, имеющегося на данный момент. Однако, внутренняя оболочка из пластика АБС или ПЛА будет иметь поверхность, обращенную во внутреннюю полость корпуса динамика, которая не поглощает звук, а скорее отражает звук обратно в полость: очевидно, это не идеально. Идеальным материалом для формирования внутренней оболочки был бы тот, который может быть напечатан с помощью 3D-печати и который создает звукопоглощающую поверхность. Заявитель не знает о таком материале, доступном на настоящий момент, но, можно надеяться, что он будет найден по мере развития технологий.
Форма внутренней оболочки определяется дизайнером как файл САПР. Внутренняя оболочка выполняет две важные функции: ее внешняя поверхность обеспечивает жесткую форму для отливки, которая формирует внутреннюю поверхность внешней оболочки во время этапа литьевого формования (более подробно обсуждается ниже); а внутренняя поверхность внутренней оболочки формирует поверхность внутренней полости корпуса динамика. Первая из этих функций используется при формировании несущих конструкций наружной оболочки, таких как ребро 6, в то время как вторая предназначена для обеспечения необходимых поверхностей и подготовки поверхности для уменьшения и/или устранения искажения звука, производимого динамиками.
После создания файла САПР данные из этого файла вводятся в систему 3D-печати; результирующая форма для этого варианта осуществления показана на фиг.1, и разрез задней части внутренней оболочки проиллюстрирован на фиг.2. Заявитель обнаружил, что толщина внутренней оболочки в диапазоне от 1 мм до 3 мм является достаточной для достижения рабочего баланса между требованиями к жесткости внутренней оболочки (во время формирования наружной оболочки) и экономией материалов, используемых для ее формирования.
Внутренняя оболочка 2 в этом варианте осуществления включает в себя реброобразующие формы 8, которые производят три ребра 6, простирающиеся вокруг внутренней полости корпуса динамика. Часть реброобразующих форм 8 на сторонах внутренней оболочки находится в плоскости, по существу параллельной вертикальной плоскости через срединное сечение любого из драйверов динамиков от передней до задней части динамика. Поскольку драйверы динамиков обычно устанавливаются в корпусе так, что передняя часть динамика вертикальна (т. е. с основанием корпуса динамика, поддерживаемого на горизонтальной поверхности), плоскость реброобразующих форм 8 также горизонтальна.
В некоторых вариантах осуществления из-за конструкционных препятствий может оказаться невозможным, чтобы ребра были выровнены с продольной осью драйверов динамиков. В таких вариантах осуществления ребра вокруг стенок корпуса могут быть наклонены относительно продольной оси драйвера динамика, хотя угол наклона обычно сводится к минимуму и редко превышает 25°.
Еще одна реброобразующая форма 9 простирается через верхнюю часть внутренней оболочки от передней до задней части, вниз по задней части и от задней к передней части основания внутренней оболочки. Реброобразующие формы 8, 9 проходят во внутреннюю часть внутренней оболочки 2. Их форма предназначена для обеспечения плавно изогнутой поверхности, по которой звуковые волны могут протекать аэродинамически с небольшим искажением или без него.
Разрез задней части внутренней оболочки 2, в целом обозначенный стрелкой 2' на фиг. 2, включает в себя придание формы поверхности внутренней оболочки для создания отверстия 10 в виде имеющего форму отверстия через заднюю часть корпуса динамика и корпуса 11 для электроники, необходимой для динамиков. Корпус 11 образует полость в задней части корпуса динамика, в которой размещается электроника. Это не только позволяет убрать электронику из внутренней полости корпуса динамика (где она может создавать искажение звуковых волн), но и обеспечивает относительно легкий доступ к электронике.
Перед этапом литьевого формования внутренняя поверхность внутренней оболочки покрывается толщиной открыто-ячеистой пены средней плотности. Это удобно наносить в виде жидкого аэрозоля, который в сочетании с пенообразователем создает пеноструктуру. Количество наносимой пены выбирается для создания слоя пены, имеющего толщину, приблизительно равную четверти длины волны заданной частоты, подлежащей подавлению.
Разрез задней части формы 12 для отливки наружной оболочки показан на фиг.3. Форме 12 для отливки наружной оболочки придана форма для обеспечения внешней поверхности 3 корпуса динамика и поверхностей, которые вместе с внутренней оболочкой создают внутреннюю конструкцию наружной оболочки. Как показано на фиг.3, форма 10' создает отверстие для формирования отверстия 10, а заглушенная часть 11' создает внутреннюю поверхность корпуса 11 для электроники. Форма 12 для отливки наружной оболочки включает в себя отверстие 13 через форму для отливки: это отверстие используется для ввода материала, используемого для формирования наружной оболочки во время процесса литьевого формования. Вентиляция полости 14 может потребоваться в стратегических положениях, чтобы позволять вытесняемому воздуху выходить при заполнении полости 14.
Чтобы сформировать наружную оболочку корпуса динамика, внутренняя оболочка 2 суспендируется внутри формы для отливки наружной оболочки 12, в результате чего формируется полость 14 между внутренней оболочкой и внутренней поверхностью наружной оболочки, как показано в разрезе задней части корпуса динамика на фиг.4. Ширина полости 14 изменяется в зависимости от того, какая часть полости рассматривается. Однако, заявитель обнаружил, что требуется ширина по меньшей мере 14 мм для обеспечения необходимой жесткости наружной оболочки и для гарантии успешного процесса формования (т. е. что все различные сложные поверхности полости 14 будут должным образом заполнены материалом и что будет достигнута однородная отливка).
В этот момент электрические соединения в виде электрических проводников 15 суспендируются в полости между внутренней частью корпуса для электроники и во внутренней полости корпуса динамика вблизи корпусов динамиков. Таким образом, электроника может быть подключена к динамикам в пределах стенок наружной оболочки, только с относительно короткой длиной провода, необходимого внутри внутренней полости для подключения к динамикам. Это может помочь уменьшить любое искажение, которое может возникнуть из-за ослабленных проводов внутри внутренней полости.
Когда внутренняя оболочка правильно суспендирована в пределах формы для отливки наружной оболочки, материал в виде эпоксидного или полиуретанового связующего/основного материала вводится с одним или несколькими из следующих элементов:
резиновые шарики/крошка предпочтительно 0,5-3 мм в диаметре/номинальном размере;
стеклянные микросферы диаметром 0,1-0,5 мм с малой относительной плотностью
древесное волокно
стеклянные и гранитные раздробленные или острые кусочки номинальным размером 2-3 мм
различные порошки для сгущения или изменения ликвидности смеси, как те, что хорошо известны в данной области техники.
Однако, будет понятно, что этот список не предназначен быть ограничивающим.
Резиновые шарики/крошка могут использоваться для подавления/поглощения звука, воздействующего на внешнюю оболочку. Стеклянные микросферы могут использоваться для уменьшения массы и улучшения процесса, а также для повышения способности к выливанию и однородности (т. е. для уменьшения разделения тяжелых твердых частиц под действием силы тяжести, в то время как жидкая смесь находится в форме для отливки). Древесное волокно может быть добавлено для обеспечения подавления, уменьшения массы и снижения стоимости, в то время как смесь из стекла и гранита может использоваться для обеспечения механической прочности наружной оболочки.
После отверждения материала форма 12 для отливки наружной оболочки удаляется, чтобы обнажить наружную оболочку 3 корпуса динамика, как показано на заднем разрезе на фиг.5. фиг.6 показывает разрез передней части корпуса динамика. Наружная оболочка ограничена внутренней оболочкой 2, что приводит к цельнолитой детали для наружной оболочки 3, которая имеет внутреннюю оболочку 2 в качестве своей внутренней поверхности.
Три горизонтальных ребра 6 могут быть хорошо видны простирающимися во внутреннюю полость 7 корпуса динамика, так же как и ребро 9, которое простирается в вертикальной плоскости вдоль верхней, задней и нижней сторон внутренней полости корпуса динамика. Аналогично, сформированное отверстие 10 и задняя часть корпуса 11 для электроники показаны на фиг.5, а отверстия 4, 5 динамиков для установки динамиков показаны на фиг.6. Обратите внимание, что расстояние между центральным ребром (из трех горизонтальных ребер) и каждым из соседних горизонтальных ребер отличается, что может уменьшить или предотвратить суммирование резонансов панели на одинаковых частотах в пределах внутренней полости, которые могли бы возникнуть, если бы расстояние между соседними парами ребер было одинаковым.
фиг.7 показывает вертикальный разрез поперечного сечения корпуса динамика, в котором стенки наружной оболочки заштрихованы. Это иллюстрирует, что стенкам внутренней оболочки были придана такая форма, чтобы они образовывали только плавно изогнутые контуры. Кроме того, поперечное сечение на фиг.7 показывает, что поверхности противоположных стенок внутренней оболочки (например, 16, 17) не параллельны друг другу. Одним из следствий этого является то, что толщина наружной оболочки непрерывно изменяется по корпусу динамика. фиг.7 также показывает электрические соединения 15, встроенные в пределах стенки наружной оболочки.
Горизонтальное поперечное сечение разреза через корпус динамика от передней части 1 до задней (в целом обозначено стрелками 18 и 19 соответственно) корпуса динамика. Этот вид показывает электронные соединения 15, встроенные в стенку наружной оболочки, корпус 11 для электроники, горизонтальное ребро 6 и ребро 9 в основании корпуса динамика.
На заключительном этапе способа формирования корпуса динамика звукопоглощающий материал в виде смеси из стекловолокна/шерсти набивается во внутреннюю полость корпуса динамика.
Полные раскрытия всех заявок, патентов и публикаций, цитированных выше и ниже, если таковые имеются, включены в настоящее описание посредством ссылки.
Ссылка на любой предшествующий уровень техники в этом описании не является и не должна восприниматься как подтверждение или любая форма предположения о том, что этот предшествующий уровень техники составляет часть общедоступных знаний в данной области техники в любой стране мира.
Изобретение также может упоминаться в широком смысле как состоящее из частей, элементов и признаков, упомянутых или указанных в описании заявки, по отдельности или совместно, в любых или во всех комбинациях двух или более из указанных частей, элементов или признаков.
В тех случаях, когда в предшествующем описании была сделана ссылка на целые числа или компоненты, имеющие известные эквиваленты, эти целые числа включены здесь, как если бы они были изложены по отдельности.
Следует отметить, что различные изменения и модификации предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления, описанных здесь, будут очевидны специалистам в данной области техники. Такие изменения и модификации могут быть сделаны без отклонения от сущности и объема изобретения и без уменьшения его сопутствующих преимуществ. Поэтому предполагается, что такие изменения и модификации должны быть включены в настоящее изобретение.
Изобретение также может упоминаться в широком смысле как состоящее из частей, элементов и признаков, упомянутых или указанных в описании заявки, по отдельности или совместно, в любых или во всех комбинациях двух или более из указанных частей, элементов или признаков.
Аспекты настоящего изобретения были описаны исключительно в качестве примера, и следует принять во внимание, что к ним могут быть внесены изменения и дополнения, не выходящие за пределы его объема, как определено в прилагаемой формуле изобретения.