РУПОР УСТРОЙСТВА ВЫВОДА ЗВУКА
SOUND OUTPUT DEVICE HORN

Область техники, к которой относится изобретение
.
Данное изобретение относится к устройствам вывода звука в акустических системах, а именно рупорам устройств вывода звука, соединяемым с излучателем динамической головки, работающей в диапазоне частот 1000 Гц и выше.
Уровень техники.
Из уровня техники известен рупор устройства вывода звука, соединяемый с излучателем динамической головки. См патент на изобретение № 2662052, опубликован в 2018 году.
Данное устройство является наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату и выбрана за прототип предлагаемого изобретения.
Недостатком этого прототипа является большое количество гармонических искажений. Прототип не может использовать эффект дифракции, для расширения направленности по горизонтали, и поэтому имеет большее количество гармонических искажений.
Раскрытие изобретения.
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить рупор устройства вывода звука, соединяемый с излучателем динамической головки, позволяющий, по меньшей мере, сгладить, как минимум, один из указанных выше недостатков, а именно снижение гармонических искажений, что и является поставленной задачей.
Для достижения этой цели рупор состоит из нескольких независимых каналов, которые имеют сечение многоугольника, причем они закручены вокруг своей оси на одинаковое количество оборотов, при этом разница длин разных каналов вдоль продольной оси составляет не более ¼ длины волны самой высокой излучаемой частоты динамической головки. Каждый канал, в поперечном сечении, имеет размер не более длинны волны самой высокой частоты излучаемого диапазона звуковых частот.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность снижения гармонических искажений. Это связано с принципами сложения и вычитания звуковых волн, при котором одинаковое количество оборотов дают лучший эффект. Длины всех каналов равны между собой, для соблюдения синфазности звуковой волны на выходе этих каналов.
Существует преимущественный вариант исполнения данного устройства, при котором выходы каналов выстроены по одной линии.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность, изменяя количество каналов, управлять диаграммами направленности звукового луча в плоскости параллельной (сужение) и перпендикулярной (расширение) относительно линии по которой выстроены выходные отверстия каналов рупора.
Существует еще один вариант исполнения данного устройства, при котором количество каналов не менее шести. Это связано с математическими последовательностями, которые в свою очередь связаны с гармониками основного сигнала.
Существует также вариант исполнения данного устройства, при котором каналы закручены вокруг своей оси не менее, чем на половину оборота.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность регулировать остроту луча и дальность распространения звука.
Существует и такой вариант исполнения данного устройства, при котором каналы имеют сечение в виде правильных шестиугольников.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность максимально плотно расположить выходные каналы и уменьшить габаритные размеры рупора.
Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для способов аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения в отношении способа. Кроме того, данное решение неочевидно для специалиста в данной области.
Краткое описание чертежей.
Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигуры 1-4 изображают устройство рупора, согласно изобретению,
- фигура 5 изображает внешний вид рупора, согласно изобретению,
- фигура 6-9 изображают примеры замеров АЧХ и процентов гармоник, акустических систем ведущих мировых производителей в сравнении с предлагаемым устройством. (Фигура 6 - ARCS L-Acoustics, фигура 7 HiQ 12 L-Acoustics, фигура 8 - Turbosound NUQ-15 фигура 9 - JBL VRX),
- фигура 10 изображают примеры замеров АЧХ с установленным в неё рупором согласно изобретению.
Согласно фигурам 1-4 рупор устройства вывода звука соединен с излучателем динамической головки. Рупор состоит из нескольких независимых каналов, которые имеют сечение многоугольника, причем они закручены вокруг своей оси на одинаковое количество оборотов, при этом разница длин разных каналов вдоль продольной оси оставляет не более ¼ длины волны самой высокой излучаемой частоты динамической головки.
Преимущественно выходы каналов выстроены по одной линии.
Преимущественно количество каналов не менее шести.
Преимущественно каналы закручены вокруг своей оси не менее, чем на половину оборота.
Преимущественно каналы имеют сечение в виде правильных шестиугольников.
То есть плоскость сопряжения пред рупорной камеры, высокочастотной динамической головки громкоговорителя, делится на сектора. Количество должно быть не менее шести. Лучше всего использовать двенадцать. Это связано с математическими последовательностями, которые в свою очередь связаны с гармониками основного сигнала. Так же это количество двенадцать было выбрано после практических тестов и экспериментов.
Количество каналов зависит от верхней максимальной излучаемой частоты звукового диапазона и требуемых углов излучения звука по вертикали и горизонтали. Достигнута ширина излучения звука 180°. Ни один производитель в мире не производит акустические системы с такой шириной дисперсии на высоких частотах, выше 3 кГц. И даже за порталом слышно высокие частоты.
Например, длина волны частотой 20000 Гц, при скорости звука 340 метров в секунду, составляет 17 мм. Тут же используется меньший размер. Этот же параметр позволяет использовать такое явление как дифракция, рассеивание, для увеличения ширины и равномерности горизонтального покрытия в плоскости перпендикулярной направлению излучения. При увеличении поперечного сечения каждого отдельного канала, выше указанного размера, начнутся интерференционные явления внутри канала. То есть переотражение звуковой волны внутри канала, с образованием стоячих волн. Что приведет к резкому падению КПД. Количество каналов одновременно связано с направленностью рупора в вертикальной плоскости. Чем больше каналов, тем острее излучение по вертикали и шире излучение по горизонтали. После практических экспериментов было выбрано именно двенадцать каналов. Так как при использовании динамического высокочастотного излучателя с диаметром "горла" 1.4 дюйма и более, поперечный размер каждого канала, при количестве шести, превышает максимально допустимый размер, а количество между шестью и двенадцатью не подходит по причине вычитания некоторых гармоник от основного сигнала.
Как видно из фигур 1-4 от каждого сектора отходит самостоятельный канал, который никак не пересекается с соседними каналами.
Все каналы закручиваются относительно своей продольной оси и относительно друг друга, а на выходе выстраиваются в одну линию. Закручиваются каналы вокруг своей оси, по часовой или против часовой стрелки, не менее чем на половину оборота. Максимальное количество оборотов не ограничено, но связано с физическими размерами самого рупора и потерями сигнала на выходе от трения молекул воздуха о внутреннюю поверхность канала.  Преимущественно используется два оборота. Все каналы имеют одинаковую длину вдоль своей продольной оси, с разницей не более ¼ длины волны самой высокой излучаемой частоты, и   одинаковое количество оборотов. Это связано с принципами сложения и вычитания звуковых волн, и для соблюдения синфазности звуковой волны на выходе этих каналов.
Длина канала считается по внутренней оси симметрии каждого канала и эти длины равны. Выходные отверстия всех каналов могут быть строго соосны или через один направляться немного в противоположные стороны. Этим регулируется дисперсия излучения в плоскости перпендикулярной направлению излучения. На конце рупора все каналы объединены единым плоским фланцем. Размерами этого фланца регулируется результирующая АЧХ рупора.
Длиной и количеством каналов регулируются горизонтальная и вертикальная дисперсия излучения звука.
В данном случае работает тот же принцип, по которому работают, так называемые линейные массивы. Чем больше элементов по вертикали, тем шире излучение по горизонтали и уже излучение по вертикали. Длина канала зависит от количества оборотов самого канала вдоль своей продольной оси. Чем больше оборотов, тем более дальнобойный получается рупор.
Каждый канал имеет, в поперечном сечении, форму многогранника и размер не более длинны волны самой высокой частоты излучаемого диапазона звуковых частот.
Преимущественно используется шестигранник. Шестигранник имеет самую большую площадь поперечного сечения, при одинаковой длине периметра, по сравнению с другими многоугольниками.
Осуществление изобретения.
Рупор устройства вывода звука работает стандартным образом.
Промышленная применимость.
Предлагаемый рупор устройства вывода звука может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивают реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.
В соответствии с предложенным изобретением изготовлен опытный образец рупора устройства вывода звука.
Испытания опытного образца показали, что он обеспечивает возможность значительного снижения гармонических искажений. Это хорошо видно на фигурах 6-10. На графиках присутствуют кривые линии разных цветов, которые показывают амплитуды основного сигнала и гармоник. На верхнем графике каждого рисунка отображены общая АЧХ акустической системы, это линия чёрного цвета, и гармоники. Порядковый номер гармоники прописан в правом нижнем углу рисунка, в таблице. Основное внимание следует обратить на вторую, синий цвет, и третью гармоники, красный цвет. На нижнем графике показаны процентные соотношения гармоник относительно общего сигнала. Уровень гармоники ниже одного процента является пороговым значением слышимости. Поэтому этот параметр прописывается в технических характеристиках акустических систем всех ведущих производителей. Уровень 4% человеческим слухом распознаётся на одинаковой громкости с основным сигналом. Общеизвестным фактом, в среде специалистов, является то, что ламповые усилители звука имеют уровень второй гармоники, доходящий до 2%. Вторая гармоника воспринимается на слух как приятный призвук, который делает звук как бы красивее. Этому даже присвоен неофициальный термин "тёплое ламповое звучание". Третья гармоника на слух воспринимается как жесткий, неприятный призвук, хрип. В общем случае, наличие гармоник искажает первоначальный спектр сигнала. Как бы окрашивает его звуками, которых изначально не было в этом сигнале. Наиболее заметными эти дополнительные призвуки, для человеческого слуха, являются в диапазоне средних частот, примерно от 1000 Гц. до 5000 Гц. Предлагаемая конструкция, средне-высокочастотного рупора, минимизирует эти гармонические искажения, опуская их ниже порога слышимости. Что является наиболее ценным при использовании контрольных студийных мониторов или при озвучивании концертов классической музыки или вокала.
Таким образом, в данном изобретении достигнута поставленная задача – снижение гармонических искажений.