ДИНАМИЧЕСКИЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ С ВНУТРЕННИМ ДВУХПОЛОСТНЫМ РЕЗОНАТОРОМ
DYNAMIC LOUDSPEAKER WITH INTERNAL DOUBLE-CAVITY RESONATOR

Изобретение относится к акустической технике, в частности к использованию его в качестве громкоговорителя с резонансным устройством в акустических системах высококачественного звучания, а также в радиоприемниках, телевизорах и другой звуковоспроизводящей аппаратуре.
Акустика - одна из прикладных дисциплин, где явления резонанса оказывают влияние на все колебательные процессы. Нежелательные резонансы стремятся подавить, полезные - использовать в виде полостей, каналов, объемных резонаторов, которые в сочетании образуют сложные устройства, аналогичные резонансным контурам, фильтрам и т.д.
Известна заявка IPO 7-007789 A (MATSUSHITA ELEKTRIC IND LTD) 10.01.1995., в которой Д.Г. имеет МЕХАНИЧЕСКИЙ резонатор, обеспечивающий уменьшение оптических колебаний диффузора вблизи его резонансной частоты, которая задается весом и формой 2-х подвесов с отверстием в центре. Конструкция резонатора крепится в верхней части каркаса звуковой катушки и сверху закрыта сплошным пылезащитным колпачком (без отверстия), т.е. не имеет звукового излучения во фронтальное пространство Д.Г. в 4-х вариантах заявки. В 5-м варианте пылезащитный колпачок исключен, но для сохранения пылезащитных свойств в верхнем подвесе убрано центральное отверстие, т.е. отсутствие контакта полости резонатора с фронтальным пространством сохраняется. Заявленный эффект-уменьшение амплитудных колебаний за счет создания колебаний на заданных частотах.
Более близким прототипом является заявка IPH 11346395 (MATSUSHITA ELEKTRIC) 14.12.1999.
В заявленной конструкции Д.Г. установлен резонатор типа Гельмгольца с соосным отверстием - горловиной в пылезащитном колпачке. Полость резонатора образована внутренней стенкой колпачка, стенками каркаса звуковой катушки и сплошным плоским дном, т.е. она не имеет акустической связи с тыльным пространством. Результатом действия резонатора является снижение излучательной способности диффузора в диапазоне 50-200 гц. Заявленный эффект - создание пассивного излучателя, который не создает ненужных излучений благодаря высокочастотному резонансу и обладает отличной реакцией на высокоуровневый вход.
Недостатки прототипов - невозможность сформировать необходимые параметры и качественные характеристики для достижения естественности звучания на уровне оригинальных источников звука. В связи с этим совершенствование конструкции динамического громкоговорителя в части повышения естественности звуковоспроизведения и качества звучания до сих пор является актуальной задачей.
Поставленная задача достигается тем, что в динамическом громкоговорителе, содержащем жесткую раму, к которой прикреплены постоянный магнит, звукообразующий диффузор на верхнем подвесе, нижнюю центрующую диафрагму, звуковую катушку (ЗК) на каркасе, предлагается дополнительно установить резонатор, объем которого сформирован снизу поверхностью торца керна магнитной системы (МС), с боков - внутренней стенкой каркаса звуковой катушки и сверху неподвижной крышкой - колпачком выпуклой формы, связанным через стержневую опору с массой керна резьбовым соединением.
Объем резонатора разделен внутренней мембраной на две полости - нижнюю и верхнюю, акустически соединенные имеющимся в центре диафрагмы отверстием в форме трубчатого тоннеля, соосного с каркасом ЗК. Мембрана приклеена по внешнему периметру к внутренней стенке каркаса ЗК в его верхней части.
Верхняя полость резонатора акустически связана с фронтальным пространством ДГ через кольцевую щель, образованную периметром крышки и фронтальной поверхностью диффузора. Высота щели регулируется изменением положения крышки относительно диффузора вращением головки стержневой опоры.
Нижняя полость резонатора акустически связана с тыловым полем Д.Г. через зазор между звуковой катушкой и верхней пластиной магнитной системы, и центрующую шайбу.
При работе ДГ колебания внутренней мембраны формируют в нижней полости тыловое звуковое поле, а в верхней полости - фронтальное. Через тоннельное отверстие в мембране поля взаимодействуют и результирующие звуковые волны излучаются через кольцевую щель во фронтальное пространство ДГ, качественно влияя на воспроизводимый динамическим громкоговорителем звук. Акустическая связь нижней полости с тыловым полем Д.Г. усиливает этот эффект.
Заявляемое решение дополняют частные отличительные признаки, способствующие достижению заявленных результатов.
Соотношение объемов полостей резонатора составляет 1+-0.3.
Отношение внешнего диаметра внутренней мембраны и диаметра тоннельного отверстия составляет 3-3.5, а отношение длины тоннеля и диаметра отверстия 0.5-1.0.
Стержневая опора крышки резонатора имеет минимальное сечение, обеспечивающее необходимую жесткость, а ее перемещение в резьбовом соединении с керном МС обеспечивает изменение высоты кольцевой щели 0.05-0.1 от диаметра крышки. Высота крышки – 0, -0,5  от её диаметра.
Диаметр крышки резонатора зависит от диаметра каркаса ЗК и составляет 1.2-1.4 от величины последнего.
По периметру крышка резонатора имеет круговой изгиб, создающий кольцо, поверхность которого параллельна плоскости диффузора, примыкающей к щели. Ширина этого кольца составляет 0.07-0.1 от диаметра крышки.
Сущность заявляемого изобретения заключается во встраивании в конструкцию динамического громкоговорителя нового конструктивного элемента - двухполостного резонатора, взаимодействие излучения которого с излучением основного диффузора ДГ привело к качественному изменению звучания ДГ - повышению четкости, пространственности и натуральности, проявлению тонких звуковых нюансов, не слышимых в базовом ДГ. Особенно эти эффекты отмечаются в хоровых и оркестровых аудиозаписях во всем слышимом диапазоне частот. При этом четко проявляется еще одно качественное изменение в звучании - сохранение стереопанарамы и глубины звуковой сцены во всей зоне прослушивания, т.е. полноценное пространственное звучание воспринимается практически в любой ее точке. Так же резко снизилась критичность места установки звуковых колонок и их положения в комнате прослушивания - поворот колонок на +/-30° к их оси практически не влияет на качество звуковой картинки.
Заявляемое изобретение показано на
Фиг. 1 Динамический громкоговоритель с двухполостным резонатором.
Список позиционных обозначений:
Жесткая рама ДГ 1
Постоянный магнит 2
Нижняя центрующая диафрагма 3
Звукообразующий диффузор 4
Верхний подвес 5
Звуковая катушка 6
Каркас звуковой катушки 7
Торцевая поверхность керна МС 8
Внутренняя мембрана 9
Тоннельное отверстие мембраны 10
Крышка-колпачок резонатора 11
Стержневая опора крышки резонатора 12
Периферийное кольцо крышки резонатора 13
Кольцевая щель резонатора 14
Резьбовое соединение стержневой опоры крышки и керна МС 15
Тыловая полость резонатора А
Фронтальная полость резонатора В.
Заявляемый динамический громкоговоритель включает жесткую раму 1, к которой прикреплены постоянный магнит 2, нижняя центрующая диафрагма 3, звукообразующий диффузор 4 на верхнем подвесе 5 и звуковая катушка 6, закрепленная на каркасе 7. ДГ, дополнительно содержит резонатор, представляющий объем, сформированный снизу поверхностью торца керна 8 магнитной системы (МС), с боков - внутренней стенкой каркаса 7 звуковой катушки и сверху неподвижной крышкой-колпачком 11 выпуклой формы, связанным через стержневую опору 12 с массой керна резьбовым соединением 15.
Объем резонатора разделен внутренней мембраной 9 на две полости - А (нижнюю) и В (верхнюю), акустически соединенных имеющимся в центре мембраны отверстием 10 в форме трубчатого тоннеля, соосного с каркасом ЗК. Величина объема полости А определяется внутренним диаметром каркаса 7 ЗК и высотой плоскости внутренней мембраны 10 над плоскостью торца керна 8 МС, а полости В - диаметром крышки-колпачка 11 и величиной его выпуклости.
Мембрана 9 имеет форму усеченного конуса для усиления жесткости и приклеена по внешнему периметру к внутренней стенке каркаса ЗК в его верхней части. Изменением места приклейки и усеченности конуса вверх-вниз регулируется соотношение объемов полостей А и В.
Верхняя полость резонатора В акустически связана с фронтальным пространством ДГ через кольцевую щель 14, образованную периметром крышки 13 и фронтальной поверхностью диффузора 4 ДГ. Высота щели регулируется изменением положения крышки относительно диффузора вращением головки стержневой опоры 12.
При работе ДГ колебания внутренней мембраны 9 формируют в полости А тыловое звуковое поле, а в полости В - фронтальное. Через тоннельное отверстие 10 в мембране поля взаимодействуют и результирующие звуковые волны излучаются через кольцевую щель 14 во фронтальное пространство ДГ, качественно влияя на воспроизводимый динамическим громкоговорителем звук.
Для оптимизации качества звука ДГ объемы полостей А и В, а также величина сечения отверстия и длина тоннеля внутренней мембраны определяются конструктивно, а высота выходной щели устанавливается при окончательной настройке.
Внутренние поверхности всех элементов резонатора имеют высокую отражательную способность звуковых волн. Крышка резонатора имеет массу, исключающую ее вибрацию от колебаний диафрагмы и звуковых волн ДГ.
Таким образом, ДГ с двухполостным резонатором, вследствие взаимодействия звуковых волн диффузора и резонатора, приобретает новые качественные характеристики направленности их излучения, что обеспечивает более качественное и естественное звучание и расширение стереоэффекта на всю зону прослушивания. Использование таких ДГ в акустических системах принципиально меняет и упрощает условия получения качественного звуковоспроизведения в бытовых и концертных помещениях.