УСТРОЙСТВО НАУШНИКА ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКА (ВАРИАНТЫ) И НАУШНИК
EARPHONE DEVICE FOR SOUND REPRODUCTION (VERSIONS) AND EARPHONE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к конструкциям устройств для излучения звука, точнее к конструкциям наушников.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны различные конструкции наушников, в которых конструкция корпуса предназначена для лучшего звучания наушников.
В заявке JP 2011082840 «Устройство наушника», публикация 21.04.2011, МПК H04R 1/10, корпус наушника выполнен из дерева и выполнен чашеобразной формы для лучшего звучания.
В заявке JP 2009135956 «Наушник», публикация 18.06.2009, МПК H04R 1/10, корпус наушника имеет акустическую камеру в цилиндрической части. Корпус выполнен из дерева для лучшего звучания и более простого крепления частей наушника к корпусу.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является конструкция наушника по патенту EP 0363082 «Устройство наушника», публикация 11.04.1990, МПК H04R 1/10, содержащая пару наушников, каждый из которых содержит корпус. Корпус выполнен из дерева и включает акустическую камеру. На корпусе закреплен громкоговоритель. На задней поверхности звуковой камеры, напротив громкоговорителя сформирована нерегулярная структура в виде канавок, выемок, отверстий или выступов.
Целью изобретения по патенту EP 0363082 является создание устройства с наушниками, которое способно препятствовать образованию стоячей волны и предотвратить возникновение резонансов.
Известны также стационарные звукоизлучающие устройства, в которых ставится задача препятствия образованию стоячих волн и возникновению резонансов. В патенте JP 62209996, публикация 16.09.1987, раскрыта конструкция излучателя, корпус которого выполнен в виде прямоугольного ящика. Внутренняя поверхность корпуса содержит ряды треугольных в сечении выступов, расположенных на каждой стороне внутренней поверхности. Ряды выступов выполнены отдельно от корпуса и прикреплены к нему клеем и клейкой лентой, винтами. Другим примером является конструкция по патенту JP 60186191, публикация 06.03.1984, в которой прямоугольный корпус стационарного звукоизлучающего устройства содержит группы элементов, в виде рядов конусных в сечении элементов, расположенных на внутренних стенках корпуса.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание новой конструкции наушника, характеризующейся увеличением длительности реверберации внутри звуковой камеры наушника, рассеивания и увеличения числа фаз тыловой волны и последующего их сложения с фронтальной волной, с целью устранения эффекта «звука в голове» и расширения объема звуковой сцены. Дополнительным полезным эффектом является рассеивание стоячих волн и устранение их воздействия на тыловое излучение электроакустического преобразователя.
Устройство наушника для воспроизведения звука, в первом варианте изобретения, включает корпус с внутренней акустической камерой и установленный в корпусе электроакустический преобразователь. Толщина стенки корпуса в районе акустической камеры составляет от 5 мм до 25 мм. Акустическая камера имеет чашеобразную форму, а внутренняя поверхность акустической камеры напротив электроакустического преобразователя выполнена в виде массива пирамидальных элементов или конусных элементов, вершины которых направлены в сторону упомянутого электроакустического преобразователя. Такое выполнение позволяет получить качественно новые звуковые характеристики наушников.
Сложная картина взаимодействия звуковых волн от излучателя в акустической камере корпуса наушника характеризуется одновременно процессами отражения, поглощения, рассеяния, дифракции волн. Эти процессы влияют на технические характеристики наушника, которые в свою очередь приводят к свойствам наушника, которые оценивает потребитель.
Важную роль играет толщина стенки корпуса, форма звуковой камеры и ее внутренняя поверхность напротив электроакустического преобразователя, которая содержит массив пирамидальных или конусных элементов, вершины которых направлены в сторону электроакустического преобразователя. Вследствие достаточной толщины корпуса не возникает явления резонанса и в сочетании с чашеобразной формой акустической камеры корпуса, звуковые волны направляются и частично фокусируются на внутренней поверхности акустической камеры напротив электроакустического преобразователя. Если резонансные явления корпуса не будут исключены, сильно исказится создаваемая реверберационная картина звука. Звуковые волны, в особенности в области высоких и средних частот, многократно отражаются от массива пирамидальных или конусных элементов, что приводит к многократной реверберации. Благодаря этому эффекту рассеивания и увеличения числа фаз тыловой волны и последующего их сложения с фронтальной волной возникает объемная звуковая картина, которая близка, особенно для музыкальных произведений, к звучанию в естественной среде, где производилась запись. Как дополнительный эффект, конструкция не позволяет возникать стоячим волнам.
Корпус может быть выполнен из массива дерева, что способствует снижению резонансных явлений и улучшению явления реверберации.
Внутренняя поверхность акустической камеры может быть выполнена примерно в виде полусферы или примерно полуовала.
Пирамидальные элементы могут быть выполнены в виде четырехгранной пирамиды, при этом они имеют высоту от основания до вершины в диапазоне 0,1-0,5 L, где L - глубина акустической камеры. Такое выполнение элементов усиливает многократную реверберацию и обогащает звучание наушника.
Конусные элементы имеют высоту от основания до вершины в диапазоне 0,1-0,5 L, где L - глубина акустической камеры. Подбор высоты пирамидальных или конусных элементов позволяет подбирать необходимые характеристики реверберации в каждом из вариантов выполнения корпуса наушника.
Массив пирамидальных или конусных элементов может быть выполнен в виде отдельной вставки, закрепленной внутри акустической камеры.
В другом варианте выполнения изобретения, устройство наушника для воспроизведения звука включает корпус с внутренней акустической камерой и установленный в корпусе электроакустический преобразователь. Толщина стенки корпуса в районе акустической камеры составляет от 5 мм до 25 мм, акустическая камера имеет чашеобразную форму. Внутренняя боковая поверхность звуковой камеры содержит ряд параллельно расположенных ступенчатых выемок, а внутренняя поверхность звуковой камеры напротив электроакустического преобразователя выполнена в виде массива пирамидальных элементов или конусных элементов, вершины которых направлены в сторону упомянутого электроакустического преобразователя.
Как и в первом варианте, вследствие достаточной толщины корпуса не возникает явления резонанса. В сочетании с чашеобразной формой акустической камеры корпуса звуковые волны направляются и частично фокусируются на внутренней поверхности акустической камеры напротив электроакустического преобразователя. Звуковые волны, в особенности в области высоких и средних частот, многократно отражаются от массива пирамидальных или конусных элементов, что приводит к многократной реверберации. Этот эффект усиливается благодаря тому, что внутренняя боковая поверхность звуковой камеры содержит ряд параллельно расположенных ступенчатых выемок. Диффузное рассеяние высокочастотных колебаний на этих выемках препятствует созданию паразитных отражений и в то же время дополняет реверберацию и тем самым полноту звучания.
В частном случае корпус выполнен из массива дерева.
Внутренняя поверхность акустической камеры может быть выполнена примерно в виде полусферы или примерно полуовала.
Пирамидальные элементы могут быть выполнены в виде четырехгранной пирамиды, при этом они имеют высоту от основания до вершины в диапазоне 0,1-0,5 L, где L - глубина акустической камеры. Такое выполнение элементов усиливает многократную реверберацию и обогащает звучание наушника.
Конусные элементы могут иметь высоту от основания до вершины в диапазоне 0,1-0,5 L, где L - глубина акустической камеры.
Ступенчатые выемки могут быть выполнены в виде замкнутых по периметру боковой поверхности звуковой камеры выемок.
Кроме того, ступенчатые выемки могут быть выполнены в виде восходящей или нисходящей спирали, расположенной по периметру боковой поверхности звуковой камеры.
Ступенчатые выемки могут содержать от 3 до 10 примерно параллельно расположенных рядов.
Высота ступеньки выемки может составлять от 1,5 мм до 4 мм.
Ступеньки выемок могут быть расположены примерно параллельно плоскости расположения на корпусе излучающего элемента упомянутого преобразователя.
Еще одним из изобретений заявляемой группы изобретений является наушник, содержащий пару наушников, соединенных устройством для крепления на голове и устройством подвода сигнала к электроакустическому преобразователю. Каждый из наушников включает корпус с внутренней акустической камерой и установленный в корпусе электроакустический преобразователь. Корпус выполнен с толщиной стенки между наружной поверхностью корпуса и внутренней поверхностью звуковой камеры в диапазоне от 5 мм до 25 мм. Внутренняя поверхность акустической камеры напротив электроакустического преобразователя выполнена в виде массива пирамидальных элементов или конусных элементов, вершины которых направлены в сторону упомянутого электроакустического преобразователя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 приведен общий вид наушника.
На Фиг.2 показана внутренняя конструкция наушника в разрезе.
На Фиг.3 приведен разрез корпуса наушника сферической формы.
на Фиг.4 приведен вид в аксонометрии массива элементов пирамидальной формы, а на Фиг.5 - вид в аксонометрии массива элементов конусной формы.
На Фиг.6 показан вид сверху на корпус наушника сферической формы с массивом элементов пирамидальной формы, на Фиг.7 - с массивом элементов конусной формы в акустической камере.
На Фиг.8 приведен пример выполнения вклеенного массива элементов, а на Фиг.9 - заготовка для вклеивания массива элементов в акустическую камеру корпуса наушника.
На Фиг.10 приведено изображение пирамидального элемента массива элементов, а на Фиг.11 - конического элемента.
На Фиг.12 приведена конструкция корпуса наушника с массивом элементов пирамидальной формы и с рядом параллельно расположенных ступенчатых выемок на внутренней боковой поверхности звуковой камеры.
На Фиг.13 приведен разрез корпуса по варианту, приведенному на Фиг.10.
На Фиг.14 приведен вариант выполнения корпуса наушника полусферической формы.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Наушник (Фиг.1) включает пару наушников 1, соединенных между собой устройством 2 для крепления на голове пользователя и устройством подвода сигнала к электроакустическому преобразователю (на фигурах не показано). Каждый из наушников 1 (Фиг.2) включает корпус 3 с внутренней акустической камерой 4 и установленный в корпусе электроакустический преобразователь 5. Корпус выполнен толщиной стенки H между наружной поверхностью 14 корпуса 3 и внутренней поверхностью 15 акустической камеры 4 в диапазоне от 5 мм до 25 мм. Выбор толщины корпуса 3 необходим для исключения резонанса в области звуковых частот массива корпуса, а также конструкцией акустической камеры 4.
Форма корпуса 3 наушника 1 может быть сферической (Фиг.14), овальной (Фиг.3, Фиг.6-8, Фиг.12) или иной, отвечающей условию толщины стенок корпуса. Акустическая камера 4 имеет чашеобразную форму, что обеспечивает создание условий для необходимого эффекта реверберации.
Внутренняя поверхность акустической камеры 4 напротив электроакустического преобразователя 5 (Фиг.2) содержит массив 6 пирамидальных элементов 9 или конусных элементов 10, вершины которых направлены в сторону упомянутого электроакустического преобразователя 5. Пирамидальные элементы 9 массива 6 (Фиг.4, Фиг.6, Фиг.10) могут быть выполнены в виде четырехгранной пирамиды 9 (Фиг.10), при этом они имеют высоту h от основания до вершины в диапазоне 0,1-0,5 L, где L - глубина акустической камеры (Фиг.3). Массив 6 пирамидальных элементов 9 может выглядеть, как это показано на Фиг.4, однако пирамидальные элементы могут быть не только четырехгранные, а также с другим количеством граней. Пример массива 6 конусных элементов 8 приведен на Фиг.5. Высота h конусных элементов 8 от основания до вершины также может находиться в диапазоне 0,1-0,5 L, где L - глубина акустической камеры. Отдельный конусный элемент 10 показан на Фиг.11. Массивы элементов могут быть выполнены в материале корпуса, как это показано на Фиг 6 и Фиг.7. В другом варианте выполнения они могут быть изготовлены отдельно в виде отдельной вставки 11 (Фиг.9) и вклеены или иначе закреплены на внутренней поверхности корпуса 3 (Фиг.8).
В другом варианте выполнения изобретения (Фиг.12, Фиг.13) внутренняя боковая поверхность 12 звуковой камеры 4 во втором варианте выполнения содержит ряд параллельно расположенных ступенчатых выемок 13, а внутренняя поверхность звуковой камеры 4 напротив электроакустического преобразователя 5 содержит массив 6 пирамидальных элементов 9 или конусных элементов 10.
Ступенчатые выемки 13 содержат от 3 до 10 примерно параллельно расположенных рядов. Например, число рядов может быть 4 или 8. Ступенчатые выемки 13 могут быть образованы в виде окружностей, овалов (Фиг.12) или в виде восходящей или нисходящей спирали, расположенной по периметру боковой поверхности звуковой камеры 4. Высота ступеньки выемки от 1,5 мм до 4 мм. Ступеньки выемок 13 расположены примерно параллельно плоскости расположения на корпусе 3 излучающего элемента преобразователя 5. Однако они могут быть также расположены под углом α от оси симметрии корпуса, в диапазоне углов от 90° до 125°. Выбор угла, под которым расположены ступеньки выемок 13, зависит от общей конструкции наушника, материала корпуса и величины излучающего элемента преобразователя 5. В частности, один из удачных вариантов предполагает угол в районе 115°.
Конструкция работает следующим образом. При излучении звука, в частности музыкального произведения, для которого характерны большой динамический диапазон звучания и наличие большого количества обертонов, очень важно, чтобы в акустической камере 4, которая является важнейшим элементом формирования звукового поля, попадающего в ушную раковину пользователя наушников, формировалась объемная звуковая картина. Благодаря наличию массива 6 пирамидальных элементов или конусных элементов возникает многократная реверберация, поле всех этих волн, суммируясь, и создает объемную картину звучания. Данную задачу решают все составляющие корпуса 1 наушника. Материал корпуса 1, чашеобразная форма внутренней поверхности звуковой камеры 4, пирамидальные или конусные элементы, параллельно расположенные ступенчатые выемки на боковой поверхности акустической камеры. Побочным благоприятным эффектом является рассеивание стоячих волн и устранение их воздействия на тыловое излучение электроакустического преобразователя.
Предложенная конструкция наушника и конструкция корпуса наушника обеспечивают улучшение характеристик звучания таких сложных акустических устройств, которыми являются наушники закрытого типа. Улучшение звуковых параметров воспроизведения подтверждено испытаниями, в частности, путем измерения акустических характеристик наушников.