Способ обработки звукового поля акустического модуля и акустический модуль

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО МОДУЛЯ И АКУСТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ(71) Заявители Дайнеко Игорь Николаевич Свирский Павел Анатольевич(72) Авторы Дайнеко Игорь Николаевич Свирский Павел Анатольевич(73) Патентообладатели Дайнеко Игорь Николаевич Свирский Павел Анатольевич(57) 1. Способ обработки звукового поля акустического модуля, включающий излучение сформированных источником акустических волн во фронтальном и в тыловом направлении и распределение акустических волн, излученных во фронтальном направлении, по внутренней сферической поверхности корпуса модуля, отличающийся тем, что акустические волны, излученные в тыловом направлении центральной частью источника, пропускают без изменения фазы вдоль оси источника через акустический канал, выполненный в виде тела вращения с поверхностью переменной кривизны, выходной конец которого плавно переходит в поверхность корпуса, образуя между указанной сферической поверхностью и собственной поверхностью тороидальную полость, а акустические волны, излученные в тыловом направлении периферийной частью источника, поворачивают на 360 в указанной тороидальной полости и направляют в указанный канал в фазе с акустическими волнами, излученными центральной частью источника. 10372 1 2008.02.28 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что акустические волны формируют путем электроакустического преобразования. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что акустические волны формируют за счет колебаний мембраны путем механического воздействия на нее. 4. Акустический модуль для обработки акустического поля, содержащий корпус и установленный на внутренней сферической поверхности корпуса источник акустических волн, отличающийся тем, что содержит установленный соосно с источником напротив центральной его части акустический канал, выполненный в виде тела вращения с поверхностью переменной кривизны, входной конец которого, обращенный к тыльной стороне источника, расположен от нее на расстоянии , выбранном из соотношения 0,010,9,где- толщина источника, а выходной конец плавно переходит в поверхность корпуса,образуя между указанной сферической поверхностью и собственной поверхностью тороидальную полость. 5. Акустический модуль по п. 4, отличающийся тем, что источник акустических волн выполнен в виде электромагнитной системы с диффузором. 6. Акустический модуль по п. 4, отличающийся тем, что источник акустических волн выполнен в виде мембраны с возможностью механического воздействия на нее. 7. Акустический модуль по п. 5, отличающийся тем, что диаметрвходного конца акустического канала составляет от 0,1 до 1 диаметраэлектромагнитной системы, при этом указанные диаметры связаны с рабочей амплитудойнизкочастотной составляющей акустических волн, сформированных указанной центральной частью источника, соотношениемК/,где К - коэффициент пропорциональности. Изобретение относится к области электроакустики и может быть использовано в бытовой и профессиональной звуковоспроизводящей технике, в частности для высококачественного воспроизведения музыкальных произведений. Одной из центральных задач современной электроакустики является создание акустических систем, обеспечивающих качественное воспроизведение звука, в особенности в области низких частот. Решающим фактором улучшения характеристик акустических систем на низких частотах является выбор оптимального типа акустического оформления, основанного на использовании одного из следующих компонентов или их комбинаций фазоинвертора дополнительного пассивного или активного излучателя акустического лабиринта акустического фильтра нижних частот (см., например, Радиовещание и акустика / Под редакцией Ю.А. Ковалгина // Радио и связь. - 1998). В настоящее время известно несколько десятков конструкций акустических систем с фазоинвертором (см., например, Носов В. Акустическое короткое замыкание в громкоговорителе и его преодоление // Радио. -1. - 2003. - С. 14-16, фиг. 1, 2, 3). Известное, например, из патента России на полезную модель 31306 устройство содержит акустический ящик, в котором установлено два электроакустических преобразователя и трубка, играющая роль фазоинвертора. Звуковые волны, излучаемые задней стороной диффузора каждого электроакустического преобразователя, находятся в противофазе по отношению к волнам, излучаемым передней стороной диффузора. Фазоинвертор включен таким образом, чтобы через него проходили звуковые волны, излучаемые тыловой стороной диффузора. Назначение фазоинвертора, образованного внутренним объемом корпуса акустической системы и трубкой, заключается в том, чтобы на низких частотах воспроизведения звука в пространственном секторе прослушивания акустической системы сделать 2 10372 1 2008.02.28 приблизительно синфазными между собой звуковые волны, излучаемые тыловой и фронтальной частями диффузора. Это приводит к усилению звукового давления на низких частотах. Основными недостатками известного устройства являются относительно большой объем корпуса, эффект бубнения на низких частотах, быстрый спад амплитудно-частотной характеристики звукового давления на низких частотах за пределами рабочего диапазона акустической системы, органная стилизованность звучания басов на частотах настройки фазоинвертеров, акустический шум воздушных волн в трубах фазоинвертеров. Наиболее близкими к заявленному способу и заявленному акустическому модулю для его реализации являются технические решения, реализованные в шаровидной акустической колонке, описанной в патенте 581 , 2002 г. Известный способ включает в себя излучение акустических волн во фронтальном и в тыловом направлении, распределение части акустических волн, излученных во фронтальном направлении, по сферической поверхности. Известное устройство содержит сферический корпус и электроакустический преобразователь с электромагнитной системой и диффузором, размещенный как часть поверхности корпуса. Поскольку известные технические решения реализованы в закрытой акустической системе, акустические волны, излученные тыльной поверхностью диффузора в тыловом направлении, не проходят в окружающее пространство. Упругость находящегося в закрытом корпусе воздуха складывается с упругостью подвижной части электроакустического преобразователя. Основная резонансная частота устройства повышается, отдача на низших звуковых частотах понижается. Для компенсации этого недостатка данное устройство снабжено дополнительным низкочастотным излучателем (Сабвуффером). Кроме того,энергия акустических волн, излученных тыльной стороной диффузора, теряется напрасно либо на паразитное сопротивление диффузору, либо поглощается дополнительным поглощающим материалом (Патент России 2201044) или устройством (Патент России на полезную модель 34053), что снижает КПД устройства во всем диапазоне его звучания. Задачей настоящего изобретения является создание высокоэффективного способа обработки звукового поля с равномерной амплитудно-частотной характеристикой, в особенности в области низких частот, и экономичного акустического модуля для его реализации. Техническим результатом данного изобретения является согласование фронтальных и тыловых акустических волн, устраняющее потери звукового давления в области низких частот. Технический результат в заявляемом способе обработки звукового поля, включающем излучение акустических волн во фронтальном и в тыловом направлении, распределение части акустических волн, излученных во фронтальном направлении по сферической поверхности, достигается тем, что центральную часть акустических волн, излученных в тыловом направлении, пропускают без изменения фазы вдоль акустической оси через акустический канал в виде тела вращения с поверхностью переменной кривизны, переходящей в указанную сферическую поверхность. Акустические волны могут формировать путем электроакустического преобразования или за счет колебаний мембраны под механическим воздействием на нее. Периферийную часть акустических волн, излученных в тыловом направлении, поворачивают во внутренней тороидальной полости, образованной сферической поверхностью и поверхностью акустического канала, и направляют в указанный канал в фазе с указанной центральной частью акустических волн, излученных в тыловом направлении. Кривизну поверхности акустического канала выбирают изменяющейся вдоль него от ноля до значения кривизны указанной сферической поверхности. Технический результат в заявляемом акустическом модуле, содержащем сферический корпус и источник акустических волн, размещенный как часть поверхности корпуса, достигается тем, что он снабжен акустическим каналом в виде тела вращения с поверхностью 3 10372 1 2008.02.28 переменной кривизны, размещенным соосно с источником так, что его входной конец расположен напротив центральной его части, а выходной конец плавно переходит в поверхность корпуса, образуя тороид своей внутренней поверхностью и внутренней поверхностью сферического корпуса. Источник акустических волн может быть выполнен в виде электромагнитной системы с диффузором или в виде мембраны для механического воздействия (перкуссии). Акустический канал выполнен с кривизной поверхности, плавно изменяющейся вдоль него от ноля до значения кривизны указанной сферической поверхности. Диаметрвходного конца акустического канала выбран в пределах от 0,1 до 1 диаметра электромагнитной системы из соотношенияК/,где- диаметр излучателя акустических волн,А - необходимая (заданная) амплитуда низкочастотной составляющей указанной центральной части акустических волн,К - коэффициент пропорциональности. Расстояниемежду тыльной стороной источника акустических волн и входным концом акустического канала составляет 0,010,9, где- толщина указанного источника. На фиг. 1 представлено схематическое изображение первого примера реализации заявляемого модуля в разрезе. На фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика в области низких частот модуля по фиг. 1. На фиг. 3 представлено схематическое изображение второго примера реализации заявляемого модуля в разрезе. На фиг. 4 - амплитудно-частотная характеристика в области низких частот модуля по фиг. 3. Примеры реализации заявляемых акустических модулей представлены на чертежах. Одинаковые элементы указаны под одинаковыми номерами. Первый пример реализации заявляемого модуля (фиг. 1) содержит сферический корпус 1, во фронтальной части которого установлен источник акустических волн в виде электромагнитной системы 2 с диффузором 3, представляющими собой однополосный или многополосный электроакустический преобразователь. В тыловой части корпуса 1 выполнен акустический канал 4 в виде тела вращения с поверхностью переменной кривизны. Акустический канал 4 размещен соосно с источником акустических волн так, что его входной конец расположен напротив электромагнитной системы 2, а выходной конец плавно переходит в поверхность корпуса 1, образуя тороид 5 своей внутренней поверхностью и внутренней поверхностью сферического корпуса 1. Пунктирной линией показано иное возможное выполнение заявляемого акустического модуля в рамках настоящего изобретения. Второй пример реализации заявляемого модуля (фиг. 3) содержит сферический корпус 1,во фронтальной части которого установлен источник акустических волн в виде мембраны 6. В тыловой части корпуса 1 выполнен акустический канал 4 в виде тела вращения с поверхностью переменной кривизны. Акустический канал 4 размещен соосно с источником акустических волн так, что его входной конец расположен напротив центральной части мембраны 6, а выходной конец плавно переходит в поверхность корпуса 1, образуя тороид 5 своей внутренней поверхностью и внутренней поверхностью сферического корпуса 1. Заявляемый способ изложен в процессе описания работы примеров реализации заявляемого акустического модуля. В первом варианте реализации заявляемого модуля (фиг. 1) на вход (не показан) электромагнитной системы 2 подают электрический сигнал для преобразования его в акусти 4 10372 1 2008.02.28 ческие волны. Под действием колебаний звуковой катушки (не показана) электромагнитной системы 2 колеблется прикрепленный к ней диффузор 3, выполняя в общем случае две функции функцию преобразования механических колебаний в акустические и функцию излучения звука в окружающую среду. При этом создают две акустические волны от каждой его стороны - фронтальную (от передней поверхности) и тыловую (от тыльной стороны). Если диффузор 3 движется вперед, то впереди него создается сжатие частиц среды. В это же самое время сзади создается разрежение частиц. Таким образом, волны, создаваемые обеими сторонами, находятся в противофазе. При внимательном рассмотрении заявленной системы видно, что указанные две функции диффузор 3 выполняет только во фронтальном направлении. При этом высоко- и среднечастотная части его излучения распространяются во фронтальном направлении согласно заранее рассчитанной диаграмме направленности. Низкочастотная же часть огибает без искажений сферический корпус 1, создавая сферическое звуковое поле. Что касается тылового направления, то диффузор 3 выполняет только функцию преобразования механических колебаний в акустические. Эти акустические колебания (центральную их часть) пропускают без изменения фазы, вдоль акустической оси через акустический канал 4 в виде тела вращения с поверхностью переменной кривизны, переходящей в указанную сферическую поверхность. При помощи акустического канала 4 согласуют сопротивления механической системы диффузора 3 и окружающей среды. Эквивалентом излучателя в этом случае служит слой воздуха в выходном отверстии канала 4, площадь которого можно выполнить достаточно большой. При этом масса его оказывается невелика. При этом высоко- и среднечастотная части его излучения распространяются в тыловом направлении также согласно заранее рассчитанной диаграмме направленности. В результате действия такого акустического трансформатора диффузор нагружают более эффективно, КПД заявляемого акустического модуля может быть доведен до 15-20 . Для низкочастотной же части акустических волн, излученных в тыловом направлении,внутренняя тороидальная поверхность корпуса 1, соединенного с акустическим каналом 4,представляет собой акустический экран достаточно большого размера, поэтому эта часть указанных колебаний проходит через акустический канал 4 и огибает сферический корпус 1,изменяя свою фазу на 180 и усиливая полученное сферическое акустическое поле. Таким образом, в заявленных технических решениях устранено акустическое короткое замыкание в низкочастотной части полосы воспроизводимых частот. Периферийную часть акустических волн, излученных в тыловом направлении, поворачивают во внутренней тороидальной полости 5, образованной сферической поверхностью корпуса 1 и поверхностью акустического канала 4, и направляют в указанный канал в фазе с указанной центральной частью акустических волн, излученных в тыловом направлении. Диаметрвходного конца акустического канала 4 выбирают в пределах от 0,1 до 1 диаметра электромагнитной системы из соотношенияК/,где- диаметр излучателя акустических волн,А - необходимая (заданная) амплитуда низкочастотной составляющей указанной центральной части акустических волн,К - коэффициент пропорциональности. Уменьшая диаметр , можно понизить частоту основного тона и одновременно увеличить амплитуду низких частот. Поэтому для достижения желаемой амплитуды выбирают оптимальный диаметриз приведенного выше соотношения. 10372 1 2008.02.28 Расстояниемежду тыльной стороной источника акустических волн и входным концом акустического канала 4 характеризует длину акустического канала, т.е. высоту столба воздуха, который, как было показано выше, является эквивалентом излучателя в тыловой области. Это расстояние выбирают для каждого конкретного источника 2 или 6 акустических волн из соотношения 0,010,9, где- толщина указанного источника. Во втором варианте реализации заявляемого модуля (фиг. 3) оказывают механическое воздействие (например перкуссией пальцами или соответствующим ударным приспособлением) на мембрану 6 для преобразования его в акустические волны. Под этим механическим воздействием мембрана 6 колеблется, работая аналогично диффузору 3 в первом примере. Все рассуждения и выводы относительно процессов и эффектов, возникающих в первом примере реализации заявляемого модуля, справедливы и для этого примера. Таким образом, при реализации заявленного способа в заявленном модуле за счет выполнения его описанным образом достигается одновременное улучшение амплитудно-частотной характеристики в области низких частот (фиг. 2 и 4) и достижение высокого КПД. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6