Патент на изобретение №2311000

(54) ВОЛНОВОД С ОДНОКРАТНЫМ И МНОГОКРАТНЫМ ОТРАЖЕНИЕМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу рассеяния звука с помощью рупорного или отражающего волновода. Техническим результатом изобретения является возможность получения характеристик плоских диффузорных громкоговорителей при использовании традиционных рупорных или компрессионных громкоговорителей при формировании системы вертикальных линейных рядов громкоговорителей. Предложенный способ включает преобразование, по крайней мере, одного источника излучения звука в фактический точечный источник, равнозначный “реальному” точечному источнику звука, и рассеяния звука указанного “реального” точечного источника, с отражением звука с помощью, по крайней мере, одной отражающей поверхности, сохраняя при этом одинаковыми длины путей из любой точки источника излучения. Предложена также конструкция волновода для осуществления способа. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 15 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в основном, к области систем громкоговорителей и, конкретно, к системам волноводов для воспроизведения и рассеяния звука.

Предшествующий уровень техники

В области профессионального воспроизведения звука наблюдается рост конструирования и производства новых систем громкоговорителей, создаваемых для профессионального использования, в которых применяются все возможные технологии для эффективного контроля направленности для широких диапазонов звуковых частот.

В то время, как для бытового использования необходимость в контроле этого параметра еще не ощущается до такой степени, в области профессионального усиления звуковых частот, в целом, усиление интенсивности звука на концертах, усиление звука в местах жизнедеятельности человека, которые акустически бедны, таких как внутренние спортивные арены, культовые места и пр., контроль направленности в пределах всего спектра звуковых частот, который должен воспроизводиться, стал, с другой стороны, “последней линией фронта”, который должен быть преодолен для того, чтобы существенно улучшить эксплуатационные качества акустических систем.

Направление звука в места, где находятся зрители, и только в места, исключая, чтобы большое количество звука рассеялось по другим нежелательным направлениям, является, без сомнения, большим преимуществом с точки зрения как качества, так и количества. Фактически, с одной стороны, при эффективном контроле направленности и, следовательно, дисперсии звука систем громкоговорителей, не будет никакого изменения в воспроизведении первоначального сигнала, направляемого из устройства к публике, изменения, которое возбуждает без какой-либо необходимости окружающую среду, где происходят события, вызывая рост интерференции и вредной вибрации в связи с отражением звука от стен и поверхностей вокруг этой окружающей среды, а, с другой стороны, ограничение излучения звука системой громкоговорителя до требуемого направления и до установленного угла охвата, ведет к исключению больших потерь энергии звука. Говоря с практической точки зрения, весь звук, не подаваемый в требуемом направлении, система способна подавать при последовательно улучшенном использовании ее эксплуатационных качеств.

Фактически, чем меньшая площадь будет охватываться, или, по крайней мере, чем меньше угол, в который звуковая волна подается, тем меньшая электрическая энергия будет требоваться для приведения в действие системы, при том же самом уровне звукового давления на рассматриваемой площади. Иначе говоря, по причине этой конкретной особенности, сверхнаправленная система будет иметь высокое значение Q, или коэффициента направленности, при возрастании DI (показателя направленности), что является результатом этого, и, следовательно, в конечном счете, будет наблюдаться повышение прироста уровня звукового давления.

Чтобы отвечать этому требованию, тип устройства (или, если быть более точным, конфигурация устройства) является вновь предельно актуальной: колонки громкоговорителей представляют собой вертикальные линейные ряды, которые уже широко и успешно использовались в прошлом, на начальном этапе профессионального усиления звука, с целью значительного контролирования вертикальной направленности для того, чтобы получать предпочтительнее цилиндрический волновой фронт, а не сферический волновой фронт, и которые позже были почти отвергнуты, потому что было дорого и сложно получать хорошие широкодиапазонные эксплуатационные характеристики, способные удовлетворять требованиям качества, которые в течение лет возросли во всех областях профессионального применения аудиосистем, по сравнению с ограниченными начальными потребностями. Один из таких примеров можно видеть на Фигурах 1А, 1В и 1C, иллюстрирующих, соответственно, распространение звуковой волны вдоль вертикального фронта, диаграмму сферического волнового фронта и диаграмму цилиндрического волнового фронта.

Современные средства цифровой электроники и, в частности, использование DSP (цифровых сигнальных процессоров), внесли большой вклад в этот старый способ, потому что устройства DSP дают возможность преодолеть многие ограничения, которые в системах линейных рядов считаются соответствующими требованиям качества, с помощью применения технологий, которые уже хорошо известны многие годы, но трудоемких и дорогих для внедрение в область практического применения, таких как, так называемые, технологии “регулируемого ряда”, описанные Olson в пятидесятые годы, в которых используется временная и фазовая синхронизация каждого отдельного устройства, составляющего ряд. Путем использования устройств DSP, в настоящее время относительно легко налаживать излучение отдельных источников, расположенных один над другим в виде рядов, для исключения деструктивной интерференции, создаваемой различиями в длине пути звука к месту прослушивания, или для получения, фактически, любой диаграммы направленности, путем применения контролируемой задержки звука или фазового сдвига к отдельно приводимым в действие индивидуальным громкоговорителям или устройствам громкоговорителей.

Несмотря на многочисленные возможности, предлагаемые DSP, в этих системах, однако, все еще остаются непреодолимые ограничения, которые делают их в любом случае трудными для конструирования, особенно если они предназначаются для высококачественного профессионального использования; кроме того, в них, и это не тривиальный предмет, эту последнюю характеристику (качество) невозможно отделить от большой способности создавать звуковое давление.

Вышеупомянутые ограничения имеют физическую природу и тесно связаны с размерами отдельных источников, используемых громкоговорителей или систем. Преодоление этих ограничений или скорей всего не принятие их во внимание, когда конструируется любой вертикальный ряд устройств громкоговорителей, ведет неизбежно к акустической системе с деструктивной интерференцией, которая негативно влияет на ее качественные и основные технические характеристики.

В последние годы множество людей приняло участие в эксплуатации вертикальных линейных рядов и все соглашаются и подтверждают, что вертикальный линейный ряд, правильно функционирующий с точки зрения углового излучения, поэтому способный излучать цилиндрический волновой фронт, в противоположность традиционному сферическому волновому фронту (Фигуры 1В, 1C), и функционирующий хорошо с точки зрения качества, должен соответствовать двум фундаментальным правилам, а также стандартным правилам.

a) Поверхность, занимаемая активными источниками, должна составлять не менее, чем 80% общей поверхности ряда.

b) Поэтому источники должны быть тесно соединенными и расположенными друг от друга на расстоянии не большем, чем половина длины волны, имея в виду наивысшую частоту волны, которую источники должны воспроизводить.

Эти два практических правила означают, что определенное количество источников (точечных источников частот, сопоставимых с частотами, которые они должны воспроизводить) генерируют плоскую звуковую волну на соединительной плоскости, аналогичную волне, которую может эффективно генерировать источник плоской звуковой волны с теми же размерами, начальную точку для получения цилиндрического волнового фронта.

Если это легко достигается для низких частот, это несколько в меньшей степени справедливо для средних частот, где, фактически, соблюдение этих правил при частотах 1000 Гц (1/2 длины волны = приблизительно 17 см) уже предполагает использование источников, размеры которых не превышают 17 см (6,5” громкоговоритель) со всеми последующими результатами в понятиях малой эффективности. Затем для частот выше 1000 Гц размеры источников должны постепенно снижаться до величин, которые лишь теоретически и физически невыполнимы для реальных источников, таких как громкоговорители. Эти аспекты техники схематично представлены на Фигурах 2А, 2В, 2С и 2D, на которых, соответственно, показывают пример, с указанием размеров (размеры даны в мм), вертикальной колонки громкоговорителей, и распространение звуковой волны с частотой 1000 Гц, 2000 Гц и свыше 2000 Гц, принимая во внимание размер показанной вертикальной колонки громкоговорителей.

Следовательно, например, чтобы воспроизводить частоты вплоть до 10000 Hz (1/2 длины волны = 1,7 см), кто-то должен тесно объединить источники, которые физически не превышают этот размер. Предполагая даже, что можно создать такие маленькие громкоговорители (включающие схемы на магнитных элементах), легко вообразить, что это было бы напрасно потраченное время, благодаря практически несущественной эффективности громкоговорителей такого типа.

Создание вертикальных линейных рядов, которые хорошо функционируют при высоких частотах, становится, поэтому, практически непреодолимой физической проблемой, если кто-то желает использовать традиционные громкоговорители, такие как, например, рупорные или купольные устройства. Но рупоры любого типа, которые по своей природе представляют собой расширяющиеся трубы с площадью поверхности раструба, имеющей размеры, которые нельзя не принимать в расчет и которые пригодны для наиболее низкой частоты, которая может пропускаться через них, не дают возможности формировать линейные ряды, функционирующие в точном соответствии с перечисленными правилами. На Фигурах 3А и 3В, соответственно, показан пример, с указанием размеров (размеры даны в мм), колонки громкоговорителя и схематическая иллюстрация распространения звуковой волны в условиях, возникающих в колонке громкоговорителей, показанной на Фиг.3А, для представления о том, как при высоких частотах возникает интерференция в излучениях рупоров, в зависимости от расстояния между ними.

В настоящее время для частот свыше 1000 Гц наиболее подходящими типами громкоговорителей для получения эффективных линейных рядов являются громкоговорители с различными типами плоских диффузоров, электростатическими, ленточными, изодинамическими, и пр.

На Фигурах 4А, 4В и 4С показан пример вертикального объединения нескольких громкоговорителей (Фиг.4А) без деструкции излучения звука за счет интерференции, пример громкоговорителя (Фиг.4В) с плоским диффузором и диаграмма его цилиндрического волнового фронта (Фиг.4С).

Однако эти громкоговорители с плоским диффузором, по причине присущей им особенности конструкции, обычно генерируют звук не особенно эффективно и, во всяком случае, лишь несколько очень дорогих моделей, с мощными неодимовыми схемами на магнитных элементах достигают конкретного уровня SPL (уровня звукового давления). Эти уровни, в любом случае, еще далеки от уровней, достигаемых большинством широко распространенных компонентов в области профессионального воспроизведения звука на высоких частотах: компрессионными генераторами импульсов.

Именно поэтому многие производители участвуют в создании особых волноводов или специальных акустических адаптеров, которые дают возможность использовать очень широко распространенные компрессионные генераторы импульсов в большом количестве для воспроизведения высоких частот в системах линейных рядов. На Фигурах 5А, 5В и 5С представлена общая иллюстрация использования компрессионных генераторов импульсов в рупорах или волноводах, объединенных в вертикальные колонки громкоговорителей для сведения к минимуму деструктивной интерференции. Фиг.5А представляет собой более детальную конструкцию типичного компрессионного генератора импульсов с округлой горловиной; на Фиг.5В показана диаграмма использования нескольких генераторов импульсов, объединенных вместе, после преобразования их округлой горловины в вертикальную прорезь, для формирования звуковой колонки; на Фиг.5С показана диаграмма несовершенного распространения звуковых волн группой генераторов импульсов, изображенных на Фиг.5В.

Рассматривая тот факт, что элементы, наиболее пригодные для формирования вертикальных рядов, являются элементами с плоскими диффузорами, так как они излучают плоские акустические волны для диапазона частот с длинами волн, которые являются меньшими, чем размеры диффузоров; наблюдая, что диффузор этих устройств, когда они, расположенные один над другим, формируют непрерывную вертикальную “ленту”, способен перемещаться в плоскости и по фазе, как если бы это был диффузор одного очень высокого узкого громкоговорителя, создающего цилиндрический волновой фронт, который контролирует вертикальную направленность для очень широкого диапазона частот, начиная от относительно низких частот, чья длина волны сопоставима или меньше, чем длина волны соответствующего численно высоте вертикального линейного ряда, сформированного за счет всех этих диффузоров друг над другом; и рассматривая эту очень удобную особенность для построения линейных вертикальных рядов, способных создавать цилиндрический волновой фронт также и при высокой частоте, вся работа исследователей была нацелена на получение именно такого характера функционирования от компрессионного генератора импульсов.

Иными словами, были предприняты попытки (некоторые из которых были успешными) по преобразованию плоского излучения округлой поверхности горловины компрессионных генераторов импульсов в одинаково плоское излучение, такое как излучение, получаемое с диффузором в форме ленты (прямоугольной), для того, чтобы приблизиться как можно ближе к характеру функционирования, которое типично для плоских громкоговорителей с плоским диффузором.

Наиболее простой и наиболее интуитивный способ, связанный со многими из них, заключался в создании рупоров или волноводов, соединяемых вместе таким образом, чтобы формировать, когда их помещают сверху друг над другом, щель для излучения, которая, в свою очередь, становится горловиной рупора с параллельными вертикальными стенками и боковыми стенками, наклоненными таким образом, чтобы достигнуть требуемой горизонтальной дисперсии, как показано на Фигурах 5А, 5В и 5С.

Однако эта система, хотя и оптимизирована многими различными устройствами различных производителей, не дает возможности выйти на один уровень с результатами, полученными с помощью плоского диффузора, который, как следует напомнить, является, по-видимому, единственным геометрически правильным элементом при построении высокочастотных линейных рядов.

Показанные технологии (или аналогичные технологии) попросту дают возможность снижать эффект взаимодействия, возникающий между элементами, приспосабливая их к возможным наиболее высоким частотам, совместимым с их физическими размерами. Передовой и определенно более надежный способ для достижения цели “моделирования поведения плоского диффузора, используя классический компрессионный генератор импульсов”, был изобретен Christian Heil и описан в патенте США за номером 5163167.

Система предусматривает волновод, который принимает излучение компрессионного генератора импульсов с помощью фазирующей заглушки, которая стенками самого волновода создает узкий кольцевой канал, который является округлым в плоскости горловины, где происходит излучение, затем постепенно изменяет его в канал с формой прямоугольной щели на конце. Эта щель для излучения, в свою очередь, может становиться плоскостью горловины следующего объединенного рупора или волновода таким образом, чтобы контролировать дисперсию на горизонтальной плоскости. Цель применения фазирующей заглушки заключается в том, чтобы дать возможность каждой точке излучения плоскости округлой горловины генератора импульсов достигать новой прямоугольной плоскости горловины в конце канала, распространяясь на такое расстояние таким образом, чтобы воспроизводить такую же плоскую волну, которая будет находиться на входе в горловину генератора импульсов скорей в виде прямоугольной формы, чем в виде округлой формы. Размеры кольцевого канала очень малы и, следовательно, исключается возможность возникновения деструктивной интерференции, благодаря внутреннему отражению между стенками волновода и фазирующей заглушкой.

Фигуры 6А, 6В, 6С и 6D представляют собой диаграммы, на которых показано изобретение Heil, позволяющее полностью моделировать цилиндрический волновой фронт плоского диффузора, в частности, на Фиг.6А показан горизонтальный поперечный разрез генератора импульсов с фазирующей заглушкой; на Фиг.6В показан вертикальный поперечный разрез того же самого генератора импульсов с фазирующей заглушкой; Фиг.6С представляет собой аксонометрическое изображение, на котором показан генератор импульсов с фазирующей заглушкой, имеющий щель для выхода звуковой волны, объединенную с рупором или передним волноводом; Фиг.6D представляет собой диаграмму двух устройств, расположенных друг над другом, с фазирующей заглушкой, установленной в колонке громкоговорителей для создания цилиндрического волнового фронта.

Кажется очевидным, что система Heil представляет собой геометрический пример и является, в основном, правильной для достижения результата, сопоставимого с результатами менее правильных систем, базирующихся на объединении различных волноводов, рупоров и пр. И, фактически, эксплуатационные характеристики этой системы, которая имеет специфичность в том, что излучает цилиндрический волновой фронт также и при высокой частоте, дает возможность конструировать линейный ряд, который хорошо функционирует в пределах всего диапазона звуковых волн, включая высокие частоты (Фиг.6D).

Другое адекватное решение проблемы было недавно найдено путем использования конкретного отражающего волновода для воспроизведения высоких частот, который является предметом изобретения итальянской патентной заявки BS 2001A000073, поданной 03/10/2001 и французской патентной заявки 001149 с отложенным решением от 08/09/2000. Принцип функционирования вышеупомянутого отражающего волновода, который схематически показан, соответственно, на Фигурах 7А, 7В, 7С, 7D, 7Е, 8А, 8В и 8С, основывается на отражении звука, излучаемого горловиной компрессионного генератора импульсов с помощью плоской, параболической, гиперболической или эллиптической поверхности, согласно типу требуемой дисперсии. Звук, излучаемый округлой горловиной генератора импульсов, прежде того, как он будет отражен, проходит через волновод, сформированный на одной стороне параллельными, сужающимися или расширяющимися стенками, а на другой стороне – стенками, расширяющимися конически или имеющими некоторые другие геометрические особенности для того, чтобы сформировать на заданном расстоянии от начальной горловины другую так называемую дифракционную горловину с прямоугольной формой (щелью), которая располагается непосредственно перед или непосредственно после участка отражающей поверхности, создавая плоские, расширяющиеся или сужающиеся звуковые волны.

В частности:

На Фиг.7А показана, сверху и в поперечном разрезе, диаграмма отражения на плоской поверхности; на Фиг.7В показана аналогичная диаграмма отражения на параболической поверхности перед первой плоскостью горловины; на Фиг.7С показана аналогичная диаграмма отражения на параболической поверхности после второй плоскости горловины; на Фиг.7D также показана аналогичная диаграмма отражения на гиперболической поверхности; на Фиг.7Е показана диаграмма отражения на эллиптической поверхности, тогда как на Фиг.8А показано схематическое изображение волновода с реальной (вверху) и теоретической (внизу) параболической поверхностью отражения; на Фиг.8В показано схематическое изображение волновода с реальной (вверху) и теоретической (внизу) гиперболической поверхностью отражения; и на Фиг.8С показано схематическое изображение волновода с реальной (вверху) и теоретической (внизу) эллиптической поверхностью отражения.

Это решение предлагает несомненные преимущества, которые имеют также геометрическую природу, потому что изгибание высокочастотного волновода (нормально прямого для того, чтобы избежать возникновения деструктивной интерференции внутри него) вблизи поверхности отражения, точно, чтобы избежать внутренней интерференции, упрощает уменьшение размеров устройства, в котором его монтируют.

Кроме того, его акустическое функционирование, по крайней мере, в случае параболической отражающей поверхности, имеет сходство с функционированием плоского диффузора, которое с его помощью пытаются имитировать. Фактически, параболическая поверхность функционирует согласно диаграмме на Фиг.9А1 и способна концентрировать плоские акустические волны, рассекая свою поверхность в фокусе, и/или излучать плоские волны, исходящие из точечного источника, расположенного в том же фокусе, сохраняя идентичный путь сигнала от источника до данной плоскости излучения – Фиг.9А2.

Анализируя внимательно геометрию предлагаемого устройства в вышеуказанных патентных заявках, каждый поймет, что имитирование излучения плоского диффузора является не вполне успешным и не достигает степени совершенства, которого, напротив, геометрия, используемая Heil, делает его устройство способным достигнуть в отношении излучения плоских акустических волн.

Фактически, отражающая параболическая поверхность, описанная как способная трансформировать плоскую сферическую акустическую волну, излучаемую компрессионным возбудителем, в прямоугольную плоскую акустическую волну, которая является необходимым условием для формирования “вертикальных линейных рядов”, хорошо функционирующих при высоких частотах, нуждается, чтобы это имело место, в том, чтобы существовал источник, который по характеру действия является точечным источником и не имеет таких размеров, как размеры горловины генератора импульсов, независимо от того, насколько они малы.

Фактически, анализируя параболу, с помощью схематических конструкций, можно заметить, что благодаря своей форме, она не может отражать в виде параллельных лучей звук, излучаемый любым источником, кроме точечного источника, помещенного в ее фокусе, и, следовательно, в этом случае, не может приблизиться к функционированию плоских диффузоров для плоских волн. Кажется также очевидным, что пути из каждой точки источника до поверхности излучения не могут оставаться одинаковыми, в то время, как необходимо избегать возникновения типичной интерференции, благодаря различным временным периодам, необходимым для прибытия сигнала, воспроизводимого устройством. Это происходит также в случае присутствия отражающего волновода, если он, в действительности, представляет собой параболическую вогнутую поверхность, которая отражает, как это имеет место в вышеупомянутых патентных заявках. Фактически, так как реальное излучение звука не является излучением точечного источника, излучение фактического точечного источника не может создаваться вне волновода, если используют параболическую поверхность отражения – Фиг.9А3.

Следует отметить, для полноты, что то же самое происходит, очевидно, и при других отражающих поверхностях, упомянутых в вышеуказанных патентных заявках, плоских, вогнутых или выпуклых в виде разнообразных вариаций, показанных также на Фигурах 9В1, 9В2, 9В3, 9С1, 9С2 и 9С3, которые схематично воспроизводят эффекты, достигнутые, когда присутствуют гиперболические и эллиптические отражающие поверхности.

Короче говоря, условия для оптимизации отражения звука, которые строго сравнимы с теоретическими условиями, особенно с теми, которые обеспечиваются параболической поверхностью, единственной поверхностью отражения, с помощью которой можно достигнуть условий излучения плоского диффузора (незаменимого для хорошего функционирования вертикального линейного ряда при высоких частотах), проявляются эффективно и в полном объеме лишь тогда, когда источник является одноточечным. Когда реальный источник имеет определенные размеры, которые не являются незначительными, и в области профессионального усиления звука, по причинам энергетики, эти размеры невозможно уменьшить ниже определенного предела, излучение звука, получаемое методом отражения, удаляется все дальше и дальше от достижения характеристик излучения плоского диффузора по мере того, чем больше размеры источника и чем выше частотный диапазон, который должен воспроизводиться путем отражения.

Краткое описание изобретения

Согласно этому изобретению предполагается преодолеть указанное ограничение, обусловленное физической природой, и, таким образом, достигнуть дисперсионных характеристик плоских диффузорных громкоговорителей, используя даже традиционные рупорные или компрессионные громкоговорители, такие как высокочастотные генераторы импульсов, для того, чтобы создать универсальные системы для излучения звука, пригодные для формирования вертикальных линейных рядов.

Цель изобретения достигается с помощью преобразования источника с обычными размерами реальных громкоговорителей, вначале в фактический точечный источник с характеристиками идентичными реальному точечному источнику, а потом, на второй стадии, получением из этого “реального” точечного источника требуемой дисперсии звука путем отражения, используя разнообразные типы поверхностей с различными формами, сохраняя пути распространения звука совершенно одинаковыми от любой точки активного источника до места измерения или прослушивания с помощью поверхности отражения. Эта поверхность отражения может быть плоской, параболической, гиперболической или эллиптической, или, проще говоря, плоской, вогнутой или выпуклой.

Краткое описание чертежей

В то время, как вышеупомянутые диаграммы от Фиг.1 до Фиг.9 относятся к данной ситуации, следующие чертежи относятся к изобретению, которое будет описано более подробно, и в которых:

на Фигурах 10А, 10В, 10С, 10D и 10Е схематично показано преобразование реального плоского источника в “реальный” точечный источник с помощью параболической вогнутой поверхности отражения и также схематично показано рассеяние звука с помощью той же самой параболической (выпуклой) поверхности (Фиг.10А), плоской поверхности (Фиг.10В), гиперболической (вогнутой) поверхности (Фиг.10С), параболической (вогнутой) поверхности (Фиг.10D) и эллиптической (вогнутой) поверхности (Фиг.10Е);

Фигуры 11А, 11В, 11С и 11D представляют собой аксонометрические схематические изображения некоторых примеров акустических отражателей, фактически воссоздающие аспекты этого изобретения, схематично показанные на Фиг.10; среди которых на Фиг.11С показано использование, в волноводе с двойным отражением, семи разделителей в канале для исключения внутренней интерференции на высоких частотах;

на Фиг.12 схематично показано преобразование реального плоского источника в реальный точечный источник и показаны пути распространения звука при одинаковой длине, полученной путем комбинации нескольких поверхностей отражения;

на Фиг.13А показан пример устройства в виде одной из ее практических форм;

на Фигурах 14А и 14В показан пример использования устройства, изображенного на Фиг.13А, в составе группы из множества устройств, где устройства укладывают сверху друг на друга и где они наклонены по отношению друг к другу; и

Фигуры 15А, 15В и 15С также представляют собой изображения, соответствующие различным положениям устройства, имеющего стенки, которые можно располагать под различным углом для того, чтобы модифицировать размеры и объем его переднего резонатора.

Подробное описание изобретения

Как уже было сказано и показано на вышеупомянутых диаграммах, цель изобретения состоит в преобразовании первичного источника звуков, имеющего размеры, которые не являются незначительными, и имеющего геометрическую поверхность различных типов в “реальный” точечный источник, который дает возможность обеспечивать оптимальные условия отражения звука для каждой из плоских, вогнутых или выпуклых поверхностей отражения, и, в частности, для параболической поверхности, которая дает излучение звука такого типа, как получаемое с помощью плоских изофазных диффузоров, наиболее удобных для использования в вертикальных линейных рядах при высоких частотах. Указанная цель достигается путем использования участка выпуклой параболической поверхности (21), конструируемой из жесткого отражающего материала, которую помещают перед источником (22) звука, имеющего размеры неточечного источника (т.е. перед горловиной компрессионного генератора импульсов) и сопоставимого по размерам с реальными источниками звука, такими как громкоговорители.

Эта параболическая выпуклая поверхность (21), строго и однозначно получаемая путем применения математической формулы, согласно которой проводится расчет параболы, преобразует излучение для плоских волн реального источника (21) в фактическое излучение, типичное для реального точечного источника (23), расположенного вне параболической отражающей поверхности.

Это дает возможность реализовать необходимый “реальный” точечный источник, получаемый из любого подходящего источника звука с реальными размерами (22). Кроме того, как в каждом из случаев, когда дело касается отражения, как в случае, связанном с оптикой, также имеется возможность, используя обратные процессы того, что было описано, преобразовать реальное расширяющееся, сужающееся или плоское излучение, в равное количество поверхностей реального плоского излучения, как можно отчетливо видеть на Фигурах 10А, 10В, 10С, 10D и 10Е.

Таким образом, очень простым способом, путем использования второй отражающей поверхности (24), очевидно жесткой и подобной первой поверхности, пригодной для того, чтобы избежать даже самой малой потери отраженной энергии звука, и способной принимать требуемую форму согласно требованиям: плоскую, выпуклую или вогнутую (гиперболическую, параболическую, эллиптическую и пр.), имеется возможность получать когерентное излучение звука за счет равных длин путей звука, с характеристиками распространения звука, соответствующими используемой поверхности отражения и, в частности, в случае параболической поверхности, с типичными популярными характеристиками плоского диффузора. Эти поверхности, за исключением плоской поверхности, будут создаваться с фокусом в той же точке, в которой участок выпуклой параболы имеет свой фокус (F), и, следовательно, в точке, совпадающей с “реальным” точечным источником (Фигуры 10А, 10В, 10С, 10D и 10Е).

Этот способ не ограничивается примерами, иллюстрируемыми на диаграммах, но его можно также использовать в большом количестве вариантов, некоторые примеры которых показаны на аксонометрических диаграммах (Фигуры 11, 11А, 11В, 11С и 11D), на которых идентичными номерами показаны детали, которые являются теми же самыми или эквивалентными деталям на Фиг.10, и где поверхности отражения можно изготавливать путем вытеснении при вращении профиля, причем рассчитанные размеры и формы соответствуют типу требуемого излучения.

На Фиг.11С представлена дополненная иллюстрация, показанная на Фиг.11В, с добавлением параллельных стенок, которые формируют стороны волновода с двойным отражением, и с добавлением параллельных промежуточных стенок, которые функционируют в качестве перегородок, с целью формирования каналов внутри самого волновода с размерами, которые меньше длины волны самой высокой частоты, которая должна проходить через них, для того, чтобы не создавались деструктивные отражения или интерференция.

Кроме того, можно получать результаты, аналогичные результатам, описанным вплоть до настоящего времени, путем использования нескольких координированных поверхностей (25) отражения, как в дополнительном примере, показанном схематично и в поперечном сечении, для упрощения предмета рассмотрения, на Фиг.12.

В предыдущем описании ссылку делали на один первичный источник звука с незначительными размерами, который должны были преобразовать в “реальный” точечный источник звука, как иллюстрируется также на Фигурах 10-12. Однако, первичный источник звука можно также создавать из группы двух или большего количества отдельных источников звука. В первом случае, каждый из различных источников звука отражается своей собственной параболической отражающей поверхностью до точки, совпадающей для всех источников, которая становится единым “реальным” точечным источником, который будет еще раз отражаться, излучаться и направляться в сторону места измерения или прослушивания с помощью одной из упомянутых параболических, гиперболических, эллиптических или плоских отражающих поверхностей.

Во втором случае, каждый из различных источников отражается своей собственной параболической отражающей поверхностью для генерирования такого же количества “реальных” точечных источников, которые будут отражаться другой параболической отражающей поверхностью до точки, совпадающей для всех источников, которая становится единым “реальным” точечным источником, еще раз отраженным, рассеянным и направленным в сторону места измерения или прослушивания с помощью вышеупомянутых параболических, гиперболических, эллиптических или плоских отражающих поверхностей.

Цель этих двух примеров заключается в том, чтобы получить пользу от энергии множества отдельных источников звука, не обязательно закрытых друг от друга, концентрируя ее в единый фактический точечный источник, из которого затем отражается звук с помощью отражающей поверхности, выбираемой исходя из типа требуемого рассеяния звука.

Подобным же образом, существует возможность разделять единый первичный источник звука на множество секций, каждая из которых связана со своей собственной параболической отражающей поверхностью для того, чтобы генерировать такое же количество “реальных” точечных источников. Полученные таким образом точечные источники затем концентрируют, с помощью дополнительной параболической отражающей поверхности, в единый “реальный” точечный источник, который будет потом еще раз отражен, рассеян и направлен в сторону пункта измерения или места прослушивания с помощью одной из вышеупомянутых параболических, гиперболических, эллиптических или плоских отражающих поверхностей.

Так как источник большого размера, такой как, например, рупорный громкоговоритель, не может полноценно воспроизводить высокую частоту, благодаря способу его изготовления и из-за интерференции, связанной с размером мембраны для излучения звука, способ, описанный выше, имеет целью разделение, с точки зрения рассеяния звука, мембраны на несколько более мелких секций с тем, чтобы использовать излучение каждой секции, захватывая его и отражая его таким образом, чтобы добиться лучшей ответной характеристики для более широкого диапазона частот.

Эта универсальность, которая, так же как обеспечение наиболее правильного решения в области проблем акустики и распространения волн, связанных с размерами реальных источников, повышает возможности конструкторов, когда они работают над размерами устройств, обязана, исключительно, возможности создавать фактический точечный источник, который в точности соответствует “реальному” точечному источнику.

В качестве неограничивающего примера, для того, чтобы лучше проиллюстрировать изобретение и его применение, дается краткая характеристика устройства пригодного для использования в группе из множества устройств в виде вертикальных линейных рядах, в которые устанавливают описанный волновод и в которых применяют все эти геометрические приемы для оптимизации эксплуатационных характеристик – Фигуры 13А, 14А и 14В.

На Фиг.13А показано устройство, которое имеет (хотя и не в виде ограничения) корпус (13) в виде модифицированного параллелепипеда без передней стенки, опорную поверхностью в форме трапеции, имеющую такую же высоту, как параллелепипед. Так как эта стенка отсутствует, если смотреть спереди, корпус устройства имеет резонатор, границы которого устанавливаются боковыми стенками 13С, но который открыт сверху и снизу. В верхней части резонатора, в центре корпуса в форме параллелепипеда, имеется щель (13В) для излучения для высокочастотного волновода, который также подробно изображен на Фигурах 11В и 11С вместе с отчетливо показанными семью перегородками. На боковых стенках (13С), которые симметрично расположены по отношению к вышеупомянутой щели и медианной оси устройства, можно видеть низко- и среднечастотные громкоговорители (13D), причем половина их диаметра в направлении передней части устройства закрыта жесткой панелью (13Е) в виде “торцевой стенки”. Вдоль переднего резонатора, простираются две щели (13F), закрытые звукопроницаемой сеткой, которая создает выходное отверстие для средне-, низкочастотных громкоговорителей, установленных по сторонам резонатора и/или образующих наружные поверхности излучения для звука, создаваемого любыми другими громкоговорителями, установленными внутри устройства (например) в виде конфигурации “полосы пропускания” с настроенным уровнем громкости переднего резонатора.

Назначение панели (13Е) в виде торцевой стенки заключается, с одной стороны, в том, чтобы переместить осевую линию излучения средних частот, воспроизводимых громкоговорителями, в резонаторе в более близкое положение по отношению к щели отражающего волновода, расположенной в центре, таким образом, чтобы осевая линия находилась, как объясняется в теории линейных рядов, в пределах размера ¹/₂ длины волны самой высокой частоты, которую громкоговорители должны воспроизводить, и, с другой стороны, чтобы сместить фазу излучения диффузоров громкоговорителей, уменьшая различия путей излучения звука от вибрирующей поверхности самого диффузора в направлении к тому, кто слушает находясь перед устройством.

Фактически, звук, излучаемый половиной громкоговорителя, расположенного ближе к слушателю, принуждается торцевой стенкой (13Е) совершать более длинный путь, который становится эффективно, по отношению к воспроизводимым частотам, таким же, как путь, совершенный звуком другой половиной громкоговорителя, обращенной непосредственно в резонатор.

Отсутствие верхней и нижней панелей для части объема, соответствующего переднему резонатору, имеет целью предотвратить любую вибрацию или интерференцию, благодаря отражению от параллельных или расходящихся стенок, и дает возможность формировать реальную непрерывную вертикальную колонку громкоговорителей для всех частот, воспроизводимых путем использования множества устройств, помещаемых одно на другом (Фиг.14А), даже тогда, когда, ввиду требований, предъявляемых к вертикальной дисперсии, они должны быть наклоненными относительно друг друга (Фиг.14В).

Волновод с двойным отражением и вышеупомянутая конструктивная геометрия дают возможность создать устройство в полном соответствии с теорией Line Arrays, кратко изложенной в начале описания.

Кроме того и преимущественно, корпус (13) устройства изготавливают из двух частей (130, 131), которые имеют общую ось колебания, или же каждая из них имеет свою собственную ось (132) колебания. Каждая из боковых стенок (13С), устанавливающая границы переднего резонатора, представляет собой деталь части (130, 131) корпуса, а ось или оси указанных частей (130, 131) корпуса располагаются вблизи и параллельно по отношению к щели (13В) для излучения в нижней части указанного резонатора. Таким способом, как показано на Фигурах 15А, 15В, 15С, две части (130, 131) корпуса можно наклонять различным образом по отношению друг к другу, одновременно или независимо, с тем, чтобы изменять этим способом размер и, следовательно, уровень громкости переднего резонатора и также регулировать горизонтальную дисперсию звука.

Следует отметить также, что в центральной части щели (13В) в нижней части переднего резонатора корпуса (13) можно помещать лазерную систему (133) сопровождения, совмещая ее с осевой линией высокочастотного излучения.

Формула изобретения

1. Способ рассеяния звука для создания рупорного или отражающего волновода для излучения звука в виде вертикального линейного ряда, характеризующийся следующими стадиями:

преобразование источника излучения звука, имеющего размеры, которые не являются незначительными, в фактический точечный источник звука полностью идентичный “реальному” точечному источнику звука, при этом указанный источник излучения звука является единым источником звука или источником, состоящим из двух или более источников звука, и

рассеяние звука “реального” точечного источника, полученного таким образом, в направлении места измерения или прослушивания, отражая звук с помощью, по крайней мере, одной отражающей поверхности, которая может иметь разнообразные геометрические формы, сохраняя при этом одинаковыми длины путей из любой точки источника излучения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что источник излучения звука излучает плоскую волну, а его преобразование в “реальный” точечный источник достигается с помощью параболической выпуклой отражающей поверхности, причем “реальный” точечный источник располагается в фокусе вышеупомянутой параболической отражающей поверхности.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна поверхность, отражающая звук из точечного источника звука, является плоской.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна поверхность отражения звука из точечного источника звука является выпуклой.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна поверхность, отражающая звук, является параболической.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна поверхность, отражающая звук из точечного источника звука, является вогнутой.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна поверхность отражения является гиперболической или параболической.

8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна поверхность отражения звука из точечного источника звука является эллиптической.

9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что звук из точечного источника отражается с помощью объединенных поверхностей, состоящих из более, чем одной плоской и/или вогнутой и/или выпуклой поверхности.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что источник излучения звука представляет собой компрессионный генератор импульсов.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что источник излучения звука представляет собой традиционный громкоговоритель или имеет размеры обычного громкоговорителя.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхности отражения устанавливают границы (начиная от поверхности источника излучения) объема воздуха, подразделяемого семью перегородками, расположенными таким образом, чтобы формировать каналы, имеющие размеры, которые меньше, чем длина волны самой высокой акустической частоты, которая проходит через них.

13. Отражающий волновод для излучения звука в виде вертикальных линейных рядов, где излучение звука начинается от плоскости излучения звука, которая представляет собой плоский источник звука, указанный волновод, характеризующийся наличием поверхности отражения звука, расположенной перед плоскостью излучения звука и конфигурированной таким образом, чтобы преобразовывать вышеуказанную плоскость излучения звука в “реальный” точечный источник, и наличием, по крайней мере, одной поверхности отражения, объединенной с вышеуказанным «реальным» точечным источником, предназначается для рассеяния звука в сторону места измерения или прослушивания.

14. Волновод по п.13, отличающийся тем, что вышеупомянутая поверхность отражения, расположенная перед плоскостью излучения звука, имеет выпуклую параболическую форму, где, по крайней мере, одна поверхность отражения звука, связанная с “реальным” точечным источником звука, имеет геометрию, которая может представлять собой плоские, вогнутые или выпуклые поверхности или их комбинации.

15. Волновод по п.14, отличающийся тем, что каждая из плоских, вогнутых или выпуклых отражающих поверхностей имеет плоскую, параболическую, гиперболическую или эллиптическую форму.

16. Волновод по п.13, отличающийся тем, что каждую из вышеупомянутых поверхностей отражения формируют за счет поверхности из элементов жесткого отражающего материала, изготовленных путем вытеснения при вращении.

17. Волновод по п.13, дополнительно имеющий параллельные промежуточные панели, образующие семь горизонтальных перегородок, которые формируют каналы в волноводе, чьи размеры меньше, чем длина волны самой высокой частоты, которая должна через них проходить.

18. Волновод по любому из пп.13-17, отличающийся тем, что плоскость излучения звука представляет собой компрессионный генератор импульсов.

19. Волновод по любому из пп.13-17, отличающийся тем, что плоскость излучения звука представляет собой традиционный громкоговоритель.

20. Волновод по п.13, отличающийся тем, что

средство излучения звука заключено в корпус, имеющий резонатор в передней части, созданный противолежащими сторонами двух расширяющихся боковых стенок и открытый со стороны двух других противолежащих сторон,

в нижней части указанного резонатора имеется щель для излучения волн высокой частоты, и

обращенные друг к другу указанные боковые стенки представляют, по крайней мере, часть громкоговорителя для средней и низкой частоты, и где

каждый громкоговоритель частично закрывают жесткой панелью, и

на передней части корпуса, по сторонам указанного резонатора имеются две щели, образующие внешние отверстия звуковых каналов громкоговорителя для умеренно низких звуков и/или излучения звука дополнительных громкоговорителей, помещенных в корпус.

21. Волновод по п.20, отличающийся тем, что указанный корпус изготавливают из двух частей, которые имеют общую ось колебания, расположенную вблизи и параллельно по отношению к щели для излучения в нижней части указанного резонатора для того, чтобы иметь возможность изменять размер и, следовательно, уровень громкости переднего резонатора корпуса и регулировать горизонтальную дисперсию звука путем изменения углового положения боковых стенок, образующих указанный резонатор.

22. Волновод по п.20, отличающийся тем, что в центральной части щели в нижней части указанного переднего резонатора помещают лазерную систему сопровождения, совмещая ее с осевой линией высокочастотного излучения.

РИСУНКИ