RU2427977C1

RU2427977C1 - Phase-inverting non-directional radiator

Info

Publication number: RU2427977C1
Application number: RU2010101359/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Павлович Тюрин (RU); Александр Павлович Тюрин; Борис Владимирович Севастьянов (RU); Борис Владимирович Севастьянов; Роберт Олегович Шадрин (RU); Роберт Олегович Шадрин
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2011-08-27

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: tuned phase inverter enables to lower sound pressure inside a radiator and reproduce a low-frequency band in a linear mode. The given task is solved by that the phase-inverting non-directional radiator is in form of a hollow regular polyhedron with a loudspeaker mounted on each of the faces of the polyhedron. The radiator has a phase inverter in form of a cylindrical pipe and is placed at one of the trihedral angles. The end parts of the cylindrical pipe of the phase inverter are in form of exponential bypasses. The number of phase inverters can be more than one. The dimensions (length and diameter) of the cylindrical pipe of the phase inverter depend on the frequency on which the radiator is tuned. ^ EFFECT: wider frequency band for reproducing a test signal towards the low-frequency side owing installation of the phase inverter. ^ 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области акустики, реверберационному анализу помещений и может быть использовано при определении характеристик звукопоглощающих материалов и конструкций.The invention relates to the field of acoustics, reverberation analysis of premises and can be used in determining the characteristics of sound-absorbing materials and structures.

Существует источник звука, модель 4224 (www.bruel.ru/UserFiles/File/4224.pdf), который является компактным портативным источником широкополосного акустического шума с высоким уровнем звуковой мощности. Он работает в области строительной и архитектурной акустики и способствует измерениям акустических параметров строительных элементов и конструкций, помещений, зданий и др. Источник звука модели 4224 работает от внутренних батарей и генерирует акустический шум с уровнем звуковой мощности 115 дБ и частотным диапазоном 100 Гц - 4 кГц.There is a sound source, model 4224 (www.bruel.ru/UserFiles/File/4224.pdf), which is a compact portable source of broadband acoustic noise with a high level of sound power. He works in the field of building and architectural acoustics and contributes to the measurement of acoustic parameters of building elements and structures, rooms, buildings, etc. The 4224 sound source is powered by internal batteries and generates acoustic noise with a sound power level of 115 dB and a frequency range of 100 Hz - 4 kHz .

Недостатком известного устройства является ограниченная область направленности излучаемого звука в связи с тем, что источник звука воспроизводит звук в одном направлении и имеет возможность наклона корпуса и установки под углом только 0°, 30° и 45°. Определенная степень расширения зоны направленности обеспечивается за счет конусообразного диффузора, который крепится спереди корпуса, но все равно накладываются ограничения на ширину зоны излучения в связи с ограниченными углами наклона корпуса источника звука.A disadvantage of the known device is the limited directivity of the emitted sound due to the fact that the sound source reproduces sound in one direction and has the ability to tilt the housing and install at an angle of only 0 °, 30 ° and 45 °. A certain degree of expansion of the directivity zone is ensured by a cone-shaped diffuser, which is mounted in front of the casing, but anyway restrictions are imposed on the width of the radiation zone due to the limited tilt angles of the casing of the sound source.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство, патент US №5812685, конструкция которого представляет собой пустотелый правильный многогранник, имеющий 32 грани (12 пятиугольников и 20 шестиугольников), в каждую из которых вмонтирован широкополосный громкоговоритель, или чередуются низкочастотные и высокочастотные громкоговорители.The closest technical solution, selected as a prototype, is the device, US patent No. 5812685, the design of which is a hollow regular polyhedron having 32 faces (12 pentagons and 20 hexagons), each of which is mounted a broadband speaker, or alternate low-frequency and high-frequency loudspeakers.

Недостатком устройства является сложность подбора пар высокочастотных и низкочастотных громкоговорителей, с тем условием, чтобы не допустить появления впадин сигнала в среднечастотном диапазоне и громоздкость конструкции при наличии низкочастотных громкоговорителей.The disadvantage of this device is the difficulty in selecting pairs of high-frequency and low-frequency speakers, so that to prevent the appearance of signal troughs in the mid-frequency range and the bulkiness of the structure in the presence of low-frequency speakers.

Задачей изобретения является расширение частотного диапазона воспроизведения тестового сигнала в сторону низкочастотного за счет установки фазоинвертора. Настроенный фазоинвертор способствует снижению звукового давления во внутреннем объеме излучателя и позволяет воспроизводить низкочастотный диапазон в линейном режиме.The objective of the invention is to expand the frequency range of the test signal in the direction of the low-frequency due to the installation of a bass reflex. The tuned phase inverter helps to reduce the sound pressure in the internal volume of the emitter and allows you to play the low-frequency range in linear mode.

Фазоинверторный ненаправленный излучатель выполнен в виде пустотелого правильного многогранника, в каждую из граней которого вмонтирован громкоговоритель. Излучатель содержит фазоинвертор, выполненный в виде цилиндрической трубки, и установлен в один из трехгранных углов. Концевые части цилиндрической трубки фазоинвертора выполнены в виде экспоненциальных обводов. Количество фазоинверторов может быть более одного. Размеры (длина и диаметр) цилиндрической трубки фазоинвертора зависят от частоты, на которую настраивают излучатель.The phase-inverted non-directional emitter is made in the form of a hollow regular polyhedron, a loudspeaker is mounted in each of its faces. The emitter contains a bass reflex made in the form of a cylindrical tube, and is installed in one of the trihedral angles. The end parts of the cylindrical tube of the phase inverter are made in the form of exponential contours. The number of phase inverters may be more than one. The dimensions (length and diameter) of the cylindrical phase inverter tube depend on the frequency at which the emitter is tuned.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид фазоинверторного ненаправленного излучателя в измерительном комплексе. Установка одного из громкоговорителей излучателя изображена на фиг.2.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of a phase-inverted non-directional emitter in the measuring complex. The installation of one of the loudspeakers of the emitter is shown in figure 2.

Фазоинверторный ненаправленный излучатель представляет собой пустотелый правильный додекаэдр. При этом выполняется условие: расстояния от центра додекаэдра до центров граней равны между собой, то есть ОС₁=ОС₂=…=OC_n. В каждой из двенадцати граней 1 излучателя расположены громкоговорители 2. Фазоинвертор 3 вмонтирован на одном из трехгранном углов излучателя. Излучатель устанавливается на стойку с помощью крепления 4, расположенного на одном из трехгранных углов додекаэдра. Концевые части цилиндрической трубки фазоинвертора выполнены в виде экспоненциальных обводов (на чертеже не показаны).The phase-inverted non-directional emitter is a hollow regular dodecahedron. In this case, the condition is satisfied: the distances from the center of the dodecahedron to the centers of the faces are equal to each other, that is, OS ₁ = OS ₂ = ... = OC _n . Loudspeakers 2 are located in each of the twelve faces 1 of the emitter. The phase inverter 3 is mounted on one of the trihedral angles of the emitter. The emitter is mounted on a rack with the help of fastening 4 located on one of the trihedral corners of the dodecahedron. The end parts of the cylindrical tube of the phase inverter are made in the form of exponential contours (not shown in the drawing).

Фазоинверторный ненаправленный излучатель после настройки фазоинвертора работает в составе измерительного комплекса.The phase inverter non-directional radiator after adjusting the phase inverter operates as part of the measuring complex.

Настройку фазоинвертора излучателя и, в целом, всей конструкции производят следующим образом.The adjustment of the phase inverter of the emitter and, in General, the whole design is as follows.

На внешнюю поверхность диффузора одного из громкоговорителей крепится индикатор, который может быть выполнен в виде, например, металлической пластины либо монеты. Далее на все громкоговорители по очереди подаются синусоидальные сигналы, начиная с частоты, например, в 100 Гц с шагом в 1 Гц. При заданном диаметре трубки фазоинвертора, ее длине и степени близости трубки к геометрическому центру излучателя индикатор начинает вибрировать, то есть в излучателе возникает резонансный эффект. Подача синусоидальных сигналов прекращается при той частоте, при которой дальнейшее ее снижение не вызывает резонанса. Последнее значение частоты синусоидального сигнала с резонансным эффектом записывается. Это значение соответствует нижней границе частоты, линейно-воспроизводимой фазоинверторным излучателем. Эта нижняя граница линейно-воспроизводимой частоты источника звука расширяется по сравнению с устройством без фазоинвертора.An indicator is mounted on the outer surface of the diffuser of one of the speakers, which can be made, for example, in the form of a metal plate or a coin. Further, sinusoidal signals are fed to all loudspeakers in turn, starting with a frequency, for example, at 100 Hz with a step of 1 Hz. For a given diameter of the phase inverter tube, its length and the degree of proximity of the tube to the geometric center of the emitter, the indicator begins to vibrate, that is, a resonant effect occurs in the emitter. The supply of sinusoidal signals stops at the frequency at which its further decrease does not cause resonance. The last value of the frequency of a sinusoidal signal with a resonant effect is recorded. This value corresponds to the lower frequency boundary linearly reproduced by a phase inverter emitter. This lower limit of the linear reproducible frequency of the sound source is expanded compared to a device without a bass reflex.

С персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ) по программе генерации тестового сигнала через усилитель мощности (по фиг.1) на громкоговорители 2 излучателя поступает сигнал. В корпусе излучателя благодаря присутствию фазоинвертора 3 возникает резонансный эффект, начинают излучаться низкочастотные колебания. Размеры фазоинвертора 3 выбираются таким образом, чтобы резонансный эффект достигался при как можно более низких частотах. Сигнал от совокупности громкоговорителей и фазоинвертора излучается в исследуемое помещение, которое, в свою очередь, преобразует его в отклик. Далее измерительный микрофон (на чертеже не показан), связанный с устройством регистрации сигнала и ПЭВМ, воспринимает отклик. В последующем отклик обрабатывается на ПЭВМ известными методами.From a personal electronic computer (PC) according to the test signal generation program through a power amplifier (Fig. 1), a signal is transmitted to the emitter loudspeakers 2. Due to the presence of the phase inverter 3, a resonant effect arises in the emitter body, low-frequency oscillations begin to radiate. The dimensions of the phase inverter 3 are selected so that the resonance effect is achieved at the lowest possible frequencies. The signal from the combination of loudspeakers and a phase inverter is emitted into the test room, which, in turn, converts it into a response. Next, the measuring microphone (not shown), associated with the signal recording device and the PC, receives the response. Subsequently, the response is processed on a PC by known methods.

Фазоинверторный ненаправленный излучатель позволяет излучать различные тестовые сигналы внутри исследуемых помещений с одинаковой мощностью во всех направлениях. Это необходимо для получения импульсного отклика помещения, представляющего собой линейную, то есть неизменяющуюся во времени систему.The phase-inverted non-directional emitter allows you to emit various test signals inside the test rooms with the same power in all directions. This is necessary to obtain the impulse response of the room, which is a linear, that is, a time-invariant system.

В устройстве могут быть использованы высококачественные потолочные громкоговорители, обладающие широким частотным диапазоном с достаточным звуковой мощностью и давлением. Громкоговорители обладают большим углом раскрытия, то есть большим телесным углом распространения звука, что способствует созданию равномерного звукового потока уже на незначительном расстоянии (примерно три метра). В свою очередь, это дает возможность выполнять реверберационный анализ как больших, так и малых помещений с площадью пола от 10 м².The device can be used high-quality ceiling speakers with a wide frequency range with sufficient sound power and pressure. Loudspeakers have a large opening angle, that is, a large solid angle of sound propagation, which contributes to the creation of a uniform sound stream already at an insignificant distance (about three meters). In turn, this makes it possible to perform reverberation analysis of both large and small rooms with a floor area of 10 m ² .

Дополнительно обеспечивается снижение затрат на материалы и громкоговорители, поскольку для воспроизведения звука в нижнем частотном диапазоне в фазоинверторном ненаправленном излучателе используются громкоговорители с меньшим диаметром диффузора и, следовательно, уменьшенный геометрический объем конструкции по сравнению с ее типом без фазоинвертора.In addition, the cost of materials and loudspeakers is reduced, since loudspeakers with a smaller diameter of the diffuser and, therefore, a reduced geometric volume of the structure compared to its type without a phase inverter are used to reproduce sound in the lower frequency range in a phase inverter non-directional radiator.

Claims

1. A phase inverter non-directional emitter made in the form of a hollow regular polyhedron, a loudspeaker is mounted in each of its faces, characterized in that it further comprises a phase inverter made in the form of a cylinder and installed in one of the trihedral angles.

2. The phase inverter non-directional emitter according to claim 1, characterized in that the end parts of the cylindrical phase inverter are made in the form of exponential contours.

3. The phase inverter non-directional emitter according to claim 1, characterized in that the number of phase inverters can be more than one.