Звукоизлучающие устройства и/или системы
Номер патента: 2176
Опубликовано: 28.02.2002
Авторы: Эзима Генри, Бэнк Грэхэм, Колломз Мартин, Хэррис Нейл
Формула / Реферат
1. Излучатель звука, содержащий зонально распределенную решетку многочисленных акустических преобразователей, имеющих индивидуально снабжаемые энергией средства возбуждения, средство для обеспечения сигналов возбуждения со сдвигами фаз, приводящих к излучениям звука со сдвигами фаз из акустических преобразователей, отличающийся тем, что средство для обеспечения сигналов возбуждения выполняет наложение на указанные сигналы возбуждения распределения фазирования по зоне решетки, которому придан случайный характер для достижения рассеянного полного звукового излучения.
2. Излучатель звука по п.1, отличающийся тем, что средство для обеспечения сигналов возбуждения выполняет наложения указанных сигналов возбуждения со сдвигами фаз к указанным средствам возбуждения с распределением фазирования, которое не упорядочено по зоне решетки, для достижения излучения некогерентного звука.
3. Излучатель звука по п.1 или 2, отличающийся тем, что средство для обеспечения сигналов возбуждения выполняет наложения различного фазирования, по существу, на одинаковое частотное содержимое входного сигнала.
4. Излучатель звука по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что сдвиги фаз, о которых идет речь, отличаются от целочисленных дольных единиц или делителей 180ш.
5. Излучатель звука по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что сдвиги фаз, о которых идет речь, имеют уникальное соответствие вплоть до однозначного с преобразователями, соответственно.
6. Излучатель звука по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что средство для обеспечения сигналов возбуждения выполняет вышеуказанное для содержимого акустических частот выше нижних частот, для которых средство для обеспечения сигналов возбуждения дополнительно выполняет создание синфазных звуковых излучений, по меньшей мере, от некоторых акустических преобразователей.
7. Излучатель звука по п.6, отличающийся тем, что указанные некоторые акустические преобразователи находятся в субзоне (субзонах) решетки.
8. Излучатель звука по п.6 или 7, отличающийся тем, что указанные некоторые акустические преобразователи находятся, по существу, в центре решетки.
9. Излучатель звука по любому из пп.6-8, отличающийся тем, что количество указанных, по меньшей мере, некоторых акустических преобразователей тем больше и размер соответствующей субзоны (соответствующих субзон) решетки тем больше, чем ниже имеющие отношение акустические частоты.
10. Излучатель звука по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что средство для обеспечения сигналов возбуждения имеет связанное с ним средство фильтра для указанного акустического содержимого нижних частот входного сигнала или его полос.
11. Излучатель звука по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что указанная решетка имеет, по меньшей мере, 20 указанных акустических преобразователей.
12. Излучатель звука по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что указанная решетка имеет до 750 или более указанных акустических преобразователей.
13. Излучатель звука по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что указанные акустические преобразователи являются преобразователями поршневого действия.
14. Излучатель звука по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что указанные акустические преобразователи являются преобразователями с диффузорным возбуждением.
15. Излучатель звука по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что указанные акустические преобразователи являются электростатическими преобразователями.
16. Излучатель звука по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что указанные акустические преобразователи являются пьезоэлектрическими преобразователями.
17. Излучатель звука по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что указанные акустические преобразователи являются электромеханическими пленочными преобразователями.
18. Излучатель звука по любому из пп.1-17, отличающийся тем, что указанные акустические преобразователи имеют соответствующее средство носителя, общее для всех их групп.
Текст
1 Область техники, к которой относится изобретение Это изобретение относится к акустическим устройствам, в частности к устройствам для выработки и излучения звука, как правило, в ответ на электрические сигналы от соответствующих электронных средств обработки аудиосигналов, а более конкретно - к новым формам громкоговорителей. Уровень техники Обычные громкоговорители основаны на поршневом действии для выделения звука в окружающий воздух с помощью диафрагм, движимых, в основном, возвратно-поступательно с помощью электромагнитных средств, как правило - диффузоров, независимо воздействующих на воздух внутри себя и перед собой. Такие обычные громкоговорители имеют различные характеристики, определяемые коробчатыми корпусами, зачастую - со сложными средствами для поглощения в обратном направлении или в противном случае, по меньшей мере, частичного подавления составляющих звука, которые находятся в противофазе с требуемыми направленными вперед составляющими звука; направленностью требуемого направленного вперед звука в пределах эффективных базовых углов,которые тем уже, чем выше частота воспроизводимого звука, о котором идет речь; и спадом интенсивности созданного звука в пределах таких базовых углов по закону квадрата расстояния от, по существу, точечного источника,вблизи которого интенсивность звука может быть очень высокой для мощных громкоговорителей. Хорошо известны многоблочные громкоговорители диффузорного типа с различными размерами диффузоров, используемых для полос низких, средних и высоких аудиочастот, с вытекающей отсюда потребностью в электронных разделительных фильтрах для сигналов,подаваемых в такие блоки. Авторы изобретения недавно разработали формы акустических устройств, включающих в себя громкоговорители радикально нового типа,в частности, применительно к акустическому действию и являющемуся его результатом излучению звука (см. заявку по Договору о патентной кооперацииGB 96/02145). Акустическое действие, применительно к таким громкоговорителям, основано на поперечных изгибающих волнах, возбуждаемых в конкретных предварительно заданных положениях в надлежащим образом сконструированных и конфигурированных панелях, при которых возникающие в результате поверхностные колебания акустически передаются в воздух образом, абсолютно не являющимся поршневым образом. Возникающее в результате этого излучение звука может осуществляться со всей поверхности панели и в очень широком угловом диапазоне, создавая эффекты сильного рассеяния вдали, в отличие от вышеупомянутых ранее известных признаков"ближней" громкости и направленности, а также в необыкновенно широких диапазонах частот для отдельных блоков панелей. Параметры геометрии и жесткости таких панелей, наряду с правильно выбранным местоположением средств возбуждения, вносят вклад в достижение такого расширения режимов резонансных частот эффектов поверхностных колебаний с тем, чтобы способствовать рассеянному излучению звука широкодиапазонной направленности с большой четкостью и точностью, которые существенно и выгодно отличаются от имеющихся у известных громкоговорителей поршневого действия и их зачастую неудобных ограничений, накладываемых на удобные для прослушивания положения (вероятно, особенно заметных при стереофоническом воспроизведении звука),являющихся неизбежным следствием сужения направленности в диапазоне базовых углов, а также зачастую неудобно высокой "ближней" громкости, являющейся неизбежным следствием эффектов спада звука по закону квадрата расстояния от точечного источника. Кроме того,оказываемые ранее предпочтения разным блокам, выделяемым для полос средних и высоких частот, и необходимым вследствие этого разделительным фильтрам, можно считать излишними, как и необходимость комплексного поглощения в обратном направлении составляющих звука в коробчатых корпусах. Это изобретение является результатом подробного рассмотрения и пересмотра акустически выгодных признаков удачных панельных устройств распределенного режима. Обнаружено, что выгоды от получения рассеянного излучаемого звука распространяются также на превосходную целостность излучаемого звука как применительно к громкоговорителям с многими такими панелями в одном и том же пространстве (и интерференции, связанной с длинами волн), так и применительно к эффектам отражения от границ такого пространства, например стен, и/или потолка, и/или пола (и интерференции стоячих волн), а также на ощущаемые эффекты акустической локализации и/или прерываемости и тем самым - на лучшую балансировку и/или отсутствие взаимных помех и сглаживание многочисленных каналов для центральных, передних стерео- и задних блоков звукового окружения, как в "домашнем театре" или, в более общем случае, в приложениях для общественных мест. Первоочередной и наиболее естественный интерес и внимание при таком рассмотрении уделялись всему, что можно осуществить при достижении еще лучшего распространения колебаний при резонансном режиме в переносящих поперечные волны панелях и/или при возбуждении таких панелей. Однако и это теперь в значительной степени определяет цели и особенности изобретения, ему было дано совершенно другое обоснование посредством фундаментальной переоценки, в частности 3 применительно к основным вкладам вышеупомянутого характера рассеяния излучения звука и к тому, как еще успешно и с выгодой добиться других эффектов излучения звука, вне зависимости от наличия или отсутствия у них сходства с эффектами, создаваемыми громкоговорителями, работающими под воздействием поперечных волн в распределенном режиме. Вытекающие отсюда результаты, проявляющиеся в различных особенностях данного изобретения, рассматриваются как представление еще более радикально отличающихся подходов. Сущность изобретения Один такой подход возникает вследствие того, что учитывают характеристически эффективную фазовую когерентность звука из громкоговорителей, как правило - диффузорного типа с поршневым действием, и характеристически относительную фазовую некогерентность звука из громкоговорителей, работающих в распределенном режиме непоршневого действия,основанных на действии поперечных волн. В соответствии с одним аспектом этого изобретения, излучатель звука содержит зонально распределенную решетку многочисленных блоков акустических преобразователей,имеющих индивидуально снабжаемые энергией средства возбуждения или привода, а сигналы возбуждения для них таковы, что приводят к излучениям звука со сдвигом соответствующих фаз, скажем, непосредственно связанных с накладываемым фазированием указанных сигналов возбуждения, удовлетворительным для такого объединения выходных сигналов отдельных блоков, при котором создается излучаемый звук с пригодным в целом рассеиванием и/или желательно направленный из зоны указанной решетки, а не связанный тем или иным образом с известным сужением базового угла при увеличении частоты. Для решеток, содержащих от 20 или менее до 750 или более блоков преобразователей, предусмотрена подходящая неупорядоченная или некогерентная взаимосвязь таких фаз. По мнению авторов, теперь полезно упомянуть известные электростатические громкоговорители, представляющие собой, по сравнению с громкоговорителями диффузорного типа,относительно большие зоны излучения звука, по существу, скомпонованные из субзон индивидуального поршневого действия, которые работают с тщательно упорядоченными фазовыми сдвигами, вследствие чего такие громкоговорители обладают соответствующей когерентностью и направленностью точечного источника,фундаментально отличаясь таким образом от предложенного в настоящем изобретении. Возвращаясь к вышеизложенному новому аспекту, отметим, что требуемая фазовая некогерентность многочисленных блоков, создающая ощущение рассеяния излучаемого звука в целом, возникающее вследствие направленно 002176 4 сти и "ближней" громкости в случае обычных громкоговорителей, не носит характер, по существу, аналогичный тому, который имеет место в вышеупомянутых панелях, работающих в распределенном режиме под воздействием поперечных волн. В самом деле, поиски такого аналогичного характера применительно к зональному распределению режимов резонансных частот такой панели могли бы, что наиболее естественно, привести к необходимости предусмотреть согласующее распределение блоков и корреляцию рабочих частот блоков преобразователей. Однако для таких панелей, как в вышеуказанной заявке по Договору о патентной кооперации, основанных на воздействии поперечных волн, зональное распределение колебаний в резонансном режиме является сложным и не вполне упорядоченным, а обнаруживаемая потребность в том, чтобы предусматривать экстенсивные пропускающие фильтры для полных аудиосигналов и/или по-разному настроенных блоков преобразователей, обуславливаемая принципиальным допущением предоставления частот блокам индивидуально и по группам,непривлекательна, по меньшей мере, по сравнению с предпочтительными вариантами осуществления этого изобретения, обеспечивающими использование упорядоченных решеток блоков преобразователей, и если не всех, то значительной части возможностей частотного отклика каждого из блоков. Такой предпочтительный подход к реализации дополнительно может позволить обойти такие неизбежные ограничения панелей, подвергающихся воздействию поперечных волн, как гладкость поверхностного распределения их активных резонансных режимов, т.е. добиться еще более гладкого распространения, а также независимости от требований геометрии и жесткости для таких панелей. По меньшей мере, для предпочтительного рассеянного излучаемого звука подходящее распределение различных фаз применительно к индивидуальным блокам преобразователей всей рассматриваемой здесь решетки обладает неупорядоченностью, по сравнению с универсально когерентными обычными громкоговорителями диафрагменного типа, включая рассмотренный выше электростатический тип. В том же смысле, как и в существующих генераторах псевдослучайных чисел и/или таблицах случайных чисел, предназначенных для исключения высокой упорядоченности и/или группирования,подходящие распределения фаз, о которых идет речь, можно рассматривать как имеющие случайный характер (рандомизированные). Что касается самих сдвигов фаз, то индивидуальных и/или совокупных эффектов подавления можно легко избежать, что достигается, например, путем наложения ограничения, согласно которому ни один из сдвигов фаз не является целочисленной дольной единицей и/или делителем 180. Однако вследствие самоочевидных многочис 5 ленных возможностей следует признать, что любое конкретное распределение для любой конкретной решетки блоков преобразователей может быть и обычно будет - для простоты создаваться и обрабатываться как фиксированное или предписанное для реализации, о которой идет речь. Кроме того, может и не потребоваться, чтобы количество разных фаз было таким же, как количество блоков преобразователей, т.е. иногда оно будет таким же при условии, что количество и распределение различных фаз делает приемлемым воспринимаемый звук в целом, и эта ситуация тем более вероятна, чем больше блоков в решетке, о которой идет речь. Проведенная к настоящему времени исследовательская работа показывает, что такие реализации помогают обеспечить функционирование в диапазоне аудиочастот, сравнимое с функционированием удачных громкоговорителей с панелями, подвергаемыми воздействию поперечных волн, и превосходящее по достижимой равномерности частот излучаемого звука и ощущаемых эффектоврассеянного звука. Кроме того, можно также легко манипулировать нижними аудиочастотами, хотя и несколько подругому. Таким образом, на предельных, самых нижних частотах, используемых на практике для определения размера решетки, о которой идет речь, возможно функционирование, по существу, аналогичное известным громкоговорителям поршневого типа, просто за счет соответствующих сигналов возбуждения, подаваемых на все блоки преобразователей синфазно, т.е.,по существу, когерентно. Конечно, возникающая при этом направленность является не большей проблемой, чем для известных больших громкоговорителей, в основном, диффузорного типа для воспроизведения нижних частот, которые считают фактически ненаправленными. Такой низкочастотный синфазный режим возбуждения применим не ко всем блокам преобразователей описываемой здесь решетки, т.е. только к блокам субзоны (субзон) решетки,скажем средней, обычно - центральной субзоны,которую можно постепенно сокращать, как правило шаг за шагом, при возрастании частот по диапазону низких частот ниже той, которой легко манипулировать посредством вышеупомянутого режима работы с рандомизированными разными фазами. Следует признать, что манипулирование фазированием сигналов возбуждения для отдельных блоков акустических преобразователей описываемой здесь решетки представляет собой механизм большой универсальности и удобства при синтезировании требуемых эффектов излучаемого звука и составляет другой аспект этого изобретения, не обязательно сводящийся к объединению, по существу, когерентных и некогерентных режимов работы для разных полос радиочастот, либо к рассматриваемым блокам преобразователей, соседствующих в субзонах 6 или на участках всей зоны решетки, т.е. возможно, что выгоды будут достигнуты и в других конфигурациях, скажем, в кольцах или углах. Также установлено, что манипулирование амплитудами сигналов возбуждения для отдельных блоков акустических преобразователей описываемой здесь решетки может иметь выгодные влияния в смысле воспринимаемого звука в целом, излучаемого решеткой, а зональное распределение различных амплитуд сигнала возбуждения для таких блоков преобразователей составляет другой аспект этогo изобретения,сопровождаемый или не сопровождаемый вышеупомянутым фазовым распределением, предпочтительным в данном техническом решении. Возвращаясь к упорядочено фазированной работе блоков акустических преобразователей рассматриваемой здесь решетки, следует отметить, что также можно моделировать альтернативу (альтернативы) вышеупомянутому полностью или частично синфазному режиму, в частности, для любого требуемого направления(любых требуемых направлений) колебаний натянутой струны или колебаний натянутой мембраны, и с этой целью можно использовать линию задержки с многочисленными отводами для снабжения энергией индивидуальных блоков, и/или колебания поперечной волны, и в этом случае можно использовать один рекурсивный фазовый фильтр второго порядка для каждого блока, реализуемый с разными частотами разделения каналов для перехода (переходов) режимов в каждом блоке. Такой другой режим (такие другие режимы) работы могут,конечно, также присутствовать, и наличие двух или более режимов работы, по существу, с упорядоченной и/или неупорядоченной фазой и/или амплитудой составляет дополнительный аспект этого изобретения. Что касается физической конструкции, то для решетки (решеток) рассматриваемых здесь индивидуальных блоков преобразователей предпочтительно наличие общего упругого или жесткого средства листообразного или панелеобразного носителя, представляющего собой поверхность (поверхности), которая (которые) не обязательно должна (должны) быть плоской(плоскими), т.е. может (могут) быть криволинейной (криволинейными) в одном или более направлениях и/или быть фасетированной (фасетированными). Как и для облегчения изготовления решетки (как таковой) малых блоков преобразователей, предпочтительное средство носителя может также способствовать требуемому приложению сигналов возбуждения по отдельности к таким блокам преобразователей, будучи для удобства выполненным в виде подложки для соответствующего рисунка проводников,скажем, посредством хорошо отработанного способа производства печатных плат. В самом деле, такое средство носителя может быть также 7 успешно использовано при установке схемы формирования локального сигнала возбуждения, например, относящейся к типу модульных полупроводниковых интегральных схем. Дополнительное влияние такого средства носителя может, конечно, проявляться в облегчении подхода к эффективному достижению идеализированной общей звукоизлучающей поверхности,выдающей, по существу, случайные колебания с требуемым низким или минимальным синфазным содержимым в результирующем выходном звуковом сигнале. Это может быть настолько ощутимым, что излучение звука будет происходить с такой фазовой некогерентностью, будто имеет значительно более низкую (или более широкую) направленность независимо от частоты, чем для обычных громкоговорителей поршневого действия, т.е. признак, который приводит к значительно более равномерному распределению мощности звука в зависимости от частоты. Таким образом, полезные преимущества возникают без необходимости согласования,которое обычно имеет место в удачных панельных громкоговорителях, включая конкретно используемые в настоящее время на практике малые размеры требуемых высокоэффективных диафрагменных блоков диффузорного типа с поршневым действием. Подходящие блоки могут быть порядка нескольких десятков миллиметров в диаметре и иметь всего 5 - 10% подвижной массы всего (по сравнению с практической реализацией конструкции потребительских громкоговорителей диффузорного типа), скажем, примерно 50 мг на блок преобразователя, и эти блоки до настоящего времени не считались способными сколько-нибудь существенно выходить за рамки низкокачественного воспроизведения звука, но на самом деле обладают значительным преимуществом, если говорить об этом их назначении, по той причине, что они уже настолько малы, что имеют диаграммы излучения звука, которые больше являются сферически многонаправленными, чем имеющими осевую направленность. Ожидается, что произойдет разработка еще меньших блоков либо электродинамического типа, включая электромагнитный тип (электромагнитные типы) с подвижными катушками,либо других типов, например, кристаллических или полимерных пьезоэлектрических или какихлибо иных, включая применение так называемых методов микро- или нанотехнологий, за счет естественного прогресса техники, как только возникнет соответствующая заинтересованность в них или не только в них, и можно ожидать резкого расширения успешного применения изобретения. В самом деле, поскольку уже очевиден и характерен тот факт, что чем меньше блоки и чем больше их количество, тем значительнее могут быть выгоды от них, в частности, ввиду параллельного развития дешевых 8 средств формирования сигнала возбуждения на интегральных схемах и средств обработки сигналов, обладающих большой емкостью и производительностью, включая средства цифровой обработки данных или средства типа компьютеров, то предполагается, что это представляет собой нечто несколько большее, нежели простая эволюция полупроводниковой и компьютерной технологии. Конкретные блоки преобразователей будут выбираться или конструироваться в соответствии с характеристиками управления мощностью, ширины полосы и максимального уровня давления и другими необходимыми атрибутами. Для рассматриваемых здесь решеток с меньшими количествами блоков преобразователей реализуется линейное возбуждение с помощью полупроводниковых интегральных схем для модульных усилителей, скажем, КМОП-типа, и цифро-аналоговых преобразователей для сигналов, подвергаемых цифровой обработке. Имеется возможность резистивного суммирования на основе декодера малой разрядной емкости. Для решеток с большими количествами блоков преобразователей, скажем, превышающими примерно 750 блоков, естественным ресурсом представляется обращение к другой технологии,например, предусматриваемой для громкоговорителей с непосредственным цифровым возбуждением, основанных, по меньшей мере частично, на интеграционных свойствах человеческого уха. Использование цифровой обработки сигналов, доступной и эволюционирующей в связи с еще более высокими вычислительными возможностями, обеспечивает легкое управление синтезом излучения звука любого необходимого характера, включая внесение требуемой направленности, а не характера рассеяния, о котором здесь говорилось сначала. Кодирование получаемого сигнала легко можно распространить на аудиосодержимое наряду с любыми и всеми функциями фазы и/или амплитуды, необходимыми для блоков преобразователей описываемых здесь решеток, и поэтому можно избежать нежелательных переходов, например, между последовательностями из одних нулей и одних единиц. Обращаясь также к блокам преобразователей, отметим, что ввиду обязательности локального возбуждения и средства носителя решетки,локальные возбудители могут быть сделаны адресуемыми по рядам и столбцам и подвергаемыми временному и линейному мультиплексорному кодированию для реагирования на сигналы, подвергнутые цифровой обработке, а средство носителя может иметь печатные токопроводящие дорожки для адресации и т.д., если это необходимо или желательно, в многочисленных слоях металлизации. Кроме того, блоки преобразователей также могут быть выполнены в или на средстве носителя с получением выго 9 ды от технологии, разработанной и предусмотренной для полупроводниковых интегральных схем, в частности, очень сложных способов литографии, и, как в первую очередь указано выше, эти блоки могут быть электростатическими,тонко- или толстопленочными, или могут быть получены методами микромашинной технологии для изготовления очень малых устройств с подвижными частями, будучи вследствие этого применимыми в качестве электромагнитных блоков с подвижными катушками или блоков рычажного типа, в которых обычно используются высокоэффективные неодимовые постоянные магниты, и которые обычно работают во внешнем поляризующем поле (полях). Подходящие пьезоэлектрические материалы включают кристаллические материалы, например, титанат бария или высокополимерные электреты,а многослойные блоки преобразователей легко изготавливать совместно, используя общее рабочее место для печати слоев при обработке полупроводников. Предпочтительные размеры блоков преобразователей - менее 20 мм каждый. Вышеупомянутые сложные способы литографии также могут быть применены к таким средствам носителя, как гибкие пленки, которые сами по себе обладают акустическим преобразующим воздействием и имеют многоячеечные точки возбуждения, надлежащим образом соединенные в матричной решетке с обеспечением электропроводности. Перечень фигур чертежей Далее в качестве примера будет приведено описание реализации (реализаций), воплощающих вышеописанные аспекты этого изобретения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 А и 1 В - виды спереди и с торца конфигурации первой матричной прямоугольной решетки установленных на панели элементов преобразователей электродинамического типа с подвижной катушкой; фиг. 2 А и 2 В - аналогичные виды второй, в целом, круглой решетки установленных на панели блоков преобразователей электродинамического типа с подвижными катушками; фиг. 3 А и 3 В - аналогичные виды большей матричной прямоугольной решетки установленных на панели блоков преобразователей электродинамического типа с подвижными катушками; фиг. 4 А и 4 В - аналогичные виды решетки 10 х 10 из установленных на листе или мембране блоков пьезоэлектрических преобразователей; фиг. 5 А и 5 В - площадки блоков преобразователей, образованные селективными металлизациями пьезоэлектрического листа или мембраны; фиг. 6 А - 6D - конкретный вариант электромеханических пленочных преобразователей; фиг. 7 - схема многоканальной аудиосистемы с реализацией этого изобретения; 10 фиг. 8 - принципиальная схема для несинфазной и синфазной на низких частотах работы громкоговорителя решетки; фиг. 9 - аналогичным образом представленные дополнительные низкочастотные варианты и фиг. 10 - принципиальная схема для реализации с помощью цифровой обработки сигнала в программе, управляемой компьютерной системой. На фиг. 1, 2 и 3 подходящим образом жесткие несущие панели 11, 21 и 31 конструкции,отличающейся от той, которая предпочтительна для реализации вышеуказанных громкоговорителей, работающих в резонансном режиме под воздействием поперечной волны (соответствующих заявке по Договору о патентной кооперацииGB 96/02145 того же заявителя), показаны с преобразователями 12, 22 и 32 электродинамического типа с подвижной катушкой,установленными с обеспечением прохождения их диффузоров через решетки отверстий таким образом, который, по мнению заявителя, не требует дополнительного пояснения. Блоки 12 и 32 преобразователей являются матричными прямоугольными решетками размером 5 х 5 и 20 х 20, а блоки 22 преобразователей расположены в круглой решетке, имеющей 6 х и 12 х внутренних или средних и наружных колец вокруг центрального указанного блока. Если это требуется или предпочтительно, то, в целом, прямоугольные решетки могут иметь больше или меньше рядов и/или столбцов с равными или неравными количествами блоков преобразователей, что,возможно, влечет двойные возможности, и такие блоки могут располагаться по соседству друг с другом в шахматном порядке от ряда к ряду и/или от столбца к столбцу, скажем, на расстоянии полушага и, в частности, чередоваться для увеличения плотности совокупности блоков панели, в целом, круглые решетки могут иметь разные количества блоков преобразователей в первом и втором кольцах и/или больше колец блоков преобразователей с любой практической связью совокупностей колец и/или частичным перемежением блоков преобразователей, количество которых постепенно возрастает в направлении наружу; можно реализовать и другие решетки, конфигурация которых, например, проста или имеет характер расположенных в шахматном порядке прямоугольников или многоугольников, или относится к комбинированному типу, предусматривающему совокупности таких распространенных форм, или имеет неупорядоченный характер, который мог бы оказаться удовлетворительным для достижения недостающей равномерной или меняющейся плотности блоков. На каждой из фиг. 4 и 5 изображены несущие листы или мембраны 41 и 51 с матричными, имеющими размер 10 х 10, прямоугольными решетками блоков 42 и 52 преобразователей в 11 рядах a-j и столбцах 1-10, причем обозначения блоков имеют вид a1-j10. Блоки 42 преобразователей могут быть индивидуальными блоками пьезоэлектрического типа, прикрепленными к листу или мембране 41, а блоки 52 преобразователей также могут быть блоками пьезоэлектрического типа, но в этом случае - образованными и ограниченными с помощью совмещаемых металлизаций 52 А и 52 В на противоположных поверхностях пьезоэлектрического по своей природе материала мембраны или листа 51,скажем, полимерного типа. К указанным выше вариантам применимы аналогичные варианты распределения. Однако предполагается адресация по рядам и столбцам, соответствующая маркировке блоков, т.е. с запитыванием соответствующего одного из наборов следующих по ряду и следующих по столбцу проводников (не показанных), см. также нижеследующее относительно цифровой обработки сигналов. На фиг. 6 А - 6D изображена реализация с использованием диэлектрической пленки 63 в качестве подвижной акустической диафрагмы между передними и задними пористыми статорными пластинами 64F, В. Такие электромеханические пленочные устройства, приводимые в действие акустически, хорошо известны в данной области техники, включая использование проводящих по своей природе или покрытых проводящим покрытием статорных пластин и многослойных пленок, имеющих противоположно заряженные слои, селективно металлизированные средствами проводящих электродов,или несущими их на каждой стороне слоя. Полости, сформированные в виде совмещаемых выемок 65F, В в лицевых поверхностях статорных пластин, позволяют получить акустически активные локализованные отклонения пленки 63 (а не известный до настоящего времени вариант изменения толщины структуры магнитопровода, обычно менее эффективный для громкоговорителей). Выемки 65F, В изображены закругленными или куполообразными, как показано выносными линиями на фиг. 6 С, а в противном случае являются, в частности, пиковыми пирамидальными, как показано на фиг. 6 А, В. Локализованные пластинообразные электродные образования 62F, В показаны на противоположных сторонах общего электретного листа 63 установленными в каждую полость с индивидуальными токопроводящими дорожками 66F, В для индивидуального обеспечения энергией в рассматриваемых здесь целях. На фиг. 1-6 также не показаны предусматриваемые усилители возбуждения (см. блоки с обозначением Y на последующих чертежах),которые индивидуальны для каждого блока П преобразователя и которые могут быть усилителями полупроводникового или интегрального типа, установленными на носителях (11, 21, 31,41, 51, 63), например, на обратных сторонах,или на подложенную печатную плату, скажем, 002176 12 со штыревыми контактами соединителя, сцепленными с металлизированными отверстиями,соединенными с усилителями, которые сами обеспечиваются энергией соответствующим образом посредством токопроводящих дорожек в одном или более слоях металлизации. На фиг. 7 изображена реализация аудиосистемы в многоканальной среде, содержащей электронный источник 100, служащий для подачи электрических аудиосигналов на выходы 101 - 105 каналов, например, для "домашних театров" или других приложений стереофонического окружающего звука, предусматривающих упомянутые левые и правые плюс центральные передние громкоговорители и пару задних громкоговорителей, и в этом случае каждый из всей пяти громкоговорителей 111 - 115 относится к типу громкоговорителя решетки и воплощает данное изобретение, см. в частности и как правило, громкоговоритель 113 решетки, посредством многочисленных блоков П 1 - Пn преобразователей и индивидуально связанных с ними усилителей возбуждения У 1 - Уn. Шины ПАС 1 - ПАСn подачи аудиосигналов для усилителей У 1 - Уn каждого из громкоговорителей 111 - 115 решетки изображены получающими энергию от средств 121 - 125 задания фазы и/или амплитуды и маршрутизации. Следует отметить, что громкоговорители 111 - 115 решетки не обязательно должны быть все одинакового типа или должны все иметь одинаковое количество блоков П 1 - Пn преобразователей,т.е. n может отличаться для каждого из них, хотя левый и правый передние стереогромкоговорители обычно одинаковые, как и используемые задние громкоговорители, и что в любых приложениях этого изобретения, где громкоговорители должны принимать, по существу, одинаковые сигналы, громкоговорители решетки, воплощающие это изобретение, могут получать энергию от общего средства регулирования фазы и/или амплитуды. На фиг. 8 изображена простая реализация подходящего задания фазы с помощью ответвления 131, показанного идущим от шины 103 аудиосигнала канала к линии задержки 132,имеющей многочисленные отводы ЗАД 1-ЗАДn для получения изменений фазы в диапазоне от 0 до 360, которые имеют взаимозависимости, как указано выше для требуемого результирующего рассеянного звука из блоков П 1 - Пn преобразователей при наложении на них надлежащим образом, показанные здесь посредством схемы 133 "рандомизированной" маршрутизации, служащей для подключения по-разному фазированных аудиосигналов на шинах ЗАД 1-ЗАДn надлежащим неупорядоченным образом к шинам ПАС 1-ПАСn возбуждения блоков преобразователей. Хотя здесь подчеркивается, что каждый и любой из блоков П 1-Пn преобразователей имеет особую наложенную на него фазу, т.е. это может оказаться необязательным, т.е. количест 13 во отводов линии задержки этих шин ЗАД 1 ЗАДn может быть меньше, чем количество блоков преобразователей, а значит - шин возбуждения ПАС 1-ПАСn, и даже представлять собой некоторую часть этого количества. Если некоторые из блоков преобразователей осуществляют прием одной и той же фазы аудиосигнала, то обычно предпочтительно, чтобы не все они были соседними, а на самом деле - были преимущественно (или, по меньшей мере, без ущерба для качества) распределены для достижения приемлемых результатов рассеянного звука,хотя они также могут быть расположены симметрично в решетке. При долевой взаимозависимости предусматриваемое количество предпочтительно является достаточным применительно к субзоне или участку решетки для независимого достижения приемлемых результатов рассеянного звука, а компоновка во всей решетке может иметь симметрию таких субзон в должным образом соседствующих взаимосвязях и/или преобразованиях одинаковых рисунков и/или разных рисунков, каждый из которых, по существу, похож на вышеупомянутые, а также в том их сочетании, которое действительно имеет место. Полную или частичную фазовую "рандомизацию" можно представить в следующем виде: Ф (n, m, ) = случайное число на интервале [0, 2], где n и m представляют совокупности блоков преобразователей рядов и столбцов либо полной матричной прямоугольной решетки,либо ее указанной субзоны. Шина 103 аудиосигналов канала также показана идущей к фильтру 135 нижних частот для создания таких низкочастотных выходных сигналов, которые выгодно получать из подаваемых ко всей решетке с синфазной взаимосвязью, моделирующей эффекты поршневого громкоговорителя, раскрытые выше, см. выход 136 фильтра, непосредственно подключенный ко всем шинам ПАС 1-ПАСn возбуждения преобразователей. Очевидным является, что, как также раскрыто выше, может возникнуть выгода от приложения низкочастотных сигналов на шине 136 к меньшему количеству блоков П 1-Пn преобразователей громкоговорителя решетки,чем их есть всего, скажем, удобно прикладывать сигналы к средней, как правило предпочтительно центральной, субзоне, напоминающей окно. На фиг. 8 представлено раскрытое ниже. Фиг. 9 отличается от фиг. 8, во-первых,иллюстрацией действия для блоков П 1 - Пm преобразователей только части 113 а описываемого здесь громкоговорителя решетки, в частности, ряда или столбца всей прямоугольной матричной решетки, с соответствующим указанием шин ПАС 1 - ПАСm возбуждения блоков преобразователей, и только части 132 а средств линии задержки с соответствующими выходны 002176 14 ми шинами ЗАД 1-ЗАДm отводов. Может оказаться удобным рассмотреть выполнение средств для всей решетки в виде субрешеток блоков преобразователей, расположенных выше и/или ниже или впереди и/или сзади них (П 1 Пm) в части 113 а ряда или столбца, аналогично части 132 а линии задержки (скажем, в виде частей последовательно соединенных конец к концу) и со средством 133 а "рандомизированной" маршрутизации. Возвращаясь к низкочастотным средствам без фазовой "рандомизации", отмечаем, что выход 136 из фильтра 135 нижних частот показан с ответвлением, обозначенным позицией 137, для соединения с количеством выходных шин Р 1 Рm части "рандомизированной" маршрутизации,меньшим, чем их есть всего, в частности, с некоторым средним количеством, обозначенным как Рх. В случае аналогичного применения к выходам каждой из всей остальных частей средства "рандомизированной" маршрутизации лишь центральная полоса блоков преобразователей сможет принимать синфазные низкочастотные сигналы по ответвляющейся шине 137,но такая полоса может иметь зауженные концы для придания эффекта кругового "окна", если выходы являющихся внешними частей средства маршрутизации не имеют соединений с ответвляющейся шиной 137. Шина 136 также показана идущей к другому фильтру 138 нижних частот для обеспечения подключения сигналов самых нижних частот на шине 139 ко всем остальным выходам из средства маршрутизации, см. обозначения РО 1 и РО 2 части 133 а, увеличивая таким образом количество блоков преобразователей, возбуждаемых такими самыми низкими частотами, для полной решетки громкоговорителей. Если необходимо, может быть обеспечено больше каскадов фильтрации и больше шагов и/или другие шаги при увеличении количеств блоков преобразователей решетки, возбуждаемых синфазно от минимальной полосы или окна до максимальной, которая может быть меньше, чем полная решетка. Кроме или вместо этого, возможны полосовые фильтры и/или синфазное возбуждение субзональных участков решетки, скажем, для фильтрации на частотах выше нижних или, по меньшей мере, самых нижних, как только что описанные, главным образом - в соответствии с рисунком (рисунками) соединений их выходов с выходами средства маршрутизации. На фиг. 9 также изображена другая имеющая многочисленные отводы линия задержки или часть 141 а линии задержки, получающая энергию через ответвление 142 с выхода 136 фильтра нижних частот и имеющая выходы,упорядоченно подключенные к выходам средства маршрутизации, см. обозначения M1-Mm иP1-Pm для части 133 а, обычно - с такими сдвигами фаз и возбуждением, которые способствуют моделированию выходного звукового сигна 15 ла подобно случаю его получения от натянутой струны или мембраны. Следует признать, что другие дополнительные части линии задержки и/или другие группы выходов отводов могут обслуживать соединения с другими выходами средства маршрутизации каким-либо требуемым или желаемым образом. Кроме того, на фиг. 9 показано другое ответвление 145, идущее от шины 103 сигналов аудиоканала к каждому из многочисленных фильтров 146, по одному на каждый блок преобразователя зон(ы) вплоть до всей решетки, см. выходы фильтров с обозначениями Ф 1-Фm, идущие к соответствующим выходам Р 1-Рm средства маршрутизации; эти фильтры 146 предпочтительно являются рекурсивными фазовыми фильтрами второго порядка вплоть до предварительно определенной частоты, которая может служить частотой разделения каналов для работы только рассеивающих блоков преобразователей и быть разными для каждой их группы, а также служить для получения требуемых эффектов результирующего звука,скажем - для моделирования колебаний бегущей волны следующим образом: На фиг. 9 также изображено дополнительное средство 151 регулирования амплитуды для сигналов на выходах средства маршрутизации,которые не оказывают влияния, пока не введены в действие, для которого предусмотрено несколько режимов, см. выходы 152 из блока 153 спецификаций узлов, показанного со спецификациями для внешних или рамочных областей(153 Ур), легко достижимых с помощью решетки регулируемых усилителей и выбираемых управляющих соединений с ними, по меньшей мере,каким-либо (из требуемых или подходящих) соединений, указанных выше для групп шин с выходами маршрутизации. Один пример полезного другого эффекта (153 Д) реализуется в соответствии с теорией преобразования Фурье и в связи с соответствующим фазированием для получения произвольного (произвольных) отклика (откликов) давления дальнего поля, для которого (которых), конечно, могут потребоваться и быть обеспечены другая линия задержки и/или отводы. Общее выражение для преобразования Фурье для уровня р и фазы о имеет следующий вид: Манипуляции фазированием и амплитудой сигналов являются операциями, легко выполняемыми программно управляемой цифровой обработкой данных в случае цифровых версий сигналов, с большой гибкостью и определенностью, включая реализацию выражений и объединение составных результатов и дополнительное манипулирование ими. Поэтому конкретное 16 достоинство заключается в получении вышеуказанных и дополнительных полезных признаков и эффектов цифровым образом, а не аналоговым образом, представленным на фиг. 8 и 9. Таким образом, обращаясь к фиг. 10, можно отметить,что цифровой процессор 161 данных, который будет включать в себя собственную память и запоминающее устройство для данных и используемого программного материала, показан в схемной связи через средства 162 А, В параллельной шины с памятью 163 большой емкости,содержащей данные и программы, относящиеся к используемым режимам фазового манипулирования, включая те, которые предназначены для рандомизации (163 Ран), построения моделей натянутой мембраны (163 М) и бегущей волны (163 Б), и управляемые в соответствии с преобразованием Фурье (163 Фу), а также амплитудного манипулирования, включая режимы окна и/или участка (163 О/Уч), рамки и/или угла(163 Рам/Уг) и преобразования Фурье (163 Фу), а также для общих и специальных целей управления (163 Упр), включая те, с помощью которых выбирают и реализуют вышеуказанные режимы автоматически в соответствии с установленным программным обеспечением, см. условно показанное штрих-пунктирной линией расширение блока 161 процессора данных и пунктирные линии с двунаправленными стрелками, проходящие через него к имеющим упоминаемое в операциях содержимое блокам памяти 163 и от них. Внешние спецификации различных режимов 163 Фу, 163 Ран, 163 Б, 163 О/Уч, 163 Рам/Уг показаны с помощью соответственно обозначенных буквами и т.д. входов в средства 165 ввода-вывода и условно показанного штрихпунктирной линией расширения процессора 161 данных, хотя (как сделано для шин 162 А, В) можно было бы с успехом использовать одну шину на основе принципа мультиплексирования, который реализуется предпочтительными быстродействующими процессорами данных. Также приведено указание альтернативного ввода для аналоговых и цифровых аудиосигналов, см. источники и каналы 100 А, 101 А 105 А и 100 Ц, 101 Ц-105 Ц, соответственно, идущие к мультиплексорам 171 А, Ц. Выход 172 аналогового мультиплексора показан имеющим ответвление, обозначенное позицией 173, для фильтрации нижних частот в блоке 174 с выдачей результата в шину 175, причем обе шины 172 и 175 идут к каскаду 176 аналого-цифрового преобразования (АЦП), запитывающему параллельные входные шины 177 и 178. Параллельные выходы 101 Ц-105 Ц предполагаются имеющими параллельный выход, по существу, во входную шину 177, хотя они могут быть последовательными и быть преобразованы в параллельные на выходе мультиплексирования. На практике, являются цифровые аудиосигналы последовательными или параллельными это, в основном, вопрос выбора, если процессор 161 17 данных имеет достаточное быстродействие для обслуживания рассматриваемых здесь громкоговорителей решетки для каждого канала из последовательных сигналов. Кроме того, можно предвидеть, что проиллюстрированное мультиплексирование и аналого-цифровое преобразование будут проводиться в средствах 165 вводавывода, вероятно, под управлением микропроцессора, подчиненного процессору 161 данных,т.е. вследствие этого лишь один (или более, как указано выше) фильтр нижних частот подключается внешним образом (и, возможно, даже с целью использования для цифровых аудиосигналов, если преобразование в аналоговую форму в блоке 165 предпочитается эквивалентному манипулированию цифровыми сигналами), или вообще отсутствует, если предпочитается эквивалентное манипулирование цифровыми сигналами, т.е. после такого преобразования, которое необходимо в любом случае. Возвращаясь к обслуживанию каждого из упоминаемых здесь громкоговорителей решетки, например, снова к части, обозначенной позицией 113 а для блоков П 1 - Пm акустических преобразователей со связанными с ними локальными усилителями У 1 - Уm, отметим, что индивидуальные цифро-аналоговые преобразователи ЦАП 1 - ЦАПm также показаны подающими энергию на указанные усилители У 1 Уm. Хотя ответвления Ш 1 - Шm параллельных шин питания показаны идущими от выхода 181 цифровой системы к каждому из цифроаналоговых преобразователей ЦАП 1 - ЦАПm, можно осуществлять последовательную подачу питания в достаточно быстродействующих системах цифровой обработки данных, скажем, имеющих регистры сдвига и регистры-защелки для выдачи, по существу, непрерывных аналоговых сигналов возбуждения для блоков акустических преобразователей за счет преобразования содержимого регистров-защелок между загрузками регистров сдвига. По меньшей мере, вследствие этого и в результате предписанного наличия локальных кондиционирующих усилителей(У 1 - Уm) окончательных сигналов возбуждения, может оказаться предпочтительным и практичным ввести все уместные средства ЦАП и регистров в системный блок 165 ввода-вывода или в связи с этим блоком, т.е. иметь выходы аналоговых сигналов одной шины в локальные усилители блоков преобразователей. Следует отметить, что усилители У 1 - Уm на фиг. 10 показаны как являющиеся усилителями селекторного (Сел) типа, в частности, типа усилителей, действующих по схеме И с двумя входами, для облегчения индивидуальной адресации по рядам и столбцам для определения блоков преобразователей, которые нужно сделать активными, в любой момент или даже на основе мультиплексирования для сигналов различных режимов, если получаемые в результате рабочие циклы достаточно хороши для получе 002176 18 ния удовлетворительного звука. Группы адресных шин рядов (Ряд) и столбцов (Ст) показаны идущими от средства 165 ввода-вывода, включая те, которые нужны конкретно для селекции(выбора) изображенных усилителей У 1 и Уm. На практике можно добиться экономии проводов за счет системы обработки данных и ее средства ввода-вывода, позволяющих получить последовательные двоичные слова, определяющие, скажем, цифра за цифрой и периодически изменяющие ряды и столбцы, адресация которых осуществляется принимающей схемой на носителе громкоговорителя решетки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Излучатель звука, содержащий зонально распределенную решетку многочисленных акустических преобразователей, имеющих индивидуально снабжаемые энергией средства возбуждения, средство для обеспечения сигналов возбуждения со сдвигами фаз, приводящих к излучениям звука со сдвигами фаз из акустических преобразователей, отличающийся тем, что средство для обеспечения сигналов возбуждения выполняет наложение на указанные сигналы возбуждения распределения фазирования по зоне решетки, которому придан случайный характер для достижения рассеянного полного звукового излучения. 2. Излучатель звука по п.1, отличающийся тем, что средство для обеспечения сигналов возбуждения выполняет наложения указанных сигналов возбуждения со сдвигами фаз к указанным средствам возбуждения с распределением фазирования, которое не упорядочено по зоне решетки, для достижения излучения некогерентного звука. 3. Излучатель звука по п.1 или 2, отличающийся тем, что средство для обеспечения сигналов возбуждения выполняет наложения различного фазирования, по существу, на одинаковое частотное содержимое входного сигнала. 4. Излучатель звука по любому из пп.1-3,отличающийся тем, что сдвиги фаз, о которых идет речь, отличаются от целочисленных дольных единиц или делителей 180. 5. Излучатель звука по любому из пп.1-4,отличающийся тем, что сдвиги фаз, о которых идет речь, имеют уникальное соответствие вплоть до однозначного с преобразователями,соответственно. 6. Излучатель звука по любому из пп.1-5,отличающийся тем, что средство для обеспечения сигналов возбуждения выполняет вышеуказанное для содержимого акустических частот выше нижних частот, для которых средство для обеспечения сигналов возбуждения дополнительно выполняет создание синфазных звуковых излучений, по меньшей мере, от некоторых акустических преобразователей. 19 7. Излучатель звука по п.6, отличающийся тем, что указанные некоторые акустические преобразователи находятся в субзоне (субзонах) решетки. 8. Излучатель звука по п.6 или 7, отличающийся тем, что указанные некоторые акустические преобразователи находятся, по существу, в центре решетки. 9. Излучатель звука по любому из пп.6-8,отличающийся тем, что количество указанных,по меньшей мере, некоторых акустических преобразователей тем больше и размер соответствующей субзоны (соответствующих субзон) решетки тем больше, чем ниже имеющие отношение акустические частоты. 10. Излучатель звука по любому из пп.6-9,отличающийся тем, что средство для обеспечения сигналов возбуждения имеет связанное с ним средство фильтра для указанного акустического содержимого нижних частот входного сигнала или его полос. 11. Излучатель звука по любому из пп.110, отличающийся тем, что указанная решетка имеет, по меньшей мере, 20 указанных акустических преобразователей. 12. Излучатель звука по любому из пп.111, отличающийся тем, что указанная решетка 20 имеет до 750 или более указанных акустических преобразователей. 13. Излучатель звука по любому из пп.112, отличающийся тем, что указанные акустические преобразователи являются преобразователями поршневого действия. 14. Излучатель звука по любому из пп.113, отличающийся тем, что указанные акустические преобразователи являются преобразователями с диффузорным возбуждением. 15. Излучатель звука по любому из пп.112, отличающийся тем, что указанные акустические преобразователи являются электростатическими преобразователями. 16. Излучатель звука по любому из пп.112, отличающийся тем, что указанные акустические преобразователи являются пьезоэлектрическими преобразователями. 17. Излучатель звука по любому из пп.112, отличающийся тем, что указанные акустические преобразователи являются электромеханическими пленочными преобразователями. 18. Излучатель звука по любому из пп.117, отличающийся тем, что указанные акустические преобразователи имеют соответствующее средство носителя, общее для всех их групп.
МПК / Метки
МПК: H04R 1/40
Метки: устройства, звукоизлучающие, системы
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/13-2176-zvukoizluchayushhie-ustrojjstva-i-ili-sistemy.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Звукоизлучающие устройства и/или системы</a>
Предыдущий патент: Система опознавательных карточек
Следующий патент: Композиция для подавления симптомов абстиненции и тяги к алкоголю у алкоголиков и профилактики злоупотребления алкоголем у здоровых людей
Случайный патент: Система и способ превращения отходов жизнедеятельности человека в сухой порошок