HU231579B1 - Second-order gradient loudspeaker, second-order gradient line array and surface array formed therefrom, and second-order gradient loudspeaker system - Google Patents
Second-order gradient loudspeaker, second-order gradient line array and surface array formed therefrom, and second-order gradient loudspeaker system Download PDFInfo
- Publication number
- HU231579B1 HU231579B1 HUP1900369A HUP1900369A HU231579B1 HU 231579 B1 HU231579 B1 HU 231579B1 HU P1900369 A HUP1900369 A HU P1900369A HU P1900369 A HUP1900369 A HU P1900369A HU 231579 B1 HU231579 B1 HU 231579B1
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- order
- gradient
- loudspeaker
- passive
- acoustic
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
- H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
- H04R1/403—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers loud-speakers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
- H04R3/12—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only
- H04R1/28—Transducer mountings or enclosures modified by provision of mechanical or acoustic impedances, e.g. resonator, damping means
- H04R1/2807—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements
- H04R1/2815—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements of the bass reflex type
- H04R1/2819—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements of the bass reflex type for loudspeaker transducers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only
- H04R1/28—Transducer mountings or enclosures modified by provision of mechanical or acoustic impedances, e.g. resonator, damping means
- H04R1/2869—Reduction of undesired resonances, i.e. standing waves within enclosure, or of undesired vibrations, i.e. of the enclosure itself
- H04R1/2876—Reduction of undesired resonances, i.e. standing waves within enclosure, or of undesired vibrations, i.e. of the enclosure itself by means of damping material, e.g. as cladding
- H04R1/288—Reduction of undesired resonances, i.e. standing waves within enclosure, or of undesired vibrations, i.e. of the enclosure itself by means of damping material, e.g. as cladding for loudspeaker transducers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R27/00—Public address systems
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
- Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
Description
180°180°
128669-17035B SZT128669-17035B SZT
Másodrendű gradiens hangsugárzó, valamint ilyenből kialakított MÁSODRENDŰ GRADIENS VONALSUGÁRZÓ ÉS FELÜLETSUGÁRZÓ, TOVÁBBÁ MÁSODRENDŰ GRADIENS HANGSUGÁRZÓ RENDSZERSecond-order gradient loudspeaker, and SECOND-ORDER GRADIENT LINEAR RADIATOR AND SURFACE RADIATOR formed therefrom, ALSO SECOND-ORDER GRADIENT SOUND RADIATOR SYSTEM
A találmány tárgya másodrendű gradiens hangsugárzó, amely legalább két elsőrendű passzív gradiens - pl. kardioid - hangsugárzót tartalmaz, a két elsőrendű gradiens hangsugárzó egymástól adott távolságban, lényegében egymás mögött van elhelyezve, továbbá a két elsőrendű gradiens hangsugárzó között adott szélességű rés van, melynek térfogata Ck akusztikai kapacitást képez. A találmány tárgya továbbá az ilyen másodrendű gradiens hangsugárzókból kialakított másodrendű gradiens vonalsugárzó és felületsugárzó, illetve az ilyen másodrendű gradiens hangsugárzó és teljesítményerősítő kombinációjaként nyert másodrendű gradiens hangsugárzó rendszer is.The invention relates to a second-order gradient loudspeaker, which comprises at least two first-order passive gradient - e.g. cardioid - loudspeakers, the two first-order gradient loudspeakers being arranged at a given distance from each other, essentially behind each other, and furthermore, there is a gap of a given width between the two first-order gradient loudspeakers, the volume of which constitutes an acoustic capacitance Ck. The invention also relates to a second-order gradient line radiator and surface radiator formed from such second-order gradient loudspeakers, and to a second-order gradient loudspeaker system obtained as a combination of such second-order gradient loudspeakers and a power amplifier.
Itt és a továbbiakban a „hangszóró” megnevezés alatt olyan egyedülálló, azaz kiegészítő tag nélküli elektroakusztikai átalakítót értünk, amely az elektromos energiát akusztikai energiává alakítja, azaz a levegőben hanghullámokat kelt. A „hangsugárzó” megnevezést egy/vagy több hangszórónak egy/vagy több hangsugárzást javító, illetve módosító, mechanikai és/vagy akusztikai és/vagy elektromos elemmel (pl. hangdobozzal, tölcsérrel, hangvezetővel, elektronikus elemekkel stb.) való összeépítésével nyert eszközre használjuk.Here and hereinafter, the term “loudspeaker” refers to a single electroacoustic transducer, i.e. one without additional elements, which converts electrical energy into acoustic energy, i.e. generates sound waves in the air. The term “loudspeaker” is used for a device obtained by assembling one or more loudspeakers with one or more mechanical and/or acoustic and/or electrical elements (e.g. sound box, horn, sound guide, electronic elements, etc.) that improve or modify sound radiation.
Nagy utózengésű terek, jellemzően pályaudvarok, nagy térfogatú csarnokok, sportlétesítmények (uszodák, sportcsarnokok), közúti, vasúti alagutak, repterek stb. hangosítása során komoly kihívást jelent a megfelelő beszédérthetőség biztosítása. Az itt tartózkodók tájékoztatása létfontosságú, azonban csak olyan hangosbemondó rendszer segítségével tehető meg, amely képes megfelelő beszédérthetőséget produkálni. A beszédérthetőség kiemelt jelentőséggel bír veszélyhelyzetek esetén, ahol az információ hatékony eljuttatásának gyakran egyedüli módja a bemondás. Szabadtéren hasonlóképpen fontos a kellő irányítottság biztosítása a környezet zajterhelésének minimalizálása érdekében. Annak érdekében, hogy az információközlés érthetően történjen meg ezekben a szituációkban és helyszíneken, a hangsugárzó rendszerek ún. irányítottságának növelése szükséges. Zenei hangosításkor sem közömbös a visszhangosság, különösen akkor kellemetlen, ha a zenei anyag énekhangot és sok mélyhangot tartalmaz. A mélyhangok visszaverődése kifejezetten kellemetlen szubjektív hatásokat okozhat.Ensuring adequate speech intelligibility is a serious challenge when sounding spaces with high reverberation, typically train stations, large-volume halls, sports facilities (swimming pools, sports halls), road and railway tunnels, airports, etc. Informing those present is vital, but this can only be done with the help of a public address system that is capable of producing adequate speech intelligibility. Speech intelligibility is of particular importance in emergency situations, where announcements are often the only way to effectively convey information. In open spaces, it is similarly important to ensure sufficient directionality in order to minimize environmental noise pollution. In order for information to be communicated intelligibly in these situations and locations, it is necessary to increase the so-called directionality of loudspeaker systems. Echo is also a major issue when it comes to music sound reinforcement, especially if the music contains vocals and a lot of bass. Bass reflections can cause particularly unpleasant subjective effects.
GOGO
- 2 A beszédérthetőséget ma már számszerűen mérjük, 0-1 közötti mérőszámát az ún. STI (Speech Transmission Index) szolgáltatja [ld. IEC 60268-16:2011 Sound system equipment - Part 16: Objective rating of speech intelligibility by speech transmission index]. Az STI értéke összefügg az ún. kritikus távolsággal, más néven Hall rádiusszal. Általában a kritikus távolságon belül megfelelő a beszédérthetőség. Egy visszhangos teremben a kritikus távolság négyzete egyenesen arányos a hangsugárzó Q irányítási tényezőjével és fordítottan arányos a terem utózengési idejével [ld. K.B.Ginn: Application of B&K Equipment to Room Acoustics; 1978, Bruel, Naerum Offset, p.29 és H.Kuttruff: Room Acoustics 1979, Applied Sience Publishers LTD, London, X.2]. Következésképen a jó beszédérthetőséghez annál nagyobb Q irányítási tényezőjű hangsugárzót kell használni, minél nagyobb az adott terem utózengési ideje.- 2 Speech intelligibility is now measured numerically, with a value between 0 and 1 provided by the so-called STI (Speech Transmission Index) [see IEC 60268-16:2011 Sound system equipment - Part 16: Objective rating of speech intelligibility by speech transmission index]. The value of the STI is related to the so-called critical distance, also known as the Hall radius. Generally, speech intelligibility is adequate within the critical distance. In a reverberant room, the square of the critical distance is directly proportional to the loudspeaker control factor Q and inversely proportional to the reverberation time of the room [see K.B.Ginn: Application of B&K Equipment to Room Acoustics; 1978, Bruel, Naerum Offset, p.29 and H.Kuttruff: Room Acoustics 1979, Applied Science Publishers LTD, London, X.2]. Consequently, for good speech intelligibility, a loudspeaker with a higher Q control factor should be used, the longer the reverberation time of the given room.
Egy szokásos hangsugárzó irányjelleggörbéje kisfrekvencián mind horizontális, mind vertikális irányban közel kör alakú, ezért irányítási tényezőjére Q ~ 1 áll fenn [ld. L.L.Beranek: Acoustics. 1986 Edition, Cambridge, USA, 111.,114. oldalak]. Visszhangos, azaz 4-10 másodperc utózengésű termekben ezek gyakorlatilag használhatatlanok hangosítási feladatokhoz. Ennek oka az, hogy a hangsugárzó direkthangja már néhány méteres távolságban annyira lecsökken a visszhangot reprezentáló úgynevezett diffúzhanghoz képest, hogy az információt hordozó direkthangot a diffúzhang elnyomja, ezért a beszéd csak hallható, de nem érthető. Amint az ismert, a beszédérthetőség úgy növelhető, hogy a teremben működő hangsugárzók Q irányítási tényezőjét növelik, vagy úgy, hogy a terembe hangelnyelőket építenek be, ezáltal csökkentve az utózengési időt. Ez utóbbi azonban költséges eljárás, és a műemlék épületekben, templomokban nem megvalósítható.The directivity curve of a standard loudspeaker is nearly circular at low frequencies in both the horizontal and vertical directions, so its directivity factor Q ~ 1 exists [see L.L.Beranek: Acoustics. 1986 Edition, Cambridge, USA, pages 111,114]. In reverberant rooms, i.e. with a reverberation time of 4-10 seconds, they are practically useless for sound reinforcement tasks. The reason for this is that the direct sound of the loudspeaker is reduced so much at a distance of a few meters compared to the so-called diffuse sound representing the reverberation that the direct sound carrying the information is suppressed by the diffuse sound, therefore the speech can only be heard but not understood. As is known, speech intelligibility can be increased by increasing the directivity factor Q of the loudspeakers operating in the room, or by installing sound absorbers in the room, thereby reducing the reverberation time. However, the latter is a costly procedure and cannot be implemented in historic buildings and churches.
A Q irányítási tényező növelésének egyik módja elsőrendű gradiens hangsugárzó alkalmazása.One way to increase the Q control factor is to use a first-order gradient loudspeaker.
A „gradiens” kifejezés alatt a fizikában használatos nyomásgradiens kifejezést értjük. Az ideális, elvi gradiens irányjelleggörbék általános alakja az (1+ a cos Θ) / (1+ a) alakban írható fel, ahol a a gradiens irányjelleggörbe típusát határozza meg a kardioidtól (a =1) a „8” alakúig (kétirányú, „bidirectional”) (a—>») terjedően [ld. L.L.Beranek: Acoustics. 1986 Edition, Cambridge, USA, 181. oldal], míg Θ a gradiens hangsugárzó tengelyének a sugárzási iránnyal bezárt szöge. A gradiens képzés történhet aktív vagy passzív elektronikus elemekkel vagy passzívThe term “gradient” is used in physics to refer to the pressure gradient. The general form of ideal, theoretical gradient polar patterns can be written as (1+ a cos Θ) / (1+ a), where a defines the type of gradient polar pattern, ranging from cardioid (a = 1) to “8” (bidirectional) (a—>») [see L.L. Beranek: Acoustics. 1986 Edition, Cambridge, USA, p. 181], while Θ is the angle between the gradient speaker axis and the radiation direction. The gradient can be generated by active or passive electronic elements or by passive
GOGO
- 3 akusztikai elemekkel. Ennek megfelelően, itt és a továbbiakban az elektronikus elemek esetében aktív gradiens képzésről és aktív gradiens hangsugárzóról, vagy a passzív akusztikai elemek esetén passzív gradiens képzésről és passzív gradiens hangsugárzóról beszélünk, összhangban a szakmában elfogadott terminológiával.- 3 acoustic elements. Accordingly, here and hereinafter we will speak of active gradient formation and active gradient loudspeaker in the case of electronic elements, or passive gradient formation and passive gradient loudspeaker in the case of passive acoustic elements, in accordance with the terminology accepted in the art.
Amint az a szakirodalomból ismert, a gradiens képzés jellemzőit gyakran a frekvencia függvényében vizsgálják. Ennek megfelelően, valamint itt és a továbbiakban az ’f frekvencia változót a (kd) változó képezi, amely változó aAs is known from the literature, the characteristics of gradient formation are often examined as a function of frequency. Accordingly, here and in the following, the frequency variable ‘f’ is represented by the variable (kd), which is a variable in the
2nfd (kd) = k · d =---c összefüggés szerint arányos a frekvenciával; itt k a hullámszám, k = ^j- f a frekvencia, c a levegőben mért hangsebesség és d egy referenciatávolság, esetünkben pl. két hangkapu távolsága.It is proportional to the frequency according to the relationship 2nfd (kd) = k · d =---c; here k is the wavenumber, k = ^j- f is the frequency, c is the speed of sound in air, and d is a reference distance, in our case e.g. the distance between two sound gates.
A gradiens módszer - bár alkalmazása frekvenciamenet és irányjelleggörbe problémák miatt korlátozott - mind a horizontális, mind a vertikális irányítottságot növeli, és mindkét síkban kardioid, hiperkardioid, vagy „8” alakú irányjelleggörbét biztosít (Q = 3 - 4 közötti maximális érték mellett). A gyakorlatban a problémák és nehézségek egyszerűsítése érdekében a gradiens képzéshez elektronikus elemeket, azaz aktív fázisforgatót alkalmaznak, ami azt jelenti, hogy az elsőrendű gradiens képzést két hangszóróval, két erősítővel és aktív jelformáló áramkörökkel valósítják meg [ld. pl. a Nexo SA cég Geo D System, illetve a Duran Audio BV. cég Axys és mélynyomó vagy mélyhang-sugárzó (subwoofer) gyártmányprospektusait]. Itt és a továbbiakban egy ilyen elrendezésre aktív elsőrendű gradiens hangsugárzóként fogunk utalni.The gradient method - although limited in its application due to frequency response and directional characteristics - increases both horizontal and vertical directivity and provides cardioid, hypercardioid or “8” shaped directional characteristics in both planes (with a maximum value of Q = 3 - 4). In practice, in order to simplify the problems and difficulties, electronic elements, i.e. active phase shifters, are used for gradient formation, which means that the first-order gradient formation is implemented with two loudspeakers, two amplifiers and active signal shaping circuits [see e.g. the Geo D System of Nexo SA and the Axys and subwoofer product brochures of Duran Audio BV]. Here and further on, such an arrangement will be referred to as an active first-order gradient loudspeaker.
A Q irányítási tényező növelésének másik módja az ún. vonalsugárzók alkalmazása. Ez a horizontális irányítottságot ugyan nem változtatja meg, de a vertikális irányítottság a vonalsugárzó hosszúságától függően növelhető.Another way to increase the directivity factor Q is to use so-called line radiators. This does not change the horizontal directivity, but the vertical directivity can be increased depending on the length of the line radiator.
A P1200426 a.sz. közzétett magyar szabadalmi bejelentésből elsőrendű passzív hiperkardioid vonal- és felületsugárzó ismerhető meg, elsősorban nagy terek jó beszédérthetőség biztosításával történő hangosítására. A megoldás értelmében az elsőrendű passzív kardioid hangsugárzókat új, optimális módon a hangsugárzóház méreteinek a hatását számba véve alakítják ki, majd egymás felett, vonalban rendezik el. A bemutatott megoldás célja az érthetőség fokozásához aA first-order passive hypercardioid line and surface loudspeaker can be found in the Hungarian patent application P1200426 a.sz., published, primarily for the sound reinforcement of large spaces with good speech intelligibility. According to the solution, the first-order passive cardioid loudspeakers are designed in a new, optimal way, taking into account the effect of the dimensions of the loudspeaker housing, and are then arranged in a line above each other. The purpose of the presented solution is to increase the intelligibility by
GOGO
-4hangsugárzás vertikális nyaláboltságának javítása, amivel a visszhangos, nagy utózengésű terek esetén a beszédérthetőség romlásáért elsősorban felelős diffúz, másodlagos hangteijedés csökkenése érhető el. A tekintett megoldásnál az irányhatás további fokozása érdekében a bemutatott vonal sugárzókkal felületsugárzó kialakítását javasolják.-4Improving the vertical beamwidth of sound radiation, which reduces diffuse, secondary sound propagation, which is primarily responsible for the deterioration of speech intelligibility in reverberant, high reverberation spaces. In the considered solution, it is recommended to design a surface radiator with the presented line radiators in order to further enhance the directivity.
Az US 2010/0220871 A1 sz. USA-beli szabadalmi bejelentésből olyan hangsugárzó ismerhető meg, amelyben egymástól „L” nagyságú térközzel elválasztott két hangsugárzó van egymás mellett elrendezve. A hangsugárzók szokványos zárt dobozos kialakítású hangsugárzók, vagyis azok nem gradiens típusúak. A hangsugárzók közös forrásról vannak meghajtva olyan módon, hogy a hangszórók kapcsaira érkező meghajtójelek fázishelyzete eltérő. A fáziskülönbség 1000 Hz körüli sávban ±90°, amiről a meghajtójel útjában elhelyezett szűrők gondoskodnak A fáziskülönbség viszonylag széles sávban lényegében állandó, előállításáról egy a meghajtójel útjában elhelyezett szűrő (ún. mindentáteresztő szűrő) gondoskodik. Az akusztikai és a villamos úton keltett időkésleltetés, illetve ezek különbsége, az eredő akusztikai sugárzási karakterisztikát befolyásolja. Ezeket megfelelően kombinálva a horizontális és/vagy a vertikális irányítottságjavítható.US 2010/0220871 A1 discloses a loudspeaker in which two loudspeakers separated by a space of “L” are arranged side by side. The loudspeakers are conventional closed-box loudspeakers, i.e. they are not of the gradient type. The loudspeakers are driven from a common source in such a way that the phase position of the drive signals arriving at the loudspeaker terminals is different. The phase difference is ±90° in the band around 1000 Hz, which is ensured by filters placed in the path of the drive signal. The phase difference is essentially constant in a relatively wide band, and is produced by a filter placed in the path of the drive signal (so-called all-pass filter). The time delay created by the acoustic and electrical paths, and the difference between them, affects the resulting acoustic radiation characteristic. By combining these appropriately, horizontal and/or vertical directivity can be improved.
A HU-220,406 B szabadalmi irat, a legközelebbi technika állását kijelölő dokumentumként, erősen irányított hangsugárzót tárgyal, melynek egyik kiviteli alakja egymás mögött, adott távolságban elrendezett két elsőrendű passzív kardioid hangsugárzót tartalmaz. A két hangsugárzó a j elforráshoz egymáshoz képest ellenfázisban és közvetlenül van csatlakoztatva. Egy másik kiviteli alak esetében az elülső elsőrendű passzív kardioid hangsugárzó passzív módon, közvetlenül van a jelforráshoz csatlakoztatva , míg a hátulsó passzív elsőrendű kardioid hangsugárzó késleltetőegységen keresztül ellenfázisban van a jelforrásra kapcsolva Az akusztikai elrendezés és a megtáplálás ilyen megválasztása következtében viszonylag széles frekvenciasávban erős nyalábolás (másodfokú hiperkardioid iránykarakterisztika) jelentkezik. Az irányhatás hangoszlopba szervezéssel tovább javítható.The patent document HU-220,406 B, as a document designating the closest prior art, discusses a highly directional loudspeaker, one embodiment of which comprises two first-order passive cardioid loudspeakers arranged one behind the other at a given distance. The two loudspeakers are connected directly to the source in antiphase with respect to each other. In another embodiment, the front first-order passive cardioid loudspeaker is connected directly to the signal source in a passive manner, while the rear first-order passive cardioid loudspeaker is connected in antiphase to the signal source via a delay unit. As a result of this choice of acoustic arrangement and supply, a strong beam (second-order hypercardioid directional characteristic) occurs in a relatively wide frequency band. The directional effect can be further improved by organizing it into a sound column.
A fentiek fényében a találmánnyal célunk hangsugárzók irányítottságának mind a horizontális, mind a vertikális síkbeli fokozása. Ehhez a másodrendű gradiens alapelvet találtuk a legmegfelelőbbnek, ami kétszeres gradiens képzéssel valósítható meg. A másodrendű gradiens hangsugárzók mind a horizontális, mind a vertikális síkban megnövelik az irányítottságot, továbbá coIn light of the above, our aim with the invention is to increase the directivity of loudspeakers in both the horizontal and vertical planes. For this, we found the second-order gradient principle to be the most suitable, which can be achieved by forming a double gradient. Second-order gradient loudspeakers increase directivity in both the horizontal and vertical planes, and also co
- 5 mindkét síkban másodrendű kardioid, hiperkardioid vagy „8” irányjelleggörbét biztosítanak (a Q irányítási tényező 5 - 8 közötti maximális értéke mellett).- 5 provide second-order cardioid, hypercardioid or “8” polar patterns in both planes (with a maximum Q factor of 5 - 8).
Ennek fényében a találmánnyal célunk, hogy a gradiens alapelv alkalmazási problémáit kiküszöböljük vagy legalábbis enyhítsük úgy, hogy az ennek felhasználásával megalkotásra kerülő hangsugárzó lehetőleg egyszerű felépítésű maradjon. A találmánnyal további célunk, hogy másodrendű gradiens hangsugárzókkal vonalsugárzót, illetve felületsugárzót alakítsunk ki, ezáltal tovább növelve a hangsugárzó Q irányítási tényezőjét a közép- és kisfrekvencián, ami jelen esetben általában 2000 Hz alatti frekvenciákat jelent. Ehhez meghatározott geometriai és akusztikai feltételek kielégítése szükséges.In light of this, our aim with the invention is to eliminate or at least alleviate the application problems of the gradient principle so that the loudspeaker created using it remains as simple in structure as possible. Our further aim with the invention is to create a line or surface loudspeaker with second-order gradient loudspeakers, thereby further increasing the Q control factor of the loudspeaker at medium and low frequencies, which in this case generally means frequencies below 2000 Hz. This requires the satisfaction of specific geometric and acoustic conditions.
A másodrendű gradiens elv a kétszeres gradiens képzés miatt fokozza az elsőrendű gradiens hangsugárzók alkalmazásának nehézségeit. Ezek közül a legkellemetlenebb jelenség, hogy magasabb frekvenciák felé haladva pl. a kardioid irányjelleggörbe jelentősen eltorzul, illetve a frekvenciamenet kisfrekvenciák felé erősen, lényegében 12 dB/oktáv meredekséggel esik, ami egy szűk átviteli sávot eredményez [ld. pl. H.F.Olson: Gradient Loudspeakers, JAES Vol. 21., 1973. Marz. 83-93]. A gyakorlatban a problémák és nehézségek egyszerűsítése érdekében mindkét gradiens képzéshez elektronikus, azaz aktív fázisforgatót alkalmaznak, ami azt jelenti, hogy az ismert másodrendű gradiens hangsugárzók aktív elsőrendű gradiens hangsugárzókat tartalmaznak. Vagyis négy hangszórót, négy erősítőt és aktív áramköröket használnak. A szükségszerűen egymás közelében elhelyezett legalább négy hangszóró egymással kölcsönhatásba lép, működésüket jelentősen zavarja az egymásnak okozott diffrakciós hangvisszaverődés és/vagy a közöttük kialakuló legalább három szűk, közel zárt tér/térrész (üreg) hatása. Továbbá, egy ilyen megoldás az előzőek miatt költséges.The second-order gradient principle increases the difficulties of using first-order gradient loudspeakers due to the double gradient formation. The most unpleasant phenomenon of these is that when moving towards higher frequencies, for example, the cardioid directivity curve is significantly distorted, and the frequency response drops sharply towards low frequencies, with a slope of essentially 12 dB/octave, which results in a narrow transmission band [see, for example, H.F. Olson: Gradient Loudspeakers, JAES Vol. 21., 1973. Marz. 83-93]. In practice, in order to simplify the problems and difficulties, electronic, i.e. active phase shifters are used for both gradient formations, which means that the known second-order gradient loudspeakers contain active first-order gradient loudspeakers. That is, four loudspeakers, four amplifiers and active circuits are used. The four or more loudspeakers, which are necessarily placed close to each other, interact with each other, and their operation is significantly disturbed by the diffraction sound reflection caused by each other and/or the effect of at least three narrow, nearly closed spaces/space parts (cavities) formed between them. Furthermore, such a solution is expensive due to the above.
A találmány több felismerésen alapul. Amennyiben az elsőfokú gradiens képzést passzív akusztikai elemekkel, passzív akusztikai fázisforgatóval valósítjuk meg, a másodfokú gradiens hangsugárzó megvalósítása egyszerűbbé és így kevésbé költségessé válik, hiszen ilyen módon csupán két hangszórót és legfeljebb két erősítőt kell alkalmaznunk. Egy ilyen kialakítás esetében tehát kevesebb hangszóró van jelen, így kevesebb közöttük a hátrányos kölcsönhatás, minek eredményeként csupán egyetlen szűk, közel zárt tér (azaz CKakusztikai kapacitást képező üreg) és/vagy egyetlen diffrakció okozta kölcsönhatás problémáját kell megoldani/kezelni. Ez a kölThe invention is based on several findings. If the first-order gradient formation is implemented with passive acoustic elements and a passive acoustic phase shifter, the implementation of the second-order gradient loudspeaker becomes simpler and thus less expensive, since in this way only two loudspeakers and at most two amplifiers need to be used. In the case of such a design, therefore, fewer loudspeakers are present, so there is less adverse interaction between them, as a result of which only one narrow, nearly closed space (i.e. a cavity forming an acoustic capacitance) and/or one diffraction-induced interaction problem needs to be solved/handled. This cost
GOGO
- 6 csönhatás ugyanis tovább szűkíti az átviteli sávot és ilyen módon hátrányos. Vizsgálataink során felismertük, hogyan lehetséges ezen káros kölcsönhatást előnyösre fordítani, és ezáltal az átviteli sávot bővíteni. Ez különösen fontos felismerés, mivel a gradiens képzés, különösen a másodrendű gradiens képzés, csupán szűk átviteli sávban használható. Felismertük továbbá, hogy amennyiben a második gradiens képzésben szükséges késleltetési időt növekvő frekvenciákon csökkentjük, akkor ezzel növelhető az átviteli sáv szélessége.- 6 The effect further narrows the transmission band and is thus detrimental. During our investigations, we have recognized how it is possible to turn this detrimental interaction into a beneficial one and thereby expand the transmission band. This is a particularly important realization, since gradient formation, especially second-order gradient formation, can only be used in a narrow transmission band. We have also recognized that if the delay time required in the second gradient formation is reduced at increasing frequencies, the width of the transmission band can be increased.
A találmány elé kitűzött célokat egy az 1. igénypont szerinti másodrendű gradiens hangsugárzóval értük el. A találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzó lehetséges további előnyös példakénti kiviteli alakjait a 2-16. igénypontok határozzák meg. A találmány hasznosításának előnyös lehetőségét jelenti egy a 17. vagy a 18. igénypont szerinti másodrendű gradiens hangsugárzó rendszer, továbbá egy a 19. igénypont szerinti másodrendű gradiens vonalsugárzó és egy a 20. igénypont szerinti másodrendű gradiens felületsugárzó.The objects of the invention are achieved by a second-order gradient loudspeaker according to claim 1. Possible further preferred exemplary embodiments of the second-order gradient loudspeaker according to the invention are defined in claims 2-16. A preferred option for utilizing the invention is a second-order gradient loudspeaker system according to claim 17 or 18, a second-order gradient line radiator according to claim 19 and a second-order gradient surface radiator according to claim 20.
A találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzó legfontosabb előnye abban van, hogy Q irányítási tényezője az 30-1000 Hz frekvenciatartomány bármely frekvenciáján jelentősen meghaladja a szokványos hangsugárzók, továbbá a szokványos vonal- és felületsugárzók Q irányítási tényezőjét. Ezáltal - különösen visszhangos termekben - a beszédérthetőség javul, j elentősen megnő továbbá az a terület, ahol j ól érthető a hangosított beszéd. A találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzó Q irányítási tényezője éppen abban a 30-1000 Hz frekvenciasávban nagy, ahol a terem általában a legnagyobb utózengési idővel rendelkezik és így a megnövelt irányítási tényezőre a legnagyobb szükség van. Külső tereken a találmány szerinti hangsugárzók fokozott irányítottsága a környezet hang-, azaz zajszennyezését csökkenti. A találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzó egy további előnye, hogy relatív kis költségigénnyel állítható elő.The most important advantage of the second-order gradient loudspeaker according to the invention is that its directivity Q factor at any frequency in the 30-1000 Hz frequency range significantly exceeds the directivity Q factor of conventional loudspeakers, as well as conventional line and surface loudspeakers. This improves speech intelligibility - especially in reverberant rooms - and significantly increases the area from which the voiced speech can be heard. The directivity Q factor of the second-order gradient loudspeaker according to the invention is high precisely in the 30-1000 Hz frequency band, where the room generally has the longest reverberation time and thus the increased directivity factor is most needed. In outdoor spaces, the increased directivity of the loudspeakers according to the invention reduces the sound, i.e. noise pollution of the environment. Another advantage of the second-order gradient loudspeaker according to the invention is that it can be produced at a relatively low cost.
Speciálisan, a találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzók megvalósításához felhasznált két elsőrendű passzív gradiens hangsugárzó mindegyikének kardioid irányjelleggörbéje van, továbbá a τ késleltetési időSpecifically, the two first-order passive gradient loudspeakers used to implement the second-order gradient loudspeakers of the invention each have a cardioid polar pattern, and the delay time τ
- lényegében d/c nagyságú, azaz a másodrendű gradiens hangsugárzó irányjelleggörbéje másodrendű kardioid, vagy- essentially d/c in magnitude, i.e. the polar pattern of a second-order gradient loudspeaker is second-order cardioid, or
- zérus értékű, azaz a másodrendű gradiens hangsugárzó irányjelleggörbéje a legerősebben irányított másodrendű hiperkardioid, Q=8 maximális irányítási tényezővel,- the polar pattern of the second-order gradient loudspeaker is the most strongly directed second-order hypercardioid, with a maximum directivity factor of Q=8,
- 7 ahol d az egymás mögött elrendezett két elsőrendű gradiens hangsugárzó távolságát, c pedig a levegőben adott hőmérsékleten mért hangsebesség nagyságát jelöli.- 7 where d is the distance between two first-order gradient loudspeakers arranged one behind the other, and c is the speed of sound measured in air at a given temperature.
A következőkben a találmány tárgyát képező másodrendű gradiens (pl. másodrendű kardioid) hangsugárzó néhány kiviteli alakját, illetve felhasználási körét mutatjuk be példaképpen, illetve ennek működését és tulajdonságait a csatolt rajz alapján ismertetjük részletesebben, ahol azIn the following, we present some embodiments and applications of the second-order gradient (e.g. second-order cardioid) loudspeaker that is the subject of the invention, as examples, and we describe its operation and properties in more detail based on the attached drawing, where the
- 1. ábra egy ismert elsőrendű kardioid hangsugárzót ábrázol; a- Figure 1 shows a known first-order cardioid loudspeaker; the
- 2. ábra az 1. ábra szerinti elsőrendű kardioid hangsugárzó villamos helyettesítő képét mutatja; a- Figure 2 shows the electrical equivalent of the first-order cardioid loudspeaker of Figure 1;
- 3. ábra egy kardioid jelleggörbét biztosító elsőrendű (azaz egyszeres) gradiens képzés Ai(kd,O) átviteli függvényét, azaz frekvenciamenetét ábrázolja különböző Θ szögek mellett; a - 4. ábra egy kardioid jelleggörbét biztosító elsőrendű (azaz egyszeres) gradiens képzés irányjelleggörbe sorozatát mutatja; az- Figure 3 shows the transfer function, i.e. the frequency response, of a first-order (i.e. single) gradient formation providing a cardioid characteristic curve Ai(kd,O) at different angles Θ; - Figure 4 shows a series of directional characteristic curves of a first-order (i.e. single) gradient formation providing a cardioid characteristic curve;
- 5. ábra egy kardioid jelleggörbét biztosító gradiens képzés Q irányítási tényezőjét mutatja (kd) függvényében, azaz a Q irányítási tényező frekvenciafüggését ábrázolja; a- Figure 5 shows the Q control factor of a gradient formation providing a cardioid characteristic curve as a function of (kd), i.e. it depicts the frequency dependence of the Q control factor;
- 6. ábra egy a találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzó keresztmetszetét és oldalnézetét mutatja; a- Figure 6 shows a cross-section and side view of a second-order gradient loudspeaker according to the invention;
- 7. ábra egy másodrendű kardioid jelleggörbe diffrakció miatt eltorzult irányjelleggörbéjét mutatja; a- Figure 7 shows the directional characteristic curve of a second-order cardioid characteristic curve distorted due to diffraction;
- 8. ábra egy a találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzó rendszer másodrendű gradiens hangsugárzóval, teljesítményerősítővel és passzív szűrőkkel megvalósított kiviteli alakjának blokksémáját ábrázolja; a- Figure 8 shows a block diagram of an embodiment of a second-order gradient loudspeaker system according to the invention, implemented with a second-order gradient loudspeaker, a power amplifier and passive filters;
- 9. ábra egy a találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzó rendszer másodrendű gradiens hangsugárzóval, teljesítményerősítőkkel és aktív szűrőkkel megvalósított kiviteli alakjának blokksémáját ábrázolja; a- Figure 9 shows a block diagram of an embodiment of a second-order gradient loudspeaker system according to the invention, implemented with a second-order gradient loudspeaker, power amplifiers and active filters;
- 10. ábra egy másodrendű gradiens vonalsugárzót ábrázol, amely a találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzók egymás fölé helyezésével van kialakítva; és a- Figure 10 shows a second-order gradient line array formed by stacking second-order gradient speakers according to the invention; and
- 11. ábra egy másodrendű gradiens felületsugárzót ábrázol, amely a találmány szerinti másodrendű gradiens vonalsugárzók egymás mellé helyezésével van kialakítva.- Figure 11 shows a second-order gradient surface radiator formed by placing second-order gradient line radiators according to the invention next to each other.
Az 1. ábra egy ismert elsőrendű passzív kardioid hangsugárzót ábrázol.Figure 1 shows a known first-order passive cardioid loudspeaker.
Az egyszeres gradiens képzés akusztikai elemekkel történik. Az LS hangszóró mögötti Co akusztikai kapacitású üregben a dobozrezonanciákat csillapítja az E hangcsillapító anyag,The single gradient formation is done with acoustic elements. In the cavity with acoustic capacity Co behind the LS loudspeaker, the box resonances are damped by the sound-absorbing material E,
GOGO
- 8 amely szálasanyag (kőzetgyapot, vagy üveggyapot) és/vagy habosított műanyag. A Zi(Ri,Mi) akusztikai impedancia az ábra szerint Rí akusztikai ellenállás és Mi akusztikai tömeg komponensekből áll, vagy állhat, ahol általában az R1 akusztikai ellenállás a domináns. Az akusztikai ellenállást mechanikai hatásoktól P védőburkolat védi, ami általában egy perforált lemez.- 8 which is a fibrous material (rock wool or glass wool) and/or foamed plastic. The acoustic impedance Zi(Ri,Mi) consists of, or may consist of, the acoustic resistance Rí and the acoustic mass Mi components, as shown in the figure, where the acoustic resistance R1 is usually dominant. The acoustic resistance is protected from mechanical effects by a protective cover P, which is usually a perforated plate.
A 2. ábra az 1. ábra szerinti elsőrendű kardioid hangsugárzó villamos helyettesítő képét mutatja.Figure 2 shows the electrical equivalent of the first-order cardioid loudspeaker of Figure 1.
Az LS hangszórót a Zm(Rm,Mm,Cm) akusztikai impedancia reprezentálja, amit Mm akusztikai tömeg és Cm akusztikai kapacitás, valamint Rm akusztikai ellenállás alkot. A gradiens képzést egy passzív akusztikai elemekből álló hálózat (fázistoló, fázisforgató) biztosítja, nevezetesen az Mi akusztikai tömeg, az Rí akusztikai ellenállás, és a Co akusztikai kapacitás.The LS loudspeaker is represented by the acoustic impedance Zm(Rm,Mm,Cm), which is composed of the acoustic mass Mm and the acoustic capacitance Cm, and the acoustic resistance Rm. The gradient formation is provided by a network of passive acoustic elements (phase shifter, phase rotator), namely the acoustic mass Mi, the acoustic resistance Rí, and the acoustic capacitance Co.
A 3. ábra egy kardioid jelleggörbét biztosító (egyszeres) gradiens képzés Ai(kd,O) átviteli függvényét, azaz frekvenciamenetét ábrázolja a (kd) paraméter („frekvencia”) függvényében különböző O szögek mellett. Amennyiben O jelöli a hangsugárzó tengelye és a vizsgált irány által bezárt szöget, a szakirodalom szerint az ideális, elvi kardioid irányjelleggörbék általános alakja (1+cos O)/2 alakban írható fel.Figure 3 shows the transfer function, i.e. the frequency response, of a (simple) gradient formation providing a cardioid characteristic curve Ai(kd,O) as a function of the parameter (kd) (“frequency”) at different angles O. If O denotes the angle between the loudspeaker axis and the direction under investigation, according to the literature, the general shape of ideal, theoretical cardioid directional characteristics can be written as (1+cos O)/2.
A kardioid gradiens képzés felső határa O=0° (0 radián) esetén jól láthatóan a (kd)t = π helyen van. Ez a (kd)t töréspont, vagy felső határ, az irányjelleggörbe típusától, azaz α értékétől függ (π és 2π között változik). Az átvitelben itt szakadás van, az ábrán Ai(n,0) = 0.The upper limit of the cardioid gradient formation is clearly visible at (kd)t = π for O=0° (0 radians). This (kd)t breakpoint, or upper limit, depends on the type of the directional characteristic curve, i.e. the value of α (varying between π and 2π). There is a discontinuity in the transmission here, in the figure Ai(n,0) = 0.
A fentiek alapján a kardioid gradiens (kd)t = π töréspontból számítható az ft törésponti frekvencia, azaz:Based on the above, the breakpoint frequency ft can be calculated from the cardioid gradient (kd)t = π breakpoint, i.e.:
2nftd (kd)t = π =----c c2nf t d (kd) t = π =----cc
ft = „ 2dft = "2d"
Ebből az is következik, hogy a torzulások elkerüléséhez az üzemi frekvencia határt az ft törésponti frekvencia képezte felső határ értékénél kisebbre kell választani. Célszerű az üzemi határ frekvenciát (kd)t/1,5 értékűre választani, azaz itt (kd) ~ 2 teljesül.It also follows from this that to avoid distortions, the operating frequency limit must be chosen to be lower than the upper limit value formed by the breakpoint frequency ft. It is advisable to choose the operating limit frequency to be (kd)t/1.5, i.e. here (kd) ~ 2 is fulfilled.
Ezt behelyettesítve, majd rendezve az összefüggéseket kapjuk, hogySubstituting this and then arranging the relations, we get that
GOGO
- 9 1 T<2ft - 9 1 T< 2f t
Itt figyelembe vettük, hogy az ideális elvi kardioid irányjelleggörbe feltétele az, hogy a d/c időállandó a két hangkapu közötti τ késleltetési idővel azonos legyen [ld. pl. L.L.Beranek: Acoustics. 1986 Edition, Cambridge, USA, 150. oldal].Here we have taken into account that the condition for the ideal theoretical cardioid polar pattern is that the d/c time constant is equal to the delay time τ between the two sound gates [see e.g. L.L.Beranek: Acoustics. 1986 Edition, Cambridge, USA, page 150].
A 4. ábra egy kardioid jelleggörbét biztosító elsőrendű, (azaz egyszeres) gradiens képzés irányjelleggörbe sorozatát mutatja. Az Ai(kd,O) átviteli függvény Airel(kd,O) relatív irányjelleggörbe sorozatát mutatja különböző (kd) paraméterek mellett. Látható, hogy (kd)=2 esetben torzult, de még elfogadható a kardioid jelleggörbe. A (kd)=1,5 esetben már majdnem hibátlan a kardioid irányjelleggörbe.Figure 4 shows a series of directivity curves of a first-order (i.e., single) gradient formation providing a cardioid characteristic curve. The transfer function Ai(kd,O) shows a series of relative directivity curves Airel(kd,O) for different (kd) parameters. It can be seen that in the case of (kd)=2 the cardioid characteristic curve is distorted, but still acceptable. In the case of (kd)=1.5 the cardioid characteristic curve is almost flawless.
Az 5. ábra egy kardioid jelleggörbét biztosító gradiens képzés Q irányítási tényezőjét (kd) függvényében mutatja, azaz a Q irányítási tényező frekvenciamenetét ábrázolja. Az ábrán látható, hogy (kd)=2 esetében Q ~ 1,5, (kd)=1,5 esetében Q ~ 2. Az értékek mutatják az irányjelleggörbe torzulását, hiszen az ideális kardioid esetében Q=3.Figure 5 shows the Q control factor of a gradient formation providing a cardioid characteristic curve as a function of (kd), i.e. it depicts the frequency response of the Q control factor. The figure shows that for (kd)=2, Q ~ 1.5, for (kd)=1.5, Q ~ 2. The values show the distortion of the directivity curve, since for the ideal cardioid, Q=3.
A 6. ábra egy találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzó keresztmetszetét és oldalnézetét mutatja. Az ábrán egy találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzó látható. A másodrendű gradiens hangsugárzót két darab elsőrendű passzív gradiens 1, 2 hangsugárzó képezi. Az elülső elsőrendű passzív kardioid 1 hangsugárzóba LSi hangszóró és Zi(Ri,Mi) akusztikai impedancia, a hátulsó elsőrendű passzív kardioid 2 hangsugárzóba LS2 hangszóró és Z2(R2,M2) akusztikai impedancia van beépítve. Az LS1, LS2 hangszórók mögötti Co akusztikai kapacitású üregben a dobozrezonanciák csillapítását E hangcsillapító anyag biztosítja. Az elsőrendű passzív gradiens 1, 2 hangsugárzók között d távolság, miközben a két LS1, LS2hangszóró között h szélességű rés (üreg) képződik, ami Ck akusztikai kapacitást képez. A találmány szerint ez az üreget célszerűen E hangcsillapító anyaggal van részben vagy egészben megtöltve. Az E hangcsillapító anyagot szálasanyag (kőzetgyapot, vagy üveggyapot), vagy habosított műanyag képezheti. A P védőburkolat belülről T akusztikai ellenállás anyaggal, előnyösen nemszőtt textilanyaggal (pl. vetex) van borítva, ahol az E hangcsillapítóanyag és a T akusztikai ellenállás anyag együttesen ZK(RK, MK) akusztikai impedanciát képeznek, ahol ZK akusztikai coFigure 6 shows a cross-section and side view of a second-order gradient loudspeaker according to the invention. The figure shows a second-order gradient loudspeaker according to the invention. The second-order gradient loudspeaker is formed by two first-order passive gradient loudspeakers 1, 2. The front first-order passive cardioid loudspeaker 1 has an LSi loudspeaker and an acoustic impedance Zi(Ri,Mi), and the rear first-order passive cardioid loudspeaker 2 has an LS2 loudspeaker and an acoustic impedance Z2(R2,M2). In the cavity with an acoustic capacity Co behind the loudspeakers LS1, LS2, the damping of the box resonances is ensured by a sound-absorbing material E. The distance d is between the first-order passive gradient loudspeakers 1, 2, while a gap (cavity) of width h is formed between the two loudspeakers LS1, LS2, which forms an acoustic capacity Ck. According to the invention, this cavity is preferably filled in part or in whole with a sound-absorbing material E. The sound-absorbing material E may be a fibrous material (rock wool or glass wool) or foamed plastic. The protective cover P is covered from the inside with an acoustic resistance material T, preferably a non-woven textile material (e.g. vetex), where the sound-absorbing material E and the acoustic resistance material T together form an acoustic impedance ZK(RK, MK), where ZK is the acoustic co
- 10 impedanciát Rk akusztikai ellenállás és Mk akusztikai tömeg komponensek alkotják. Az elsőrendű passzív gradiens 1, 2 hangsugárzók APF mindentáteresztő szűrő, LPF aluláteresztő szűrő és DL késleltető alkotta csoportból választott legalább egy elemen keresztül módosított hangfrekvenciás villamos jellel vannak olyan módon meghajtva, hogy az elől lévő (elülső) passzív gradiens 1 hangsugárzóhoz képest a hátul lévő (hátulsó) passzív gradiens 2 hangsugárzó ellenfázisú, továbbá meghajtó villamos jele összességében τ késleltetési idővel késleltetve van az elől lévő passzív gradiens 1 hangsugárzó meghajtó villamos jeléhez képest, ahol τ értéke d- 10 impedances are formed by acoustic resistance Rk and acoustic mass Mk components. The first-order passive gradient loudspeakers 1, 2 are driven by an audio frequency electrical signal modified through at least one element selected from the group consisting of an APF all-pass filter, an LPF low-pass filter and a DL delayer in such a way that the rear passive gradient loudspeaker 2 is in antiphase with respect to the front passive gradient loudspeaker 1, and its driving electrical signal is delayed by a delay time τ in total with respect to the driving electrical signal of the front passive gradient loudspeaker 1, where τ is d
< τ <--a · c< τ <--a c
A 7. ábra egy másodrendű kardioid jelleggörbének a gradiens képzés határfrekvenciája hatására és a diffrakció miatt torzult irányjelleggörbéjét mutatja.Figure 7 shows the directional characteristic curve of a second-order cardioid characteristic curve distorted by the cutoff frequency of gradient formation and by diffraction.
Az ábrán mérési eredmények láthatók. A másodrendű kardioid irányjelleggörbéket nem csak a gradiens képzés ft törésponti frekvenciája torzítja, hanem az egymás közelében elhelyezett két 1, 2 hangsugárzó kölcsönhatása és a diffrakciós hatás is; ld. a 6. ábrát, melyen a két elsőrendű passzív gradiens 1, 2 hangsugárzó egymás közelében, egymás mögött van elrendezve. A 7. ábrán bemutatott kisebb frekvencián, (kd)=0,6, majdnem ideális másodrendű kardioid irányjelleggörbe látható. Nagyobb frekvencián, (kd)=2, már torzult az irányjelleggörbe, részben az ft illetve (kd)t törésponti frekvencia közelsége miatt, részben az első passzív gradiens hangsugárzó diffrakciós hatása, részben a h szélességű rés (üreg) hatása miatt (6. ábra).The figure shows measurement results. The second-order cardioid directional characteristics are distorted not only by the breakpoint frequency f t of the gradient formation, but also by the interaction of the two loudspeakers 1, 2 placed close to each other and by the diffraction effect; see Figure 6, where the two first-order passive gradient loudspeakers 1, 2 are arranged close to each other, behind each other. At the lower frequency shown in Figure 7, (kd)=0.6, an almost ideal second-order cardioid directional characteristic is visible. At a higher frequency, (kd)=2, the directional characteristic is already distorted, partly due to the proximity of the breakpoint frequencies f t and (kd)t, partly due to the diffraction effect of the first passive gradient loudspeaker, and partly due to the effect of the gap (cavity) of width h (Figure 6).
Kidolgoztunk egy eljárást, amely csökkenti ezt az előnytelen hatást. Eszerint a Ck akusztikai kapacitást képező h szélességű rést (üreget) legalább részben E hangcsillapító anyaggal töltjük ki és P védőburkolattal vesszük körül, ahol az E hangcsillapító anyag és a P védőburkolat együttesen Zk(Rk, Mk) akusztikai impedanciát képez, továbbá az Rk akusztikai ellenállás és a Ck akusztikai kapacitás időállandója teljesíti azWe have developed a method that reduces this disadvantageous effect. According to this, the gap (cavity) of width h, which forms the acoustic capacitance Ck, is at least partially filled with sound-absorbing material E and surrounded by a protective cover P, where the sound-absorbing material E and the protective cover P together form an acoustic impedance Zk(Rk, Mk), and furthermore the acoustic resistance Rk and the time constant of the acoustic capacitance Ck satisfy the
R^CK<~— 2 ·f feltételt.R^C K <~— 2 · f condition.
A 8. ábra a találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzó rendszer egyetlen erősítő, továbbá passzív szűrők felhasználásával megvalósított példakénti kiviteli alakjának blokksémája,Figure 8 is a block diagram of an exemplary embodiment of a second-order gradient loudspeaker system according to the invention, implemented using a single amplifier and passive filters,
GOGO
-11 melynek Amp teljesítményerősítője Sig. jelforrásból kapja a hangfrekvenciás jelet. Mindkét elsőrendű passzív gradiens 1, 2 hangsugárzó, azaz mind az elől, mind a hátul lévő, a közös Amp teljesítményerősítőről kapja a villamos jelet. A láncba kapcsolt másodrendű APF1 mindentáteresztő szűrő, LPF1 aluláteresztő szűrő és DL1 késleltető egység az elsőrendű passzív gradiens 1 hangsugárzó LS1 hangszórójához csatlakozik. A láncba kapcsolt másodrendű APF2 mindentáteresztő szűrő, LPF2 aluláteresztő szűrő és DL2 késleltető egység az elsőrendű passzív gradiens 2 hangsugárzó LS2 hangszórójához ellenfázisban csatlakozik. Az APF1, APF2 mindentáteresztő szűrők, az LPF1, LPF2 aluláteresztő szűrők és a DL1, DL2 késleltető egységek mindegyike passzív villamos elemekkel van megvalósítva. Itt és a továbbiakban, amint az a szakember számára egyébként nyilvánvaló, mindentáteresztő szűrő alatt olyan szűrőt értünk, amely a jelet annak amplitúdójában minden módosítás nélkül engedi át, tehát frekvenciamenete egyenes, azonban a rajta áthaladó jel fázisát a frekvencia függvényében megváltoztatja. Az elsőrendű passzív gradiens 1, 2 hangsugárzók a felsorolt elemeken keresztül módosított hangfrekvenciás villamos jellel kerülnek meghajtásra, ahol a villamos jelet az egyes elemek másmás módon módosítják: az APF1, APF2 mindentáteresztő szűrők fázisban és futásidőben, az LPF1, LPF2 aluláteresztő szűrők fázisban, futásidőben és amplitúdóban, míg a DL1, DL2 késleltető egységek futásidőben és fázisban, pl. a frekvencia függvényében más-más mértékben.-11 whose Amp power amplifier receives the audio frequency signal from a Sig. signal source. Both first-order passive gradient loudspeakers 1, 2, i.e. both the front and the rear, receive the electrical signal from the common Amp power amplifier. The second-order APF1 all-pass filter, LPF1 low-pass filter and DL1 delay unit connected in a chain are connected to the LS1 loudspeaker of the first-order passive gradient loudspeaker 1. The second-order APF2 all-pass filter, LPF2 low-pass filter and DL2 delay unit connected in a chain are connected to the LS2 loudspeaker of the first-order passive gradient loudspeaker 2 in anti-phase. The APF1, APF2 all-pass filters, the LPF1, LPF2 low-pass filters and the DL1, DL2 delay units are all implemented with passive electrical elements. Here and further on, as is otherwise obvious to the skilled person, an all-pass filter is understood to mean a filter that passes the signal without any modification in its amplitude, i.e. its frequency response is straight, but changes the phase of the signal passing through it as a function of frequency. The first-order passive gradient loudspeakers 1, 2 are driven by a modified audio frequency electrical signal through the listed elements, where the electrical signal is modified by the individual elements in different ways: the all-pass filters APF1, APF2 in phase and propagation time, the low-pass filters LPF1, LPF2 in phase, propagation time and amplitude, while the delay units DL1, DL2 in propagation time and phase, e.g. to different extents as a function of frequency.
A 9. ábra a találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzó rendszer két különböző erősítő és aktív szűrők felhasználásával megvalósított példakénti kiviteli alakjának blokksémája, amelynél Sig. jelforrás biztosítja a hangfrekvenciás jelet. Mindkét elsőrendű passzív gradiens 1, 2 hangsugárzó, azaz mind az elől, mind a hátul lévő, két különböző Amp1 és Amp2 teljesítményerősítőről kapja a villamos jelet. A láncba kapcsolt APF1 másodrendű mindentáteresztő szűrő, LPF1 aluláteresztő szűrő és DL1 késleltető egység csatlakozik az Amp1 teljesítményerősítő bemenetére, és az Amp1 teljesítményerősítő kimenete csatlakozik az elsőrendű passzív gradiens 1 hangsugárzó LS1 hangszórójához. A láncba kapcsolt APF2 másodrendű mindentáteresztő szűrő, LPF2 aluláteresztő szűrő és DL2 késleltető egység csatlakozik az Amp2 teljesítményerősítő bemenetére, és az Amp2 teljesítményerősítő kimenete ellenfázisban csatlakozik az elsőrendű passzív gradiens 2 hangsugárzó LS2 hangszórójához. Az APF1, APF2 mindentáteresztő és az LPF1, LPF2 aluláteresztő szűrők mindegyike, valamint a DL1, DL2 késleltető egységek mindegyike digitális és/vagy analóg villamos elemekkel vannak megvalósítva, célszerűen DSP digitális jelprocesszorban kialakítva, amint az a szakember számára nyilvánvaló.Figure 9 is a block diagram of an exemplary embodiment of a second-order gradient loudspeaker system according to the invention, implemented using two different amplifiers and active filters, in which a signal source Sig. provides the audio frequency signal. Both first-order passive gradient loudspeakers 1, 2, i.e., both front and rear, receive the electrical signal from two different power amplifiers Amp1 and Amp2. The second-order all-pass filter APF1, low-pass filter LPF1 and delay unit DL1 connected in a chain are connected to the input of the power amplifier Amp1, and the output of the power amplifier Amp1 is connected to the speaker LS1 of the first-order passive gradient loudspeaker 1. The second-order all-pass filter APF2, the low-pass filter LPF2 and the delay unit DL2 connected in a chain are connected to the input of the power amplifier Amp2, and the output of the power amplifier Amp2 is connected in anti-phase to the speaker LS2 of the first-order passive gradient 2 loudspeaker. Each of the all-pass filters APF1, APF2 and the low-pass filters LPF1, LPF2, and each of the delay units DL1, DL2 are implemented with digital and/or analog electrical elements, preferably implemented in a DSP digital signal processor, as is obvious to the person skilled in the art.
GOGO
-12 A 10. ábra másodrendű gradiens vonalsugárzót ábrázol, amely a találmány szerinti másodrendű gradiens hangsugárzók egymás fölé helyezésével van kialakítva.-12 Figure 10 shows a second-order gradient line array formed by stacking second-order gradient speakers according to the invention.
A 10. ábrán a másodrendű gradiens hangsugárzókból képzett másodrendű gradiens vonalsugárzó elrendezést szemléltetjük. Jól látható, hogy a 6. ábrán bemutatott másodrendű gradiens hangsugárzót tetszőleges számban többszörözzük, és az egységeket egymás fölött rendezzük el. Jelen esetben öt darab másodrendű gradiens hangsugárzót helyeztünk egymás fölé. Így a horizontálisan mutatott másodrendű kardioid jelleggörbét vertikálisan további irányítási nyereséggel fokozzuk, azaz a Q irányítási tényezőt tovább növeljük. Vertikálisan fokozott, úgynevezett nyalábolt irányjelleggörbét kapunk.Figure 10 shows a second-order gradient line array formed from second-order gradient loudspeakers. It is clear that the second-order gradient loudspeaker shown in Figure 6 is multiplied by any number and the units are arranged one above the other. In this case, five second-order gradient loudspeakers are placed one above the other. Thus, the second-order cardioid characteristic curve shown horizontally is enhanced vertically with additional directivity gain, i.e. the directivity factor Q is further increased. We obtain a vertically enhanced, so-called beam-shaped directivity curve.
A 11. ábra másodrendű gradiens felületsugárzót ábrázol, amely a találmány szerinti másodrendű gradiens vonalsugárzók egymás mellé helyezésével van kialakítva.Figure 11 shows a second-order gradient surface radiator formed by placing second-order gradient line radiators according to the invention side by side.
A 6. ábrán bemutatott másodrendű gradiens hangsugárzókból nem csak egymás fölé, hanem egymás mellé is helyezünk, így azokból másodrendű gradiens felületsugárzót képezünk.The second-order gradient speakers shown in Figure 6 are placed not only above each other, but also next to each other, thus forming a second-order gradient surface speaker.
A másodrendű gradiens felületsugárzó célszerű példakénti kiviteli alakját s távolságban egymás mellé helyezett, 10. ábrán bemutatott másodrendű gradiens vonalsugárzókkal valósítjuk meg. A 11. ábrán tetszőleges, i számú (i pozitív egész szám) vonalsugárzót mutatunk be. Így a gradiens képzés mellett az oszlophatás is mindkét irányból fokozza az irányítási tényezőt és szűkíti az irányjelleggörbét, jelentősen megnövelve a Q irányítási tényező értékét.The practical exemplary embodiment of the second-order gradient surface radiator is implemented with second-order gradient line radiators placed side by side at a distance s, as shown in Figure 10. Figure 11 shows an arbitrary number of i (i is a positive integer) line radiators. Thus, in addition to the gradient formation, the column effect also enhances the directivity factor from both directions and narrows the directivity curve, significantly increasing the value of the directivity factor Q.
coco
Claims (20)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HUP1900369A HU231579B1 (en) | 2019-10-27 | 2019-10-27 | Second-order gradient loudspeaker, second-order gradient line array and surface array formed therefrom, and second-order gradient loudspeaker system |
| EP19958748.6A EP4049460A2 (en) | 2019-10-27 | 2019-10-29 | Second-order gradient loudspeaker system, as well as second-order gradient line array speaker and plane wave speaker constructed from such loudspeaker systems |
| PCT/HU2019/050047 WO2021176240A2 (en) | 2019-10-27 | 2019-10-29 | Second-order gradient loudspeaker system, as well as second-order gradient line array speaker and plane wave speaker constructed from such loudspeaker systems |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HUP1900369A HU231579B1 (en) | 2019-10-27 | 2019-10-27 | Second-order gradient loudspeaker, second-order gradient line array and surface array formed therefrom, and second-order gradient loudspeaker system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUP1900369A1 HUP1900369A1 (en) | 2021-05-28 |
| HU231579B1 true HU231579B1 (en) | 2024-12-28 |
Family
ID=89993001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HUP1900369A HU231579B1 (en) | 2019-10-27 | 2019-10-27 | Second-order gradient loudspeaker, second-order gradient line array and surface array formed therefrom, and second-order gradient loudspeaker system |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4049460A2 (en) |
| HU (1) | HU231579B1 (en) |
| WO (1) | WO2021176240A2 (en) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3283848A (en) * | 1965-10-21 | 1966-11-08 | Patti Thomas Allan | Sound reproduction system |
| SU1184110A1 (en) * | 1981-03-17 | 1985-10-07 | Vnii Radiovesh Priema Akustiki | Acoustic radiator |
| US5870484A (en) * | 1995-09-05 | 1999-02-09 | Greenberger; Hal | Loudspeaker array with signal dependent radiation pattern |
| US7813516B1 (en) * | 2006-07-24 | 2010-10-12 | Graber Curtis E | System for cardioid sound field generation from dissimilar sources |
| US10123111B2 (en) * | 2016-06-03 | 2018-11-06 | Fulcrum Acoustic, LLC | Passive cardioid speaker |
-
2019
- 2019-10-27 HU HUP1900369A patent/HU231579B1/en unknown
- 2019-10-29 EP EP19958748.6A patent/EP4049460A2/en active Pending
- 2019-10-29 WO PCT/HU2019/050047 patent/WO2021176240A2/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021176240A3 (en) | 2021-12-16 |
| HUP1900369A1 (en) | 2021-05-28 |
| WO2021176240A2 (en) | 2021-09-10 |
| EP4049460A2 (en) | 2022-08-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8170233B2 (en) | Loudspeaker array system | |
| CN101627640B (en) | Loudspeaker device that radiates sound waves within a hemisphere | |
| JP6958763B1 (en) | Acoustic system | |
| Zotter et al. | A beamformer to play with wall reflections: The icosahedral loudspeaker | |
| JP2575318B2 (en) | Theater speaker and screen device | |
| JP2012518304A (en) | Speaker | |
| JP5280837B2 (en) | Transducer device for improving the naturalness of speech | |
| US4134471A (en) | Narrow angle cylindrical wave full range loudspeaker system | |
| US7275621B1 (en) | Skew horn for a loudspeaker | |
| JP2017521029A (en) | Small broadband speaker system with low and medium sound horn | |
| WO2003088206A2 (en) | Internal lens system for loudspeaker waveguides | |
| JPH02285800A (en) | On-vehicle acoustic reproducing device | |
| CA2610999C (en) | Sound reproduction with improved performance characteristics | |
| JP4780805B2 (en) | Speaker device | |
| GB2535790A (en) | Speaker unit | |
| US4437541A (en) | Controlled dispersion speaker configuration | |
| GB2321819A (en) | Boundary-layer microphone with sound tunnel running underneath the plate surface | |
| CN103583053A (en) | An audio speaker arrangement | |
| Capel | Newnes Audio and Hi-fi Engineer's Pocket Book | |
| HU231579B1 (en) | Second-order gradient loudspeaker, second-order gradient line array and surface array formed therefrom, and second-order gradient loudspeaker system | |
| US6860363B2 (en) | Planar acoustic waveguide | |
| RU2018207C1 (en) | Method of exposure to sound of indoor and outdoor spaces | |
| Zotter et al. | Compact spherical loudspeaker arrays | |
| US5093865A (en) | Reflecting sound imaging speaker enclosure | |
| JPH0458698A (en) | speaker system |