ES2903039T3

ES2903039T3 - Altavoz en disposición con ancho de haz de ancho constante

Info

Publication number: ES2903039T3
Application number: ES16780781T
Authority: ES
Inventors: Jon M Arneson; Katrin Rawks; Pablo Espinosa
Original assignee: MEYER SOUND LABORATORIES Inc
Current assignee: MEYER SOUND LABORATORIES Inc
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2036-04-14
Also published as: CN107925812A; MX2017013112A; DK3284268T3; EP3284268A4; EP3284268B1; JP2018515024A; HK1253912A1; US10015583B2; EP3284268A1; US20170013348A1; CN107925812B; JP6970018B2; KR102450294B1; KR20170137135A; WO2016168513A1

Abstract

Un altavoz en disposición compuesto de un gabinete (23) que tiene paredes superior (25), inferior (25) y laterales (29) que forman un recinto (31) y que además tiene un frente (33) con una abertura (35) frontal y un eje central (C) que pasa a través de dicha abertura frontal, una estructura (42) de montaje de bocina dispuesta en dicho eje central de dicho recinto detrás de la abertura frontal del mismo, una bocina (37) para un transductor de alta frecuencia, teniendo dicha bocina una porción (47) de perímetro frontal que define un extremo (55) de boca, un extremo (57) de garganta, paredes laterales (61) ensanchadas que se extienden a partir de dicho extremo de garganta hasta dicho extremo de boca, y una pared (63) superior y una pared (65) inferior que se extienden entre dichas paredes laterales, y que además tienen un eje que se extiende a partir del extremo de garganta de la bocina a través del extremo de boca de la bocina que define un eje de propagación (P), la porción del perímetro frontal de la bocina que incluye bordes (49) perimetrales laterales, un borde (51) perimetral superior y un borde (53) perimetral inferior, un transductor (39) de alta frecuencia montado en el extremo de garganta de la bocina para emitir energía acústica que emerge del extremo (55) de boca de la bocina (37) alrededor del eje de propagación (P) de la bocina, estructuras (42) de montaje de transductores de baja frecuencia colocadas en dicho recinto detrás de la abertura frontal del mismo en lados opuestos de dicha estructura de montaje de bocina, y al menos un transductor (41) de baja frecuencia orientado hacia adelante montado en cada una de dichas estructuras (42) de montaje de transductor de baja frecuencia de tal manera que los transductores de baja frecuencia estén colocados en dicho recinto en lados opuestos de dicha bocina, caracterizado por que: dicha bocina está montada en la estructura (42) de montaje de la bocina en el recinto (31) de tal manera que el eje de propagación (P) de la bocina se alinea sustancialmente con el eje central (C) de dicho recinto, y de tal manera que el extremo (55) de boca de la bocina (37) está posicionado en la abertura (35) frontal de dicho recinto, siendo el extremo de boca de dicha bocina más pequeño que la abertura frontal de dicho recinto de tal manera que se crean aberturas (73) de cámara lateral en la abertura frontal del recinto adyacente al extremo de boca de la bocina, y de tal manera que se creen espacios (75) superiores e inferiores en la parte delantera del recinto por encima y por debajo de los bordes (51, 53) perimetrales superior e inferior de la porción (47) del perímetro frontal de la bocina, estando colocados los transductores (41) de baja frecuencia en un ángulo predeterminado orientado hacia el interior y hacia adelante con respecto al eje de propagación (P) de la bocina, en donde cada transductor de baja frecuencia orientado hacia adelante se enfrenta hacia adentro, hacia el eje de propagación de la bocina, de modo que se enfrente a una pared lateral (61) ensanchada de la bocina y una de dichas aberturas (73) de la cámara lateral en la parte delantera del gabinete (23), y en donde las cámaras (71) laterales de baja frecuencia que contienen un volumen de aire se forman entre los transductores (41) de baja frecuencia orientados hacia adelante y las paredes laterales (61) ensanchadas de la bocina (37), estando acopladas dichas cámaras laterales de baja frecuencia a la atmósfera a través de aberturas (73) de la cámara lateral en la abertura frontal del recinto adyacente al extremo de boca de la bocina, y en donde los canales (77) de salida de baja frecuencia están formados por encima de la pared (63) superior de la bocina y debajo de la pared (65) inferior de la bocina, teniendo dichos canales de salida de baja frecuencia las siguientes características: - tienen un volumen para contener un volumen de aire, - se extienden a partir de aproximadamente la estructura de soporte de la bocina hasta los espacios en la parte frontal del recinto por encima y por debajo de los bordes perimetrales superior e inferior de la porción del perímetro frontal de la bocina, - se acoplan a dichas cámaras laterales del transductor de baja frecuencia, y - se acoplan a la atmósfera a través de los espacios superior e inferior por encima y por debajo de los bordes perimetrales superior e inferior de la porción del perímetro frontal de la bocina.

Description

DESCRIPCIÓN

Altavoz en disposición con ancho de haz de ancho constante

Antecedentes de la técnica

La presente invención se refiere en general a sistemas de altavoces en disposición y más particularmente al control del ancho de haz de un sistema de altavoces en disposición en el plano de no disposición.

El ancho del haz de un altavoz determina su cobertura. El problema que se encuentra en los altavoces convencionales diseñados para producir anchos de haz amplios es que el ancho de haz no es estable o constante en el rango de frecuencia operativa del altavoz, y particularmente en frecuencias medias a bajas en y por debajo del divisor de frecuencia. Un altavoz que tiene un ancho de haz constante sobre sus frecuencias operativas cubrirá a la audiencia de manera predecible y uniforme, con puntos de caída bien definidos y energía mínima proyectada más allí de los puntos de caída. El sonido será el mismo en toda el área de cobertura del altavoz; será tan claro y completo cerca de los bordes de cobertura como frente al altavoz. Fuera del ancho del haz, es decir, el patrón de cobertura del altavoz, hay muy poca energía acústica para excitar el campo reverberante o causar interferencias destructivas de los reflejos interiores. Y en lugares al aire libre y festivales se reduce el “derrame” a escenarios adyacentes o áreas residenciales cercanas.

En la publicación de patente de británica GB 2390518, se describe un altavoz en disposición de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

En sistemas de altavoces compactos de múltiples vías, es difícil lograr un ancho de haz amplio constante de múltiples transductores. Los intentos existentes involucran compromisos en el tamaño del gabinete, distorsión, lóbulos, estrechamiento excesivo del patrón, y/o problemas de fase. Estos incluyen

• colocar controladores de cono y guía(s) de onda (bocina(s)) uno al lado del otro o efectivamente uno al lado del otro como se divulga en la publicación de patente británica GB 2390518 A (véase particularmente la Figura 5) - esto puede resultar en un estrechamiento y lobulación fuera del eje en el divisor de frecuencia;

• montar múltiples transductores/bocinas coaxialmente - puede resultar en anchos de haz inconsistentes; fuerzas comprometidas en diseños de transductores/guías de ondas;

• hacer que la bocina sea muy estrecha para acercar los controladores de cono - esto compromete la carga del controlador de HF y/o la consistencia del ancho del haz;

• cortar aberturas en las paredes de la bocina para controladores montados en la parte posterior, como se divulga en la publicación de patente británica GB 2390518 A (véase particularmente la Figura 7) - esto compromete la salida de LF o la carga del controlador de HF y/o el patrón de cobertura; y

• utilizar una sola bocina grande alimentada por todos los controladores; esto requiere un gabinete mucho más grande para una extensión y/o eficiencia de LF comparable.

Es en el contexto, y las limitaciones y problemas asociados con ellos, que se ha desarrollado la presente invención.

Para lograr esto, el altavoz en disposición de la invención se caracteriza por las características reivindicadas en la parte de caracterización de la reivindicación 1.

En las reivindicaciones dependientes se reivindican formas de realización ventajosas de la invención.

Divulgación de la invención

El sistema de altavoces en disposición de la presente invención impide estos compromisos. La invención proporciona un sistema de altavoces en disposición con control de patrón de banda ancha junto con una carga de controlador de compresión adecuada, incluso a un divisor de frecuencia relativamente bajo. Las dimensiones de la boca de la bocina deben ser bastante grandes para lograr esto, sin embargo, se eliminan sustancialmente los problemas resultantes de sombreado bajo del controlador. Los problemas inherentes a otros diseños (lóbulos fuera del eje, ancho de haz inconsistente, y carga inadecuada del controlador de compresión) se eliminan sustancialmente.

En la región del divisor de frecuencia donde la bocina y los conos contribuyen a la salida acústica general, el ancho de haz horizontal nominal se mantiene debido a los centros acústicos casi idénticos de los transductores proporcionados por los canales de salida de LF a estas frecuencias. La respuesta de fase sumada de los transductores a través de la región del divisor de frecuencia tampoco cambia en ningún ángulo dentro del ángulo de cobertura nominal del altavoz. El resultado es una respuesta de impulso que es espacialmente consistente y, por lo tanto, un altavoz que suena igual en toda el área de escucha.

La invención beneficia aún más al altavoz en disposición, específicamente el elemento en disposición en línea - al minimizar el ancho del gabinete sin sacrificar el diámetro del transductor de LF y, por lo tanto, la eficiencia de LF y la salida máxima. El mercado demanda sistemas de sonido más pequeños, livianos, y potentes, pero el tamaño general del gabinete y la salida LF en general están vinculados. El rendimiento de LF ahora se puede mantener a partir de un gabinete significativamente más estrecho, lo que mejora en gran medida las líneas de visión de la audiencia sin reducir el rendimiento.

El altavoz en disposición de la invención incluye un gabinete que tiene paredes superior, inferior y laterales que forman un recinto. El gabinete tiene además un frente con una abertura frontal y un eje central que pasa a través de la abertura frontal. Se proporciona una estructura de montaje de bocina en el gabinete en el eje central del gabinete detrás de la abertura frontal del gabinete, y una bocina para un transductor de alta frecuencia está montada en la estructura de montaje de bocina en el gabinete.

La bocina tiene una porción de perímetro frontal que define un extremo de boca, un extremo de garganta, paredes laterales ensanchadas que se extienden a partir del extremo de garganta hasta el extremo de boca, y una pared superior y una pared inferior que se extienden entre las paredes laterales; la bocina tiene además un eje que se extiende a partir del extremo de garganta de la bocina a través del extremo de boca de la bocina que define un eje de propagación. La porción del perímetro frontal de la bocina incluye bordes perimetrales laterales, un borde perimetral superior y un borde perimetral inferior.

La bocina está montada en la estructura de montaje de la bocina en el recinto de tal manera que el eje de propagación de la bocina se alinee sustancialmente con el eje central del recinto, y de tal manera que el extremo de boca de la bocina esté posicionado en la abertura frontal del recinto. El extremo de boca de la bocina es más pequeño que la abertura frontal del recinto, de tal modo que las aberturas de la cámara lateral se crean en la abertura frontal del recinto adyacente al extremo de boca de la bocina, y de tal manera que se crean espacios en la parte superior e inferior en la parte delantera del recinto por encima y por debajo de los bordes perimetrales superior e inferior de la porción del perímetro frontal de la bocina. Un transductor de alta frecuencia montado en el extremo de garganta de la bocina.

Las estructuras de montaje del transductor de baja frecuencia se colocan en el recinto detrás de la abertura frontal del recinto en lados opuestos de la estructura de montaje de la bocina. Al menos un transductor de baja frecuencia orientado hacia adelante está montado en cada una de las estructuras de montaje del transductor de baja frecuencia de tal manera que los transductores de baja frecuencia se colocan en el recinto en lados opuestos de la bocina en un ángulo predeterminado orientado hacia adelante con respecto al eje de propagación de la bocina. Cada transductor de baja frecuencia orientado hacia adelante se enfrenta a una pared lateral ensanchada de la bocina y una de las aberturas de la cámara lateral en la parte frontal del gabinete.

Las cámaras laterales de baja frecuencia, las cuales contienen un volumen de aire, se forman entre los transductores de baja frecuencia orientados hacia adelante y las paredes laterales ensanchadas de la bocina, y se acoplan a la atmósfera a través de las aberturas de la cámara lateral en la abertura frontal del recinto adyacente al extremo de boca de la bocina. Los canales de salida de baja frecuencia se forman sobre la pared superior de la bocina y debajo de la pared inferior de la bocina, y tienen al menos las siguientes características:

• tienen un volumen para contener un volumen de aire,

• se extienden a partir de aproximadamente la estructura de soporte de la bocina hasta los espacios en la parte delantera del recinto por encima y por debajo de los bordes perimetrales superior e inferior de la porción del perímetro frontal de la bocina,

• se acoplan a las cámaras laterales del transductor de baja frecuencia, y

• se acoplan a la atmósfera a través de los espacios superior e inferior por encima y por debajo de los bordes perimetrales superior e inferior de la porción del perímetro frontal de la bocina.

En otro aspecto de la invención, el altavoz comprende además medios de circuito de corrección, que incluyen un circuito del divisor de frecuencia, para los transductores de alta y baja frecuencia. Este circuito de corrección, el cual puede ser un circuito analógico o implementado mediante técnicas DSP, compensa los efectos de distorsión del ancho del haz dentro de un rango de frecuencia afectado por encima del rango de frecuencia del divisor de frecuencia. Los efectos de distorsión del ancho del haz que se compensan son causados por la energía acústica residual propagada a partir de la bocina en el rango de frecuencia afectado que es capturada y reflejada por los canales laterales de baja frecuencia formados entre la bocina y los transductores de baja frecuencia.

Otros aspectos de la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente especificación y reivindicaciones y de los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en alzado frontal de un altavoz en disposición de acuerdo con la invención.

La Figura 2 es una vista en sección transversal del mismo tomada a lo largo de las líneas 2-2 de la Figura 1.

La Figura 2A es una vista en planta superior del mismo con la parte superior del gabinete de altavoz retirado.

La Figura 3 es otra vista en sección transversal del mismo tomada a lo largo de las líneas 3-3 de la Figura 1.

La Figura 4 es una vista superior en perspectiva del mismo.

La Figura 5 es una vista en alzado frontal del mismo.

La Figura 5A es una vista en sección transversal del mismo tomada a lo largo de las líneas 5A-5A en la Figura 2.

Las Figuras 6A y 6B son diagramas de bloques de los canales de alta y baja frecuencia de un circuito de procesamiento de señales de ejemplo para el altavoz que se muestra en las figuras anteriores.

La Figura 7 es un gráfico del ancho de haz horizontal medido de -6db de un altavoz de acuerdo con la invención en el rango de frecuencia de operación del altavoz.

La Figura 8 es un gráfico de la respuesta de frecuencia en el eje sin procesar de los controladores de cono del altavoz que se ilustra en las Figuras 1-5.

La Figura 9 es un gráfico polar que muestra la respuesta polar de los controladores de cono del altavoz que se ilustra en las Figuras 1-5 a aproximadamente 1.4 kHz que muestran lóbulos laterales pequeños.

La Figura 10 es un gráfico del ancho de haz de -6dB horizontal medido de un altavoz como se muestra en la Figura 7 sobre el rango de frecuencia de operación del altavoz en comparación con el ancho de haz medido de la bocina solo.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

Como se usa en el presente documento, “bajo” y “alto” para indicar rangos de frecuencia se entienden como términos relativos que abarcan rangos de frecuencia media en donde se produce una división de frecuencias bajas a altas. Por ejemplo, cuando se hace referencia a un transductor de “baja frecuencia” (a veces denominado en el presente documento “controlador”), se entenderá que el transductor funcionará a frecuencias por debajo de la división de frecuencia y a frecuencias que se extienden hasta el rango de división de frecuencia. De manera similar, cuando se hace referencia a un transductor de “alta frecuencia”, se entenderá que el transductor funcionará a frecuencias que se extienden hacia abajo en el rango de división de frecuencia, así como frecuencias por encima de la división de frecuencia. Además, la caracterización de un transductor como “alto” o “bajo” no excluye la posibilidad de que el transductor pueda producir algo de energía acústica fuera de su rango de frecuencia de operación normal, como se explica a continuación en relación con los transductores de baja frecuencia del altavoz que se describe en el presente documento.

Se describe un altavoz en disposición el cual consta de al menos un transductor de alta frecuencia, tal como un controlador de compresión, montado en una guía de ondas (bocina) y al menos un par de transductores de baja frecuencia (controladores) configurados en una disposición estrechamente espaciada de tal modo que todas las salidas acústicas del transductor irradian coaxialmente a partir del altavoz con un ancho de haz sustancialmente constante en el plano de no disposición. En la realización que se ilustra que se describe a continuación, los altavoces están dispuestos en el plano vertical donde se produce el control del ancho del haz en el plano horizontal. Sin embargo, se entenderá que las invenciones también podrían implementarse utilizando altavoces capaces de disponer de una disposición horizontal, en cuyo caso el control de ancho de haz constante se produciría en el plano vertical.

Con referencia ahora a los dibujos, la Figura 1 muestra la parte frontal de un altavoz 11 en disposición, el cual se ve que tiene un perfil rectangular con los bordes 13, 15 superior e inferior que definen el corto, o en la orientación, dimensión vertical o altura del altavoz que se muestra en los dibujos. Los bordes 17, 19 de extremo, a su vez, definen la longitud del altavoz o, como se ilustra, su dimensión horizontal. La dimensión corta, ya sea vertical u horizontal, definirá el plano en el cual se pueden colocar los altavoces. La parte frontal del altavoz está cubierta con una pantalla 21 de rejilla acústicamente transparente, la cual se extiende a lo largo del altavoz y, en la dirección vertical, se extiende preferiblemente en toda la altura de tal manera que envuelve los bordes 13, 15 superior e inferior del altavoz. Proporcionar una rejilla envolvente en la parte superior e inferior del altavoz permitirá la propagación del sonido a partir de la parte frontal del altavoz a partir de las regiones donde el sonido normalmente no emana.

Las Figuras 2, 2A, 3, 4, 5, 5A y 5B revelan los componentes internos del altavoz detrás de la rejilla. El gabinete 23 de altavoz tiene una pared 25 superior, una pared 27 inferior, y paredes 29 laterales, todas las cuales forman un recinto 31 para alojar estos componentes internos. El frente 33 del gabinete está abierto para proporcionar una abertura 35 frontal que puede extenderse sustancialmente por toda la longitud y altura del gabinete. El eje central C del gabinete pasa a través de esta abertura frontal y proporciona un eje alrededor del cual se agrupan la bocina y los transductores de baja frecuencia que se describen a continuación. Los marcos 20 laterales montados en las paredes 29 laterales del gabinete proporcionan asas para levantar el altavoz y enlaces 22 desplegables usados para unir una caja de altavoz a otra en la dirección vertical en los ángulos de apertura deseados para crear una matriz de altavoces.

Los componentes internos del altavoz incluyen una bocina 37, un transductor de alta frecuencia, de manera adecuada un controlador 39 de compresión, y un par de transductores de baja frecuencia, de manera adecuada un par combinado de controladores 41 de cono de baja frecuencia. Los componentes de la bocina y el transductor están soportados en el recinto en una relación espacial fija especial entre sí para lograr los beneficios de rendimiento de la invención. Las estructuras de soporte incluyen una estructura de montaje de bocina dispuesta en el eje central C del recinto detrás de la abertura frontal del recinto, y estructuras de montaje del transductor de baja frecuencia colocadas en el recinto detrás de la abertura frontal del recinto en lados opuestos de la estructura de montaje de la bocina. En la realización que se ilustra, la estructura de montaje de la bocina y las estructuras de montaje del controlador de cono se proporcionan en forma de un solo marco 42 de bisel de metal fundido de manera adecuada, que tiene una pared 43 central plana paralela a la abertura frontal del gabinete del altavoz, y paredes 45 laterales del bisel que hacen ángulo hacia adelante hacia la abertura frontal del gabinete. La pared 43 central está dimensionada y provista de aberturas adecuadas (no se muestran) para servir como estructura de montaje de la bocina; la bocina se puede montar en esta pared central de tal modo que el eje de propagación P de la bocina esté alineado con el eje central C del gabinete del altavoz. Las paredes laterales del bisel en ángulo sirven como estructuras de montaje del controlador de cono; al montar los controladores de cono en esta pared lateral en ángulo, los controladores de cono se colocan en el recinto del gabinete en lados opuestos de la bocina en un ángulo predeterminado orientado hacia adelante con relación al eje de propagación de la bocina. El posicionamiento de los controladores de cono en relación con la bocina junto con el tamaño de la bocina en relación con la abertura frontal del gabinete y la dimensión vertical se combinan para permitir que se logre el control de ancho de haz deseado.

La bocina tiene una porción 47 de perímetro frontal formada por bordes 49 de perímetro lateral, un borde 51 de perímetro superior ,y un borde 53 de perímetro inferior. Esta porción de perímetro frontal define el extremo 55 de boca de la bocina, el cual está posicionado en el frente abierto de la bocina. La bocina tiene además un extremo 57 de garganta alargado y una porción 59 de campana formada en parte por paredes laterales 61 ensanchadas, las cuales se extienden a partir del extremo de garganta de la bocina hasta su extremo de boca. La pared 63 superior y la pared 65 inferior de la bocina se extienden entre estas paredes laterales ensanchadas y completan la porción de campana. El controlador 39 de compresión se puede acoplar a la parte posterior de la bocina en su extremo 57 de garganta a través de un colector (elemento 66 en la Figura 2A) tal como se describe en la Patente de Estados Unidos número 6,668,969, para alimentar el extremo de la garganta de la bocina con una línea de fuentes de energía acústica virtual. La parte posterior del controlador de compresión, así como la parte posterior de los controladores 41 de cono, se pueden enfriar mediante ventiladores 67 de refrigeración internos, los cuales hacen circular aire dentro del recinto.

Como se ve a partir del frente del altavoz, la porción del perímetro frontal de la bocina tiene un tamaño tal que es más pequeña que la abertura 35 frontal del recinto a lo largo de cada uno de sus bordes 49, 51, 53 del perímetro. A los lados de la bocina, es decir, hacia el exterior de los bordes 49 laterales del perímetro de la boca 55 de la bocina, el espacio entre la parte del perímetro frontal de la bocina y los bordes 17 de extremo frontales del altavoz es suficiente para permitir la portabilidad del interior del recinto a la atmósfera a través de aberturas 69 de puerto laterales en la parte frontal del recinto y el acoplamiento a la atmósfera del volumen de aire en las cámaras 71 laterales de baja frecuencia entre los controladores 41 de cono orientados hacia adelante y en ángulo (y sus estructuras de soporte) y las partes posteriores 62 de las paredes 61 laterales ensanchadas de la bocina. Estas cámaras laterales de baja frecuencia (“cámaras laterales LF”) están acopladas a la atmósfera a través de las aberturas 73 de la cámara lateral las cuales están situadas en el interior de las aberturas 69 del puerto entre la bocina y las aberturas del puerto. En la parte superior e inferior de la bocina, el tamaño de la parte del perímetro frontal de la bocina es tal que existen espacios 75 de salida de aire entre los bordes 51, 53 perimetrales superior e inferior de la porción del perímetro frontal de la bocina y los bordes superior e inferior del altavoz. Estos espacios y los volúmenes de aire detrás de los espacios juegan un papel crítico en el control de ancho de haz deseado.

Los volúmenes de aire detrás de los espacios 75 superior e inferior son creados por los espacios entre las paredes 63, 65 superior e inferior de la bocina 37 y las paredes 25, 27 superior e inferior del gabinete 23 de altavoz. Estos espacios están acoplados a las cámaras 71 laterales de LF delante de los controladores 41 de cono y actúan como canales de salida de baja frecuencia (LF), indicados por el número 77, por encima y por debajo de la bocina para el sonido de baja frecuencia producido por los controladores de cono.

Los diversos componentes del altavoz se pueden proporcionar con las siguientes especificaciones de ejemplo:

Ancho interior frontal del gabinete del altavoz (CW): 567 milímetros

Altura interior frontal del gabinete del altavoz (CH) - 257 milímetros

Ancho exterior de la boca de la bocina (HW) - 322 milímetros

Altura exterior de la boca de la bocina (HH) - 229 milímetros

Profundidad de la bocina (HD): 159 milímetros

Transductores (41) de baja frecuencia: controladores de cono de excursión larga de 9 pulgadas (228 mm)

Transductor (39) de alta frecuencia: controlador de compresión de 3 pulgadas (76 mm)

Para describir con más detalle cómo las cámaras 71 laterales de LF y los canales 77 de salida de LF influyen en el ancho del haz en la dirección de no formación, se ve que los controladores de cono de baja frecuencia están montados detrás y a cada lado de la bocina 37 montada de manera central y sus superficies 79 de radiación están en su mayoría oscurecidas por las grandes paredes 61 laterales ensanchadas de la bocina. En configuraciones convencionales, las paredes laterales de la bocina crean deflectores sólidos que dirigen la salida de cada cono individual alrededor del lado de la bocina. Esto crea dos fuentes distintas de baja frecuencia separadas por el ancho de la bocina. Si la bocina es lo suficientemente ancha, los controladores de cono exhibirán un patrón de estrechamiento significativo y posiblemente un lóbulo fuera del eje en las frecuencias medias por debajo de la división de frecuencia de la bocina. En altavoces de cobertura media, este estrechamiento del patrón puede resultar beneficioso. Pero si se desea una cobertura amplia, puede ser problemático y puede resultar en una respuesta de fase y frecuencia desigual en el plano de cobertura horizontal.

En el altavoz descrito en el presente documento, una porción de las salidas acústicas de los controladores de cono se combina y dirige a través de los canales 77 de salida de LF por encima y por debajo de la bocina. La salida acústica de estos canales centrales combinada con la salida acústica que emana de los lados de la bocina crea una fuente de frecuencia media-baja continua la cual mantiene el ángulo de ancho de haz nominal sobre una porción sustancial del rango de frecuencia media-baja del altavoz. Los beneficios de las fuentes de baja frecuencia independientes se conservan ya que una porción sustancial de la salida del controlador de cono se dirige alrededor de los lados de la bocina. Sin embargo, se eliminan los inconvenientes ya que el resto de la salida del controlador de cono se irradia a partir del área central que normalmente está bloqueada por la bocina. Esto se logra sin comprometer el tamaño y la forma de la bocina o la integridad de las paredes de la bocina.

El volumen de las cámaras laterales de LF está ajustado de manera adecuada para maximizar la eficiencia en las frecuencias bajas a la vez que se mantiene una respuesta útil hasta la frecuencia de división. Un volumen demasiado grande provocará una caída prematura de la respuesta del controlador de cono por debajo de la frecuencia de división. Un volumen demasiado pequeño sacrificará la eficiencia.

Los volúmenes relativos de las cámaras 71 laterales de LF y los canales 77 de salida de LF son importantes. Idealmente, el volumen de las cámaras laterales de LF debería comprender aproximadamente el 75% del volumen de aire total del gabinete entre los conos y la parte frontal del gabinete, sin incluir el volumen ocupado por la bocina, es decir, el volumen combinado de las cámaras laterales de LF y los canales de salida de LF. Por lo tanto, el volumen de los canales de salida de LF es idealmente aproximadamente el 25% de este volumen de aire total. El área de la boca de los canales de salida de LF en los espacios 75 de salida de aire por encima y por debajo de la bocina es preferiblemente al menos aproximadamente el 25% del área de superficie total de las superficies 79 radiantes de los controladores de cono. La profundidad de los canales de salida de LF medida a partir de los espacios 75 de salida en la parte delantera de la bocina hasta la parte posterior de los canales en la pared 43 central del marco 42 de bisel de montaje preferiblemente no excederá aproximadamente el 30% de la longitud de onda en la frecuencia de división. La separación de centro a centro de los controladores de cono preferiblemente no excederá aproximadamente el 50% de la longitud de onda en la frecuencia de división. El ángulo preferido de los controladores de cono con respecto al plano del frente del recinto es de aproximadamente 33 grados.

Se estima que las figuras anteriores pueden variar hasta aproximadamente /-20% sin una pérdida inaceptable del control de ancho de haz deseado. Se contemplan los siguientes rangos aproximados:

• Volumen de aire de las cámaras laterales de LF: aproximadamente 80% hasta aproximadamente 70% del volumen de aire total con un rango correspondiente de aproximadamente 20% a aproximadamente 30% para el volumen de aire de los canales de salida de LF.

• Área de la boca de los canales de salida de LF en los espacios de salida de aire: entre aproximadamente el 20% y aproximadamente el 30% del área de superficie total de las superficies radiantes de los controladores de cono.

• Profundidad de los canales de salida de LF: no mayor que aproximadamente el 35% de la longitud de onda en la frecuencia de división.

• Espacio de centro a centro de los controladores de cono: no mayor que aproximadamente el 60% de la longitud de onda en la frecuencia de división.

• Ángulo de los controladores de cono en relación con el plano de la parte frontal del recinto: aproximadamente 27 grados a aproximadamente 39 grados.

Las dimensiones de la boca de la bocina de gran tamaño proporcionan un control de patrón en ambos planos hasta la frecuencia más baja posible (división). En la realización actual, la anchura de la bocina se hace muy grande para mantener el ancho de haz horizontal nominal hasta la división. La altura de la bocina también se maximiza para el control del patrón vertical a la vez que se deja espacio para que los pequeños canales de salida de LF terminen por encima y por debajo de ella. El diseño de la bocina crea un patrón de radiación general que mantiene el ángulo de ancho de haz nominal en una porción sustancial del rango de alta frecuencia.

Un beneficio secundario de los canales 77 de salida de LF se relaciona con el tamaño físico del altavoz. Con el fin de colocar los conos de gran tamaño en un recinto relativamente estrecho, deben inclinarse hacia atrás en el gabinete en una configuración de “concha de almeja”. Esto aumenta la salida en algunas frecuencias y la reduce en otras. Cuando se coloca una bocina grande frente a conos de concha de almeja, tiene el potencial de reducir aún más la salida a frecuencias en donde la longitud de onda se aproxima de % a / de la dimensión más grande de la bocina. Los canales de salida de LF alivian este problema al proporcionar una ruta secundaria para la salida de algunos de los conos en esas frecuencias que, de otro modo, se reducirían significativamente en nivel.

Un aspecto separado de la invención proporciona una mejora adicional al control direccional horizontal en un rango de frecuencia por encima de la división (a veces denominado en el presente documento como el “rango de frecuencia afectado”), el cual típicamente estará en un rango crítico de 1-2 kHz. Las cámaras 71 laterales de LF a cada lado de la bocina 37 pueden provocar efectos de distorsión del ancho del haz y, en particular, un estrechamiento pronunciado del ancho del haz centrado por encima de la división, por ejemplo, a aproximadamente 1.4 kHz. Debido a la difracción que se produce en la boca de la bocina y al tamaño y la forma de las cámaras laterales de LF, parte de la energía acústica fuera del eje residual producida por la bocina centrada alrededor de 1.4 kHz se captura en las cámaras laterales de LF y se refleja. La llegada retardada de esta energía reflejada puede provocar una interferencia destructiva en la energía fuera del eje de la bocina, lo que resulta en un estrechamiento del patrón de cobertura del altavoz a esta frecuencia.

Un medio de circuito de corrección especial, tal como el circuito de corrección que se muestra en las Figuras 6A y 6B, se pueden incluir en el procesamiento de la señal del altavoz para resolver este problema aprovechando el comportamiento acústico particular de los controladores de cono en la configuración de cono de bocina que se ilustra. Aunque la configuración que se ilustra del controlador de cono se deriva naturalmente de gran parte de la salida acústica de los controladores de cono por encima de la división (por ejemplo, a 625 Hz), una pequeña cantidad de la energía acústica de los controladores de cono aún emana fuera del eje por encima de la división. Este fenómeno se ilustra en las Figuras 8 y 9. La Figura 8 muestra la respuesta de frecuencia de los controladores 41 de cono (solos y sin procesamiento de señal adicional) en la configuración de cono de bocina del altavoz 11 que se ilustra. Se ve que la respuesta de frecuencia de los controladores de cono se reduce en la región de la frecuencia de división indicada por la letra X, pero luego exhibe una protuberancia entre 1-2 KHz, es decir, precisamente dentro del rango de frecuencia de la energía residual de la bocina capturada y reflejada por las cámaras 71 laterales de LF. La Figura 9 es un gráfico polar que ilustra la energía en el eje (0 grados) producida por los controladores de cono a aproximadamente 1.4 kHz y la presencia de lóbulos laterales fuera del eje a esta frecuencia, es decir, a una frecuencia en donde se encuentra que ocurre la energía de la bocina que se refleja a partir de las cámaras laterales de LF. La energía acústica fuera del eje producida por los controladores de cono se puede utilizar ventajosamente para cancelar los efectos de estrechamiento del patrón de cobertura de la energía residual de la bocina que se refleja en las cámaras laterales de LF, pero solo si la energía acústica producida por los controladores de cono es hasta cierto punto conservada dentro del rango de frecuencia deseado.

De acuerdo con el aspecto de mejora separada de la invención, en lugar de usar un paso bajo electrónico convencional de alto orden empinado para eliminar completamente la salida del controlador de cono por encima de la división, se utilizan filtros más graduales los cuales permiten una división acústica adecuada con la bocina y el aprovechamiento de la energía del controlador de cono fuera del eje dentro del rango de frecuencia crítica de 1 -2 kHz. Se utiliza un filtro de paso total para manipular la fase de esta energía de cono fuera del eje de tal modo que, a través de una interferencia destructiva, cancele sustancialmente la energía de la bocina fuera del eje retrasada capturada por las cámaras laterales de LF que de otro modo se liberarían para causar un estrechamiento de ancho de haz excesivo en el plano horizontal.

Ahora se describe un circuito de corrección de ejemplo con referencia a las Figuras 6A y 6B. Se ve que el circuito de corrección que se ilustra incluye un canal 100 bajo que se muestra en la Figura 6A y un canal 102 alto que se muestra en la Figura 6B. Ambos canales incorporan elementos del circuito de división de frecuencia requerido para dividir la señal de entrada de audio entre los transductores de alta y baja frecuencia de los altavoces (controladores 39 de compresión y controladores 41 de cono que se muestran en las Figuras 1-5). La función de división de frecuencia la proporcionan diversos elementos del circuito de corrección que se muestra, que incluye los filtros L1 y H2 de paso bajo y paso alto de primer orden en, respectivamente, los canales bajo y alto del circuito, actuando junto con el ecualizador paramétrico y de estantería (L4 y H3) y otros filtros de circuito como los filtros (L7) de paso de banda para reducción de banda y filtros (L8 y H7) elípticos de paso bajo y paso alto de 2° orden. La ondulación de la banda de parada producida por el filtro (L8) elíptico en el canal bajo puede proporcionar ventajosamente un aumento en la energía acústica en un rango de frecuencia deseado en la banda de parada. En general, este esquema de filtro proporciona el deslizamiento relativamente gradual deseado de los controladores de cono para permitir que los controladores de cono produzcan suficiente energía acústica dentro del rango de 1-2 kHz con el fin de cancelar la energía acústica residual capturada por las cámaras 41 laterales de LF.

Con referencia adicional a las Figuras 6A y 6B, el filtro (L2) de paso alto y el filtro (H8) de paso bajo proporcionan atenuación fuera de la banda de audio, y los bloques (L6 y H6) de control de excursión brindan protección para los transductores de baja y alta frecuencia. La corrección del ancho de haz a 1.4 kHz puede proporcionarse mediante filtros (L8 y H7) elípticos, y la estructuración de ganancia y el control de nivel dinámico mediante los amplificadores (L5 y H5) operacionales de ganancia/limitadores. La corrección de fase para lograr una respuesta de fase plana se logra mediante los bloques (L4 y H4) de corrección de fase, los cuales pueden implementarse mediante filtros FIR o una serie de filtros de paso total IIR.

En cuanto al desplazamiento de fase necesario para permitir la cancelación mediante interferencia destructiva de la energía acústica residual de la bocina capturada en las cámaras 41 laterales de LF, en el circuito de corrección que se ilustra, este desplazamiento de fase se consigue mediante el bloque L9 en el canal de baja frecuencia. Este bloque puede implementarse mediante un filtro de paso total centrado en la región de frecuencia afectada, en este caso a 1.5 kHz. De manera adecuada, este es un paso total de 2° orden con una Q de 4.0.

Se entenderá que el circuito de corrección que se ilustra en las Figuras 6A y 6B y que se describe anteriormente podrían implementarse mediante circuitos analógicos o mediante procesamiento de señales digitales. Los parámetros de filtro que se muestran en las Figuras 6A y 6B son parámetros de ejemplo para el altavoz de ejemplo descrito en este documento, el cual incluye las dimensiones establecidas anteriormente. El diseño de un circuito de corrección para cumplir con los criterios establecidos en el presente documento para un altavoz de acuerdo con la invención que tiene otras dimensiones y características de componentes estaría dentro del conocimiento de los expertos en la técnica.

Con las mejoras en el control del ancho del haz proporcionado con el circuito de corrección descrito anteriormente y que se ilustra en las Figuras 6A y 6B, ancho de haz horizontal de -6dB con suavizado de frecuencia de 3a octava es de 110 grados /-20 grados a partir de 300 Hz - 18 kHz. El gráfico de la Figura 7 muestra estos resultados medidos. El gráfico de la Figura 10 muestra el gráfico de la Figura 7 con la adición de líneas punteadas que muestran el ancho de haz medido de la bocina sola. Se puede ver en esta figura el estrechamiento descrito anteriormente del patrón de cobertura a 1.4 KHz con la bocina sola.

A la vez que se ha descrito una realización de la presente invención con considerable detalle en la memoria descriptiva anterior y los dibujos adjuntos, se entenderá que no se pretende que la invención se limite a tales detalles a menos que se indique expresamente. Otras realizaciones de la invención no descritas expresamente en el presente documento resultarán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica a partir de esta divulgación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un altavoz en disposición compuesto de

un gabinete (23) que tiene paredes superior (25), inferior (25) y laterales (29) que forman un recinto (31) y que además tiene un frente (33) con una abertura (35) frontal y un eje central (C) que pasa a través de dicha abertura frontal, una estructura (42) de montaje de bocina dispuesta en dicho eje central de dicho recinto detrás de la abertura frontal del mismo,

una bocina (37) para un transductor de alta frecuencia, teniendo dicha bocina una porción (47) de perímetro frontal que define un extremo (55) de boca, un extremo (57) de garganta, paredes laterales (61) ensanchadas que se extienden a partir de dicho extremo de garganta hasta dicho extremo de boca, y una pared (63) superior y una pared (65) inferior que se extienden entre dichas paredes laterales, y que además tienen un eje que se extiende a partir del extremo de garganta de la bocina a través del extremo de boca de la bocina que define un eje de propagación (P), la porción del perímetro frontal de la bocina que incluye bordes (49) perimetrales laterales, un borde (51) perimetral superior y un borde (53) perimetral inferior,

un transductor (39) de alta frecuencia montado en el extremo de garganta de la bocina para emitir energía acústica que emerge del extremo (55) de boca de la bocina (37) alrededor del eje de propagación (P) de la bocina,

estructuras (42) de montaje de transductores de baja frecuencia colocadas en dicho recinto detrás de la abertura frontal del mismo en lados opuestos de dicha estructura de montaje de bocina, y

al menos un transductor (41) de baja frecuencia orientado hacia adelante montado en cada una de dichas estructuras (42) de montaje de transductor de baja frecuencia de tal manera que los transductores de baja frecuencia estén colocados en dicho recinto en lados opuestos de dicha bocina,

caracterizado por que:

dicha bocina está montada en la estructura (42) de montaje de la bocina en el recinto (31) de tal manera que el eje de propagación (P) de la bocina se alinea sustancialmente con el eje central (C) de dicho recinto, y de tal manera que el extremo (55) de boca de la bocina (37) está posicionado en la abertura (35) frontal de dicho recinto, siendo el extremo de boca de dicha bocina más pequeño que la abertura frontal de dicho recinto de tal manera que se crean aberturas (73) de cámara lateral en la abertura frontal del recinto adyacente al extremo de boca de la bocina, y de tal manera que se creen espacios (75) superiores e inferiores en la parte delantera del recinto por encima y por debajo de los bordes (51,53) perimetrales superior e inferior de la porción (47) del perímetro frontal de la bocina,

estando colocados los transductores (41) de baja frecuencia en un ángulo predeterminado orientado hacia el interior y hacia adelante con respecto al eje de propagación (P) de la bocina, en donde cada transductor de baja frecuencia orientado hacia adelante se enfrenta hacia adentro, hacia el eje de propagación de la bocina, de modo que se enfrente a una pared lateral (61) ensanchada de la bocina y una de dichas aberturas (73) de la cámara lateral en la parte delantera del gabinete (23), y

en donde las cámaras (71) laterales de baja frecuencia que contienen un volumen de aire se forman entre los transductores (41) de baja frecuencia orientados hacia adelante y las paredes laterales (61) ensanchadas de la bocina (37), estando acopladas dichas cámaras laterales de baja frecuencia a la atmósfera a través de aberturas (73) de la cámara lateral en la abertura frontal del recinto adyacente al extremo de boca de la bocina, y

en donde los canales (77) de salida de baja frecuencia están formados por encima de la pared (63) superior de la bocina y debajo de la pared (65) inferior de la bocina, teniendo dichos canales de salida de baja frecuencia las siguientes características:

• tienen un volumen para contener un volumen de aire,

• se extienden a partir de aproximadamente la estructura de soporte de la bocina hasta los espacios en la parte frontal del recinto por encima y por debajo de los bordes perimetrales superior e inferior de la porción del perímetro frontal de la bocina,

• se acoplan a dichas cámaras laterales del transductor de baja frecuencia, y

2. El altavoz en disposición de la reivindicación 1, en donde dichos transductores (41) de baja frecuencia están dispuestos en dicho recinto en un ángulo orientado hacia adelante de entre aproximadamente 27 grados y aproximadamente 39 grados.

3. El altavoz en disposición de la reivindicación 1, en donde dichos transductores (41) de baja frecuencia están dispuestos en dicho recinto en un ángulo orientado hacia adelante de aproximadamente 33 grados.

4. El altavoz en disposición de la reivindicación 1, en donde el volumen de aire de los canales (77) de salida de baja frecuencia comprende entre aproximadamente el 20% y aproximadamente el 30% del volumen de aire combinado de las cámaras (71) laterales de baja frecuencia y los canales de salida de baja frecuencia.

5. El altavoz en disposición de la reivindicación 1, en donde el volumen de aire de los canales (77) de salida de baja frecuencia comprende aproximadamente el 25% del volumen de aire combinado de las cámaras (71) laterales de baja frecuencia y los canales de salida de baja frecuencia.

6. El altavoz en disposición de la reivindicación 1, en donde dichos transductores (41) de baja frecuencia son controladores de cono, y en donde cada uno de dichos controladores de cono tiene un centro.

7. El altavoz en disposición de la reivindicación 6, en donde dichos transductores (41) de baja frecuencia reciben señales de audio en y por debajo de una frecuencia de división y en donde los controladores de cono en lados opuestos de la bocina tienen una separación de centro a centro no mayor que aproximadamente el 60% de la longitud de onda de la señal a la frecuencia de división.

8. El altavoz en disposición de la reivindicación 6, en donde dichos transductores (41) de baja frecuencia reciben señales de audio en y por debajo de una frecuencia de división y en donde los controladores de cono en lados opuestos de la bocina tienen una separación de centro a centro no mayor que aproximadamente el 50% de la longitud de onda de la señal a la frecuencia de división.

9. El altavoz en disposición de la reivindicación 1, en donde dichos transductores (41) de baja frecuencia reciben señales de audio en y por debajo de una frecuencia de división y en donde la profundidad de los canales (77) de salida de baja frecuencia se mide a partir de aproximadamente la estructura (42) de soporte de la bocina hasta los espacios (75) en el frente (33) del recinto (23) por encima y por debajo de los bordes (51,53) perimetrales superior e inferior de la porción del perímetro frontal de la bocina (47) no es mayor que aproximadamente el 35% de la longitud de onda de la señal en el frecuencia de división.

10. El altavoz en disposición de la reivindicación 1, en donde dichos transductores (41) de baja frecuencia tienen superficies (79) radiantes, en donde los espacios (75) superior e inferior por encima y por debajo de los bordes (51, 53) perimetrales superior e inferior de la porción (47) del perímetro frontal de la bocina forman una boca de los canales de salida de baja frecuencia, y donde dicha boca tiene un área de la boca y dicha área de la boca está entre aproximadamente el 20% y el 30% del área de superficie total de las superficies radiantes de los transductores (41) de baja frecuencia .

11. El altavoz en disposición de la reivindicación 1, en donde dicha estructura (42) de montaje de bocina y dichas estructuras de montaje de transductor de baja frecuencia tienen la forma de un marco (42) de bisel único que tiene una pared (43) central plana para dicha bocina y paredes (45) laterales de bisel en ángulo para dichos controladores de baja frecuencia.

12. El altavoz en disposición de la reivindicación 1, en donde el rango de frecuencia de operación del altavoz incluye un rango de frecuencia de división en donde tanto los transductores (41) de baja frecuencia como los transductores (39) de alta frecuencia contribuyen a la salida acústica del altavoz, y en donde el altavoz comprende además medios de circuito de corrección (Figuras 6A y 6B), que incluye un circuito de división (L1, H2, L4, H3), para los transductores de alta y baja frecuencia, para compensar los efectos de distorsión del ancho del haz dentro de un rango de frecuencia afectado por encima del rango de frecuencia de división causada por la energía acústica residual propagada a partir de la bocina que es capturada y reflejada a partir de las cámaras (71) laterales de baja frecuencia formadas entre la bocina y los transductores de baja frecuencia.

13. El altavoz en disposición de la reivindicación 12, en donde dichos medios de circuito de corrección incluyen filtros (L1, H2, L4, H3, L8, H7) seleccionados y configurados para producir una caída gradual de los transductores de baja frecuencia por encima del rango de frecuencia de división para permitir los transductores de baja frecuencia para producir suficiente energía acústica dentro del rango de frecuencia afectado para cancelar la energía acústica residual capturada por las cámaras (71) laterales de baja frecuencia.

14. El altavoz en disposición de la reivindicación 13, en donde dichos medios de circuito de corrección incluyen además medios (L9) para desplazar la fase de la salida acústica de los transductores de baja frecuencia dentro del rango de frecuencia afectado.

15. El altavoz en disposición de la reivindicación 14, en donde los medios para cambiar la fase de la salida acústica de los transductores de baja frecuencia incluyen un filtro (L9) de paso total de 2° orden centrado dentro del rango de frecuencia afectado.

16. El altavoz en disposición de la reivindicación 1 en donde

los transductores (41) de baja frecuencia están colocados en dicho recinto en lados opuestos de dicha bocina en un ángulo predeterminado orientado hacia adelante de entre aproximadamente 27 grados y aproximadamente 39 grados con respecto al eje de propagación de la bocina, y en donde el volumen de aire de las cámaras laterales de baja frecuencia comprenden entre aproximadamente un 20% y aproximadamente un 30% del volumen de aire combinado de las cámaras laterales de baja frecuencia y los canales de salida de baja frecuencia.

17. El altavoz en disposición de la reivindicación 16, en donde dichos transductores (41) de baja frecuencia reciben señales de audio en y por debajo de una frecuencia de división y en donde los controladores de cono en lados opuestos de la bocina tienen una separación de centro a centro no mayor que aproximadamente el 60% de la longitud de onda de la señal en la frecuencia de división.

18. El altavoz en disposición de la reivindicación 17, en donde dichos transductores (41) de baja frecuencia reciben señales de audio en y por debajo de una frecuencia de división y en donde los controladores de cono en lados opuestos de la bocina tienen una separación de centro a centro no mayor que aproximadamente el 50% de la longitud de onda de la señal a la frecuencia de división.