FI63313C - Hoegtalare - Google Patents

Description

6331 3

Kaiutin Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen kaiutin.

5 Tällaista kaiutinta voidaan käyttää äänentoistoon kaikkialla, missä äänen laadulle asetetaan erityisen suuret vaatimukset.

Ylivoimaisesti suurin osa nykyisistä kaiuttimista on dynaamisia elementtejä käyttämällä tehtyjä koteloitu-10 ja kaiuttimia. Kotelotyyppi voi olla suljettu, bassore- fleksiperiaatteella toimiva tai jokin siirtolinjaratkaisu. Korkeaäänielementteinä käytetään myös joskus pietso-sähköisellä periaatteella toimivia elementtejä. On olemassa myös kokonaan tai osittain sähköstaattisia 15 kaiuttimia.

Kaiutinsuunnittelijät ovat tehneet vuosikaiisia töitä kaiuttimien äänenlaadun parantamiseksi, jolloin mm. seuraaviin detaljeihin on kiinnitetty runsaasti huomiota: 20 - elementtien transienttivaste, jälkivärähtelyt, diffraktioilmiön vaikutuksen minimointi, laatikkoresonanssien vähentäminen ja - eri särömuodot, mm. vaihesärö.

Näitä asioita on tutkittu mittauksin pääasiassa kaiuttomas-25 sa huoneessa, ja mainittuja ominaisuuksia on yritetty parantaa kehittämällä kaiutinelementtejä ja laatikko-rakenteita. Yleensä väitetään, että kaiutin on äänentoistoketjun heikoin lenkki. On myös tunnettua, miten eri tavoin sama kaiutin soi eri huoneissa, ja 30 samassakin huoneessa eri paikkaan sijoitettuna. Tämän vuoksi onkin mielenkiintoista selvittää, miten hyvä on tämän päivän "hyvän*1 kaiuttimen absoluuttinen äänenlaatu silloin, kun kuunteluhuoneen vaikutus on eliminoitu. Tätä asiaa voidaan tutkia kuvion 1 mukai-35 sella järjestelyllä. Siinä on tutkittava kaiutin sijoitettu kaiuttomaan huoneeseen ja sen mittausakselilla 6331 3 2 m:n etäisyydellä on korkealuokkainen mittausmikrofoni, esim. B & K U1U5 - Ohjelmalähteestä syötetään signaali päätevahvistimen kautta kaiuttimeen ja toisaalta kytkimen A kautta tarkkailuvahvistimelle. Kytkimen A 5 avulla voidaan verrata kaiuttimen kautta tulevaa ja "suoraa johtoa" pitkin tulevaa ääntä keskenään. Samantapaisia kokeita ovat tehneet mm. Dr. P.A. Fryer, K.F. Russel ja R. Lee (AES preprints 1U95 ja 1567). Tämän järjestelyn mukaisia kuuntelukokeita on suoritettu 10 useaan otteeseen v. 1981 aikana. Lopputoteamukseksi on jäänyt joka kerta, että normaalilla ohjelmamateriaalilla ylivoimaisesti eniten ääntä värittävä tekijä on epätasainen taajuusvaste. Jos taajuusvaste (tässä yhteydessä luonnollisesti vapaakenttävaste) on kunnossa, ei 15 ole juurikaan eroa "suoran" äänen ja kaiuttimen kautta toistetun välillä. Itse asiassa hyvä kaiutin kuulostaa lähes ideaaliselta tällä tavalla kuunneltuna verrattuna siihen, miten se soi tavallisessa huoneessa.

Edellisessä kappaleessa mainittujen seikkojen 20 aiheuttama äänen värittyminen tulee kuuluviin tällaisessa kuuntelukokeessa. Näitä ominaisuuksia parantamalla ei voida siis oleellisesti parantaa kaiuttimen äänen laatua. Tätä seuraakin looginen kysymys: Mitä kaiuttimen ominaisuuksia pitäisi parantaa, jotta se 25 soisi hyvin myös kaiullisessa tilassa? Tai: Mitä vikaa on nykyisissä kaiuttimissa? Kuunteluhuoneen aiheuttama väritys aiheutuu ainakin seuraavista syistä:

Taajdusalueen alimmalla dekadilla säteily-kuvio on pallo (kaikki koteloidut kaiuttimet), 30 - koko taajuusalueella säteilykuvio on liian laaja, lisäksi liikaa taajuudesta riippuva, ei ole osattu riittävästi ottaa huomioon aikaisimpien heijastusten merkitystä.

Näistä syistä kuunteluhuoneen oma akustiikka 35 pääsee aivan liiaksi huonontamaan kaiuttimen omaa äänenlaatua. Tilanne on erityisen paha juuri taajuus- 3 63313 alueen alapäässä, jossa yhtaikaa kaiuttimen säteilemä teho ja huoneen jälkLkaiunta-aika ovat maksimissa. Lisäksi juuri tällä taajuusalueella huoneessa esiintyy runsaasti seisovia aaltoja, jotka entisestäänkin vä-5 rittävät ääntä. Tässä paljastuukin kaksi vanhaa käsitystä virheellisiksi: 1. Kaiuttimen suuntaavuutta on yleisesti pidetty negatiivisena asiana. Riittävä suuntaavuus onkin toivottu ominaisuus, koska näin voidaan 10 kasvattaa kuuntelupaikalle tulevan suoran äänen osuutta heijastuneisiin ääniin nähden. Kuunteluhuoneen akustiikkahan ei vaikuta suoraan ääneen. Luonnollisesti kaiuttimen suuntaavuus ei saa riippua taajuudesta.

15 2. Sähköstaattisten kaiuttimien erinomainen äänten- laatu ei johdukaan vain toimintaperiaatteesta, vaan suurimmaksi osaksi suuntaavuudesta. Ne ovat akustisia dipoleja, ja tällöin niillä on suuntaavuutta myös "bassopäässä. Myös 20 korkeammilla taajuuksilla niiden suuntaavuus on suurempi kuin tavallisilla kaiuttimille, koska niiden säteilevä pinta on suurempi. Sähköstaattisten kaiuttimien heikkoutena on kuitenkin hassotoiston rajoittuneisuus (elektro-25 dien amplitudi on rajoitettu) sekä korkea hinta.

Edellä mainittuihin havaintoihin nojautuen tämän keksinnön avulla on mahdollista huomattavissa määrin poistaa aikaisemmissa kaiutinratkaisuissa esiintyviä epäkohtia ja saada aikaan aivan uudentyyppinen kaiutin.

30 Keksintö perustuu seuraaviin ajatuksiin: 1. Käytetään n-kertaluvun (n > 1) gradienttisäteilijää. matalilla taajuuksilla.

2. Bassoelementtejä ei ole koteloitu.

3. Ylemmillä taajuuksilla toistosta huolehtii 35 useasta elementistä koottu säteilijäryhmä, jonka suuntaavuus on lähes vakio ja käyttö- 4 63313 tarkoitukseen sopivan suuruinen.

Säteilijäryhmän pääkeila on suunnattu kuulijaa kohti käyttämällä hyväksi osittain viivepiire-jä (all-pass filter), osittain mitoittamalla 5 jakosuodin ja sen omat viiveet tarkoitukseen sopivalla tavalla.

5. Kaiuttimen kanssa käjtetään ekvalisaattoria, joka rajaa kaiuttimeen syötettävän taajuus alueen sopivasti ja suorittaa tarvittavat 10 taajuusvastekorjaukset.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle kaiuttimelle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaisella kaiuttimella on huomattavia 15 etuja aikaisempiin ratkaisuihin verrattuna:

Koska kaiutin on matalilla taajuuksilla gradienttisäteilijä, se on myös näillä taajuuksilla suuntaava. Suuntaavuus on n. 1*, 8 dB silloin, kun kaiuttimen mitat ovat pienet 20 aallonpituuteen nähden, ja kyseessä on 1.kerta luvun gradienttisäteilijä. Tavallisen koteloidun kaiuttimen suuntaavuus on 0 dB silloin, kun kaiutin on pieni aallonpituuteen nähden.

Koska säteilykuvio matalilla taajuuksilla on 25 kahdeksikko, kaiutin herättää huoneen aksiaalisia seisovia aaltoja vain yhdessä suunnassa.

Koska koko taajuusalueella kaiuttimen suuntaavuus on riittävän suuri ja jokseenkin vakio, heijastuneiden äänien osuus on suhteellis«Äipienempi ja 30 siten myös huoneen aiheuttama väritys.

Koska suuremman suuntaavuuden lisäksi pääkeila on käännetty kuuntelijaa kohti, lattian kautta tulevat erittäin haitalliset heijastukset jäävät pienemmiksi.

35 - Kaiutinparin muodostama stereokuva on parempi suuremman suuntaavuuden johdosta.

5 6331 3 - Kaiutin ei äänilähteenä vaikuta yhtä pistemäiseltä kuin tavallinen kaiutin.

Koska ei ole kaiutinlaatikkoa, ei ole myöskään laatikkoresonanssej a.

5 Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastele maan liitteenä olevien piirustuskuvioiden 2-6 mukaisten suoritusesimerkkien avulla.

Kuvio 2 esittää perspektiivikuvantona yhtä keksinnön mukaista kaiutinta.

10 Kuvio 3 esittää sivukuvantona kuvion 2 mukaista kaiu·^ tinta.

Kuvio 4 esittää keksinnön .mukaisessa kaiutinjärjestelmässä käytettävän ekvalisaattorin lohkokaaviota.

Kuvio 5 esittää kuvion U mukaisen ekvalisaattorin 15 kytkentäkaaviota.

Kuvio 6 esittää keksinnön mukaisessa kaiutinjärjestelmässä käytettävän passiivisen jakosuotimen kytkentäkaaviota.

Kuvioiden 2 ja 3 mukainen kaiutin koostuu etulevystä, 20 siihen kiinnitetyistä kaiutinelementeistä 21, 22, 31, 32, 33, jakosuotimesta 5, jalustasta 4 sekä ekvalisaattorista (kuvio 1+) .

Bassoelementit 21, 22 ovat muuten tavanomaisia dynaamisia elementtejä, mutta niiden puhekela, magneetti-25 piiri ja kartion ripustus ovat siten mitoitetut, että kartion suuri lineaarinen poikkeama on mahdollinen.

Elementit ovat keskenään samanlaisia. Konstruktiolle on ominaista se, että se on takaa avoin, ts. bassoelementit 21, 22 pääsevät vapaasti säteilemään sekä eteen että 30 taakse. Näin se toimii matalilla taajuuksilla 1. kertaluvun gradienttisäteilijänä.

l’orinteisen ajattelun mukaan konstruktiolla on heikkoutena akustinen oikosulku: taajuuksilla, joilla aallonpituus on suuri verrattuna matkaan etulevyn 1 35 ympäri tai aallonpituus tai sen monikerta on tämän matkan suuruinen, etu- ja taka-aalto osittain kumoavat toisensa.

6 63313

Vastaavasti taajuuksilla, joilla tämä matka on puolen aallon tai sen parittoman monikerran suuruinen, etuja taka-aalto korostavat toisiaan. Taajuusvasteeseen näin muodostuvan aaltoilun minimoimiseksi elementit on 5 sijoitettu etulevyyn 1 epäsymmetrisesti. Koska epäsymmetrinen sijoitus tekee säteilykuviostakin hieman epäsymmetrisen, stereoparin muodostavat kaiuttimet ovat toistensa peilikuvia. Ekvalisaattorin (kuvio U) avulla voidaan helposti korjata akustisen oikosulun aiheuttama 10 bassojen vaimeneminen. Siten konstruktiosta saatava hyöty suuremman suuntaavuuden muodossa on huomattavasti suurempi kuin bassojen vaimenemisesta aiheuttava haitta. Korkeaäänielementit 31, 32, 33 ovat niinikään keskenään samanlaisia, mutta takaa suljettua tyyppiä. Elementit 15 on sijoitettu samalle pystyakselille. Toiminnot aktiivisen suotimen (ekvalisaattorin) ja passiivisen jakosuotimen välillä on jaettu seuraavasti:

Passiivisessa suotimessa suoritetaan vain kaiutinelementtikohtaiset suodatukset sekä 20 synnytetään eri elementtien tarvitsemat viiveet.

Ekvalisaattorilla korjataan koko systeemin taajuusvaste suoraksi.

Kuviossa 6 esitetystä passiivisen jakosuotimen kytkentäkaaviosta käy ilmi, ettei bassoelementtejä 21, 22 ole 25 kytketty suaraan rinnakkain, vaan ylempää bassoelementtiä 21 syötetään viivepiirin kautta. Viiveen suuruus on n.

160 ps, mikä vastaa tilannetta, että ylempi bassoelementti 21 olisi n. 5 cm taaempana kuin alempi. Tämä on tehty siksi, että elementtien pääkeila kääntyisi vähän ylöspäin, kuuli-30 jaa kohti, ja samalla lattian kautta heijastuvan signaalin voimakkuus pienenee. Viivepiirin vaikutus on selvästi nähtävissä säteilykuvion muodossa vertikaalitasossa.

Bassoelementeillä on yhteinen alipäästösuodatin L, - C .

1 2

Korkeaäänielementit on kytketty seuraavasti: 35 - kaikilla on yhteinen ylipäästösuodatin Cg - -L^ ylimmällä ja keskimmäisellä elementillä on ali- 7 63313 päästönä toimiva kai stante stosuodin Lg - q ja Lrj - C12.

Jotta pääkeilaa saataisiin käännetyksi ylöspäin kuulijaa kohti ja poispäin lattiasta, pitää sillä 5 taajuusalueella, millä useampia elementtejä on äänessä samanaikaisesti, ylempiä elementtejä viivästää alempiin nähden. Kun kelat Lg ja "pudottavat” korkeaääniele-menteistä yhden kerrallaan pois ylhäältä alaspäin, ne samanaikaisesti aiheuttavat sopivan viiveen. Koska 10 säteilylähteiden lukumäärä vähenee täten taajuuden kasvaessa, säteilijäryhmän suuntaavuus pysyy kaiken aikaa . lähes vakiona.

Elementtien sijoituksen johdosta säteilykuvio on vertikaalitasossa huomattavasti kapeampi kuin horisontaali-15 tasossa.

Kondensaattorin tarkoitus on suojata bassoelemen-tit päätevahvistimesta mahdollisesti tulevilta tasajännit-teiltä.

Ekvalisaattorin (kuvio 5) tehtävä on korjata 20 kaiuttimen vapaakenttävaste suoraksi. Se on toteutettu aktiivisilla suotimilla, joiden aktiivisina elementteinä toimivat erittäin hyvälaatuiset operaatiovahvistimet...Ag.

Ekvalisaattori on rakennettu erilliseen koteloon, ja se kytketään vahvistimen TAPE MONITOR- tai PRE OUT/MAIN 25 IN - liitäntään.

Lopputuloksen kannalta on oleellista, että seuraa-vat ehdot täyttyvät:

Kaiuttimen pitää olla myös bassoalueella suuntaa-va. Ainoa käytännöllinen ratkaisu on gradient-30 tisäteilijä.

Keski- ja diskanttialueella pidetään sopivalla säteilijäryhmällä huolta riittävästä suuntaa-vuudesta. Alemmilla keskiäänillä voidaan käyttää myös gradienttisäteilijää.

35 Ottaen huomioon nämä seikat voidaan ajatella myös seuraavanlaisia ratkaisuja:

Claims (7)

1. 8 63313 Ratkaisu on muuten kuvatun kaltainen, mutta elementtien lukumäärä toinen. Jätetään etulevy kokonaan pois, jolloin säteilykuviosta saadaan entistäkin ideaalisempi 5 ("baffelivaikutus" jää pois). Tällöin vaaditaan kuitenkin bassoelementeiltä enemmän liikevaraa ja/tai pinta-alaa. Suodatus voidaan tehdä myös täysin aktiivisesti, ts. suotimet ovat vain piensignaalipuolella ja 10 jokaisella kaiut inelement illä/elementtiryhmällä on oma päätevahvistin. - Etulevyn taakse voidaan lisätä yksi korkea- äänikaiutin, jotta tehovasteeseen "automaattisesti" tuleva 3 dB:n virhe jäisi pois. Samalla 15 kaiutin kuulostaisi paremmalta takaa päin kuunneltuna.
2. 1. Kaiutin, joka käsittää ainakin kaksi bassoeleraenttiä (21, 22), ainakin kaksi korkeaäänielementtiä (31, 32, 33), jotka on sovitettu bassoelementtien (21, 22) yläpuolelle, 25. jakosuotimen (5) elementtikohtaisen suodatuksen ja eri elementtien (21, 22; 31, 32, 33) tarvitsemien viiveiden synnyttämiseksi, rungon (1), johon bassoelementit (21, 22) ja korkeaäänieleraentit (31, 32, 33) ovat kiinni-3° tetyt, ja jalustan (li) , johon runko (1) on tuettu, tunnettu siitä, että runkona on ainakin likimain pystysuora levy, (l) kehikko tai sentapainen, 9 6331 3 bassoelementit (21, 22) on kiinnitetty runkoon ( 1 ) ilman kotelointia, korkeaäänielementit (31, 32, 33) on koottu säteilijäryhraäksi, jonka suuntaavuus on taajuuden 5 suhteen ainakin likimain vakiosuuruinen , ja kaiutin on varustettu ekvalisaattorilla koko järjestelmän taajuusvasteen suoristamiseksi.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin, tunnettu siitä, että korkeaäänielementeistä 10 koottu säte ilijäryhmä käsittää ainakin kolme samalle pystyakselille sovitettua elementtiä (31, 32, 33).
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin, tunnettu siitä, että kaikki korkeaäänielementit (31, 32, 33) ovat keskenään identtiset.
5. 15 U. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin, tunnettu siitä, että bassoelementit (21, 22) ovat keskenään identtiset ja samalla pystyakselille sovitetut.
6. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin, 20 tunnet t u siitä, että levy (1) on suorakulmion muotoinen ja kaikki elementit (21, 22; 31, 32, 33) on sovitettu samalle levyn (1 ) symmetria-akselista poikkeavalle pystyakselille.
7. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin, 25. u n ne t t u siitä, että ekvalisaattori on toteutettu aktiivisilla suotimilla, joiden aktiivisina elementteinä toimivat hyvälaatuiset operaatio-vahvistimet (A,j...Ag) (kuvio 5). 6331 3 1 o