!HU000227290B1! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
227 290
(13)
B1
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala
SZABADALMI LEÍRÁS (51) Int. Cl.:
(21) A bejelentés ügyszáma: P 07 00097 (22) A bejelentés napja: 2007. 01. 29.
H04R 3/04
(2006.01)
(40) A közzététel napja: 2009. 03. 02. (45) A megadás meghirdetésének dátuma a Szabadalmi Közlöny és Védjegyértesítõben: 2011. 02. 28.
(72) Feltaláló: Babos László, Érd (HU)
(73) Jogosult: Babos Kft., Érd (HU) (74) Képviselõ: dr. Köteles Zoltán, S. B. G. & K., Szabadalmi Ügyvivõi Iroda, Budapest
(54)
Hangsugárzó kapcsolási elrendezés linearizált hangátvitellel
(57) Kivonat A találmány tárgya hangsugárzó kapcsolási elrendezés linearizált hangátvitellel, amely dobozba épített hangszórót (6) tartalmaz, az elrendezés továbbá erõsítõ kimeneti kapcsaira (2, 3) csatlakozó összekötõ kábeleket (4, 5), és a hangszóróval (6) sorosan kapcsolt impedanciát képviselõ tagot tartalmaz. A talál-
HU 227 290 B1
1. ábra
A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 3 lap ábra)
mány értelmében az impedanciát képviselõ tag Relõ impedanciája R ´ (1- Qtc ) Relõ = b Qtc ahol Rb a hangszóró blokk impedanciája, és Qtc a hangszóró (6) jósági tényezõje.
1
HU 227 290 B1
A találmány tárgya hangsugárzó kapcsolási elrendezés linearizált hangátvitellel, amely hangdobozba épített hangszórót tartalmaz. Az elrendezés továbbá erõsítõ kimeneti kapcsaira csatlakozó összekötõ kábeleket és a hangszóróval sorosan kapcsolt impedanciát képviselõ tagot tartalmaz. Ismeretesek olyan hangtechnikai megoldások, amelyekkel a hangszórók, hangsugárzók frekvenciamenetének minél lineárisabb, ezáltal minél élethûbb hangvisszaadást biztosító kialakítását kívánják elérni. Ennek egy lehetséges megoldása, amikor több különbözõ frekvenciatartományra bontják a lesugározandó hangtartományt, ezáltal az egyes hangszórók egy szûk tartományban mûködnek, és ezáltal könnyebb biztosítani a linearitást. A frekvenciatartomány részekre bon-
5
10
15
2
tása hangváltókkal történik. Ez idáig nem született olyan passzív elektronikai megoldás, melynek alkalmazásával elérhetõ lenne a hangszórók alacsony frekvenciás tartományainak linearizálása. A megvalósult hangfalakban eddig csak rosszabb impulzusátvitelû hangszórók alkalmazására nyílt lehetõség, mellyel csak kompromisszumos hanghûség volt elérhetõ. A szakirodalomban több helyen kinyilvánításra került, hogy a hangszórók, különösen a mélysugárzó hangszórók kiválasztásához egyszerû optimalizálásra a hangdobozba épített jellemzõk tekintetében nincsen lehetõség. A következõ szakkönyv például ezzel foglalkozik: Klinger: Hangdoboz-építés, Marktech Kft., Budapest 1991. Ezen forrás szerint egy durva felosztást tesz lehetõvé a következõ összefüggés:
fs a be nem épített hangszóró rezonanciafrekvenciája F= –––– =––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– a beépítetlen hangszóró teljes minõségi tényezõje Qts Általában ezen F tényezõ értéke kisebb, mint 120 Hz. Felismertük azonban, hogy adott topológiai elrendezéssel és ahhoz tartozó számszerû összefüggések felhasználásával olyan hangdoboz és hangszóró együttes összeállításokat lehet készíteni, ahol a hang- 25 doboz kicsiny méretének ellenére a linearitás, ezáltal a hanghû visszaadás széles frekvenciatartományban biztosítható. Mindez fennáll a mély hangok tartományára, amelynél ez különösen meglepõ tulajdonság. Ennek megfelelõen találmányunk célja, hogy olyan 30 hangszórókapcsolást alakítsunk ki, amely az elõtét-impedancia megválasztása révén lehetõvé teszi az adott hangszóró lineáris mûködtetését. Célunkat a bevezetõ szerinti olyan megoldással érjük el a jelen találmány értelmében, amelyben a hangszóróval sorosan kötött 35 elõtét impedanciaértéke Relõ =
Rb ´ (1- Qtc ) Qtc
ahol Rb a hangszóró blokk impedanciája, és Qtc a beépített hangszóró jósági tényezõje. Az Rb hangszóró blokk impedanciája általában megegyezik a hangszóró Re egyenáramú ellenállásával. Adott esetben ezt befolyásolhatja egy a hangszóróval párhuzamosan kötött kapacitás, amely az Rb hangszóróblokk-impedanciát frekvenciafüggõ módon az Re hangszóró egyenáramú ellenállásértékénél kisebbre csökkenti. A dobozba épített hangszórók egyes jellemzõi (paraméterei) a beépítés következtében megváltoznak, így a képlet eredményeként kapott elõtét impedanciaértékét ezen tény egyes esetekben befolyásolhatja. Ez nem zárja ki a megvalósítás lehetõségét, csak a számítás eredményét kell igazítani a beépítés miatt megváltozott feltételekhez. Ennek egyszerû módja a méréssel történõ ellenõrzés elvégzése. Más kivitel esetében az adott komplex elõtét-impedancia a hangszórót az erõsítõvel összekötõ kábellel is megvalósítható.
40
45
50
55
60 2
A következõkben ábrák segítségével mutatjuk be, hogy a hangszóró milyen általános kapcsolási elrendezésben kerül beépítésre a hangdobozba, valamint a találmány további részleteit, ahol az: 1. ábra a találmány egy elsõ lehetséges kiviteli alakjának vázlatos kapcsolási elrendezése; a 2. ábra a találmány egy további lehetséges kiviteli alakjának vázlatos kapcsolási elrendezése; a 3. ábra a találmány egy még további lehetséges kiviteli alakjának vázlatos kapcsolási elrendezése; a 4. ábra a találmány egy további hasonló kiviteli alakjának vázlatos kapcsolási elrendezése; az 5. ábra a találmány egy lehetséges módosított kiviteli alakjának vázlatos kapcsolási elrendezése; a 6. ábra egy példaként tekintett kiváló minõségû hangszóró mért frekvenciamenete; a 7. ábra a 6. ábra szerinti hangszóró impedanciájának alakulása a frekvencia függvényében; és a 8. ábra a 6. ábra szerinti hangszóró frekvenciamenete, a találmány szerinti soros Relõ impedancia beépítése után. Az 1. ábra szerint a hangszóró kapcsolási elrendezést és beépítést úgy valósítjuk meg, hogy az 1 erõsítõ 2, 3 kimeneti kapcsaira csatlakozunk olyan 4, 5 összekötõ kábelekkel, amelyek ideálisan jó vezetõnek, vagyis alacsony impedanciájúnak tekinthetõek. A 6 hangszóró elé egy impedanciát képviselõ tagot, azaz ábránk szerint egy Relõ impedanciát helyezünk el, azzal soros kapcsolásban. Az Relõ impedancia lehet csak ohmos R1 ellenállás, például a 2. ábra szerint. Lehet azonban párhuzamos kapacitív vagy induktív taggal jellemezhetõ komplex effektív kialakítású is, mint késõbb a 3. és 4. ábrán fogjuk látni.
1
HU 227 290 B1
Találmányunk értelmében azt találtuk, hogy az Relõ impedancia megválasztásának hatékony módja, ha a következõ összefüggés szerint járunk el: Relõ =
Rb ´ (1- Qtc ) Qtc
Mint korábban is említettük, Rb a hangszóró saját ellenállása, és Qtc a beépített hangszóró jósági tényezõje. Az Rb hangszóró blokk impedanciája általában megegyezik a hangszóró Re egyenáramú ellenállásával. Ez igaz az 1–4. ábrák eseteire. A beépítetlen állapotra vonatkozó Qts jósági tényezõ számértéke egy-egy adott hangszóróra nézve általában ismert, vagy az adott hangszóró egyéb paramétereibõl kiszámítható. A beépített állapotbeli Qtc jósági tényezõ számításának módját a késõbbiekben szereplõ számpélda mutatja meg. Ahhoz, hogy az elõbb ismertetett képlet szerint meghatározott Relõ impedanciát alkalmazni tudjuk, ezt szétbonthatjuk több diszkrét elektromos komponensre. Így például meg tudjuk valósítani egy R1 ohmos ellenállással, valamint egy azzal sorba kapcsolt komplex taggal, amely R2 ellenállást és azzal párhuzamosan kapcsolt C2 kondenzátort tartalmaz, a 3. ábra szerint. Adott esetben az R2 ellenállás elhagyható, szakadással helyettesíthetõ. A 4. ábrán bemutatott megoldásnál egy R2 ellenállással párhuzamosan L1 induktivitás van kötve, valamint egy R3 soros ellenállás is szerepel. Ezen megoldás lényege, hogy a mélyebb hangfrekvencia-tartományokban a feszültségosztó hatás kisebb lesz, ami kisebb teljesítményveszteséget jelent. Adott esetben az R2 ellenállás itt is elhagyható, szakadással helyettesíthetõ. Lehetséges továbbá – akár a 2. ábra, akár a 3. vagy 4. ábra szerinti kiviteli alak esetén –, hogy a 6 hangszóróval párhuzamosan kapcsoljunk egy C1 kapacitást, az 5. ábra szerint. Ezzel módosítjuk a képletben szereplõ Re hangszóró saját ellenállása értéket, amely így maga is komplex szám lesz, mint az az elektrotechnikából ismeretes. Így az Relõ impedanciára is komplex számot kapunk. További lehetõség, hogy osztott paraméterû hálózatként a 4, 5 összekötõ kábelek vannak úgy megválasztva, hogy együttesen a megfelelõen számított Relõ impedanciát biztosítsák a 6 hangszóró számára. A találmány szerinti megoldás kialakításához célszerûen (ha nem osztott paraméterû hálózatot alkalmazunk) a diszkrét elemek – például R1 vagy R2 ellenállás, C2 kapacitás – a 6 hangszóró közelében, a hangdobozon belül kerülnek elhelyezésre. Mivel az adott kapcsolás olyan osztót képez a 6 hangszóróval, amelynek hatására a meghajtóteljesítmény csak részben kerül a 6 hangszóróra, így némi teljesítményveszteség keletkezik. Lényegében ez az ára a hanghû lineáris átvitel lehetõségének, amely egyetlen, akár nem is kifejezetten mély hangok sugárzására tervezett hangszóróval is elérhetõ. A valós vagy komplex elõtét ellenállásnagyságát, azaz az Relõ impedanciát, találmányunk szerint úgy kell
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
2
méretezni, hogy az eredõ frekvenciamenet a lineárishoz legjobban közelítsen. Ily módon elérhetõ például, hogy egy 6 hangszóró, amelynek rezonanciafrekvenciája 50 Hz, de a hangszóró általános amplitúdójához képest ezen a frekvencián 12 dB hangnyomáscsökkenés mérhetõ, az Relõ impedancia alkalmazásával lineáris hangképet nyújt. A találmány szerinti megoldás mint hangváltó is mûködik, amely esetben például közös hangdobozba épített több különbözõ típusú hangszórót alkalmazunk. Az erõsítõ kimenetére a különbözõ tulajdonságú hangszórókat párhuzamosan kapcsoljuk, így az elé a hangszóró elé, melynek frekvenciamenetét módosítani szeretnénk a fenti lehetõségek egyikével alkalmazható a találmányunk. A találmány szerinti elrendezéssel elérhetõ hatás lényege, hogy a soros elõtét ellenállás, azaz az Relõ impedancia, a 6 hangszóróval egy feszültségosztót képez, amely a frekvencia függvényében az átfolyó áram mennyiségét nem lineáris módon csökkenti. Ahol a 6 hangszóró váltóáramú ellenállása nagy értéket mutat, ott ez az osztóhatás kisebb mértékû, mint ahol a váltóáramú ellenállás kisebb. A továbbiakban egy példával illusztráljuk, milyen javulás érhetõ el egy átlagon felüli minõségû, eredetileg középhangok lesugárzására alkalmas hangszóró frekvenciamenetében. A 6. ábra egy ilyen, dobozba épített hangváltó nélküli hangszóró frekvenciamenetét ábrázolja, a találmány alkalmazása nélkül. A 6. ábrán látható frekvenciamenettel rendelkezõ hangszóró fõbb paraméterei a következõk voltak: A hangszóró egyenáramú Re ellenállása: 5,5 ohm. A hangszóró teljes Qts jósági tényezõje beépítetlen állapotban: 0,09. A hangszóró Fs rezonanciafrekvenciája: 53 Hz. A 7. ábra a beépített hangszóró váltóáramú ellenállását ábrázolja a frekvencia függvényében. Jól látható az impedanciacsúcs, amely a lineáris hangátviteli viselkedést eleve korlátozza. A 8. ábra a találmány szerint megválasztott soros elõtét Relõ impedancia alkalmazásával tapasztalt frekvenciamenet, ahol ohmos Relõ impedanciát alkalmazunk. A hangszóró teljes Qts jósági tényezõje beépített állapotban a következõ képlettel számítható ki (Thiele és R. H. Small képlete alapján): Qtc/Qts=Fc/Fs ahol Qtc a beépített hangszóró jósági tényezõje. A beépített hangszóró Fc rezonanciafrekvenciája: 60 Hz Qtc=(Fc/Fs)*Qts=(60/53)*0,09=0,10 A jelen találmány szerinti módon meghatároztuk, hogy elõtétként mekkora soros Relõ impedancia van szükség az adott hangszóró lineáris frekvenciamenetének eléréséhez. Relõ =
Re ´ (1- Qtc ) 5,5 ´ (1- 0,1) 4,95 = = = 49,5 ohm Qtc 0,1 0,1
A 7. ábra megmutatja, hogy a példánkban szereplõ 60 korábbi hangszóróval sorba kötött Relõ=49,5 ohm el3
1
HU 227 290 B1
lenállás hatására a frekvenciamenet hogyan módosult. Látható, hogy különösen a mély hangok tartományában a javulás jelentõs. Az is látható, hogy ennek ára az, hogy az egész diagram „lejjebb csúszott”, vagyis a teljesítmény-hatásfok csökkent. A bevezetõ részben már említett F=fs/Qts frekvenciaérték alapvetõen meghatározza a hangszóró beépíthetõségének lehetõségét. Amennyiben az F érték nagy, a hangszórót a megfelelõ linearitás elérésének céljából csak tölcséres, vagy exponenciális kialakítású hangdobozba építhetjük be. Ebben az esetben a találmányunk szerinti megoldás alkalmazhatósága megalapozottabb, és jelentõs javulást eredményez a frekvenciamenetben. Így például F>100 Hz esetében, a találmányunk szerinti megoldás kiterjedten alkalmazható még akkor is, ha az Relõ impedancia pontosan számított értékétõl akár ±50%-ban eltérünk. Ennél nagyobb eltérés már csak kisebb mértékben elégíti ki a linearizálás követelményét, a találmányunkban megjelölt célt. Az F<100 Hz esetében, a kapott találmány szerinti Relõ impedancia számított értéke kisebb lesz, és a vezetékek ohmos ellenállásához közelebb esik értékében, emiatt indokolt a kisebb tolerancia megengedése a pontosan számított értékhez képest. Ekkor például ±30% toleranciát célszerû megengednünk. Természetesen ahhoz, hogy a találmány elõnye valóban jól érvényesüljön, célszerû kisebb, nevezetesen az iménti sorrendben ±25 és ±15% értékû toleranciával dolgozni.
5
10
15
20
25
2
5. Az 1. igénypont szerinti hangsugárzó kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az Relõ impedancia komplex, és olyan taggal van megvalósítva, amely a hangszóróval (6) sorba kapcsolt ohmos ellenállást (R3), valamint egy azzal sorba kapcsolt további ellenállást (R2) és utóbbival párhuzamosan kapcsolt induktivitást (L1) tartalmaz. 6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti hangsugárzó kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a további ellenállás (R2) értéke végtelen nagy, vagy szakadással van helyettesítve. 7. Az 1–6. igénypontok bármelyike szerinti hangsugárzó kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a hangszóróval (6) párhuzamosan legalább egy kapacitás (C1) van kapcsolva. 8. Az 1–5. igénypontok bármelyike szerinti hangsugárzó kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az ohmos ellenállás (R1 vagy R3) és/vagy a további ellenállás (R2) ellenállással rendelkezõ összekötõ kábelekkel (4, 5) van megvalósítva. 9. Az 1–8. igénypontok bármelyike szerinti hangsugárzó kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy több azonos típusú, párhuzamosan kapcsolt hangszóró van közös hangdobozba építve, az erõsítõ kimeneti kapcsaira (2, 3) csatlakozó összekötõ kábeleket (4, 5), és a párhuzamosan kapcsolt hangszórókkal (6) sorosan kapcsolt impedanciát képviselõ tagot (Relõ) tartalmaz, ahol az impedanciát képviselõ tag (Relõ) impedanciája az alábbi összefüggéssel van meghatározva:
30 Relõ
SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Hangsugárzó kapcsolási elrendezés linearizált hangátvitellel, amely dobozba épített hangszórót (6) tartalmaz, az elrendezés továbbá erõsítõ kimeneti kapcsaira (2, 3) csatlakozó összekötõ kábeleket (4, 5), és a hangszóróval (6) sorosan kapcsolt impedanciát képviselõ tagot tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az impedanciát képviselõ tag Relõ impedanciája Relõ =
Rb ´ (1- Qtc ) Qtc
ahol Rb a hangszóró blokk impedanciája, és Qtc a beépített hangszóró (6) jósági tényezõje. 2. Az 1. igénypont szerinti hangsugárzó kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az Rb hangszóró blokk impedanciája azonos a hangszóró (6) Re egyenáramú ellenállásával. 3. Az 1. igénypont szerinti hangsugárzó kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az Relõ impedancia ohmos ellenállással (R1) van megvalósítva. 4. Az 1. igénypont szerinti hangsugárzó kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az Relõ impedancia komplex, és olyan taggal van megvalósítva, amely a hangszóróval (6) sorba kapcsolt ohmos ellenállást (R1), valamint egy azzal sorba kapcsolt további ellenállást (R2) és utóbbival párhuzamosan kapcsolt kondenzátort (C2) tartalmaz.
Rb ´ (1- Qtc ) Qtc = hangszórók száma
ahol Rb a hangszóró blokk impedanciája, és Qtc egy 35 darab beépített hangszóró (6) jósági tényezõje. 10. A 9. igénypont szerinti hangsugárzó kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az Rb hangszóró blokk impedanciája azonos egy darab hangszóró (6) Re egyenáramú ellenállásával. 11. Az 1–8. igénypontok bármelyike szerinti hang40 sugárzó kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy több azonos típusú, sorosan kapcsolt hangszóró van közös hangdobozba építve, az erõsítõ kimeneti kapcsaira (2, 3) csatlakozó összekötõ kábeleket (4, 5), és 45 a párhuzamosan kapcsolt hangszórókkal (6) sorosan kapcsolt impedanciát képviselõ tagot (Relõ) tartalmaz, ahol az impedanciát képviselõ tag (Relõ) impedanciája az alábbi összefüggéssel van meghatározva: 50
Relõ =
Rb ´hangszórók száma ´ (1- Qtc ) Qtc
ahol Rb a hangszóró blokk impedanciája, és Qtc egy darab beépített hangszóró jósági tényezõje. 12. A 11. igénypont szerinti hangsugárzó kapcsolá55 si elrendezés, azzal jellemezve, hogy az Rb hangszóró blokk impedanciája azonos egy darab hangszóró (6) Re egyenáramú ellenállásával. 13. Az 1–12. igénypontok bármelyike szerinti hangsugárzó kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy 60 ha egy adott hangszóróra (6) az F=fs/Qts frekvenciaér4
1
HU 227 290 B1
2
ha egy adott hangszóróra (6) az F=fs/Qts frekvenciaértéke nagyobb, mint 100 Hz, akkor a hangszóróval (6) sorosan kapcsolt impedanciát képviselõ tag értéke a téke kisebb, mint 100 Hz, akkor a hangszóróval (6) soszámított Relõ impedancia értékétõl ±50%¹os toleranrosan kapcsolt impedanciát képviselõ tag értéke a száciatartományon belül eltérõ lehet. mított Relõ impedancia értékétõl ±30%¹os toleranciatar14. A 13. igénypont szerinti hangsugárzó kapcsolási 5 tományon belül eltérõ lehet. 16. A 15. igénypont szerinti hangsugárzó kapcsoláelrendezés, azzal jellemezve, hogy ha egy adott hangsi elrendezés, azzal jellemezve, hogy ha egy adott szóróra (6) az F=fs/Qts frekvenciaértéke nagyobb, mint hangszóróra (6) az F=fs/Qts frekvenciaértéke kisebb, 100 Hz, akkor a hangszóróval (6) sorosan kapcsolt impemint 100 Hz, akkor a hangszóróval (6) sorosan kapdanciát képviselõ tag értéke a számított Relõ impedancia értékétõl ±25%¹os toleranciatartományon belül térhet el. 10 csolt impedanciát képviselõ tag értéke a számított Relõ 15. Az 1–12. igénypontok bármelyike szerinti hangimpedancia értékétõl ±15%¹os toleranciatartományon sugárzó kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy belül térhet el.
5
HU 227 290 B1 Int. Cl.: H04R 3/04
6
HU 227 290 B1 Int. Cl.: H04R 3/04
7
HU 227 290 B1 Int. Cl.: H04R 3/04
Kiadja a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest
