空気圧式ディスクリートラウドスピーカー

テクノロジーの新しい分野はディスクリートアコースティックスです。



こんにちは！この出版物は、困難で費用のかかるビジネスで志を同じくする人々や愛好家を見つけて団結させ、新しいタイプの音響デバイスを作成するためのものです。つまり、ディスクリート音響変換器です。



最近の技術の歴史を思い出してみましょう。エレクトロニクスがどのように発展したか。20世紀初頭に最初のトライオード真空管増幅管が登場して以来。そして、それは行き来しました。ラジオ、送信機、アンプはますます完璧になりました。その後、1950年代に半導体デバイスが登場し、電子機器の開発がさらに加速しました。



電子機器のサイズと重量が小さくなりました。信頼性と技術力が向上しました。 1970年代後半までに、アナログ電子機器は非常に進歩しました。しかしその後、ますます大声で、エレクトロニクスの新しい部門がそれ自体を宣言し始めました-デジタルエレクトロニクス。アナログ電子機器の力を超えていたこれらのタスクは、デジタル電子機器の方法によって完全に解決されます。 「デジタル」の登場により、エレクトロニクスの開発に強力で質的なブレークスルーがあり、その可能性は今日素晴らしいものであると言っても過言ではありません。



光学系の開発でも状況はほぼ同じでした。光学は徐々に発展しました。最初の原始的なガラスは、エジプトのピラミッドの発掘中に発見されました。第二次世界大戦の海底ペリスコープは、最高の程度で、光学の分野における工学技術の具体化でした。すべてが直線的かつ測定的に発展しました。しかし、それは陛下のレーザーが光学に来る前でした。彼の外見と量子光学の方法で、彼女はそのような飛躍を遂げました！情報を記録するホログラフィーと光学的方法だけで、賞賛と賞賛を呼び起こします。



しかし、例えば、音響。当初、その性質上、すべてのデバイスと方法はアナログですが、なぜ光学系や電子機器よりも悪いのですか？ここでも同様の飛躍が必要です。なぜ離散的なデジタル手法が音響で使用されないのですか？



この状況を変えたい。私たちが話したり、叫んだり、歌ったりするとき、私たちはボーカルコードで肺からの気流を調節し、口腔内の共振器を通過して音の振動を発します。しかし同時に、技術的なデバイスを介してサウンドを再生するために、サウンドを取得するためにまったく異なる方法を使用することがよくあります-メンブレン、ストリング、またはチューニングフォークをサウンド周波数範囲で強制的に振動させますか？気流を遮断する装置の効率は、振動部品を備えた装置の効率よりも明らかに高い。大まかに言えば、真鍮のバンドは、他の条件が同じであれば、弦のバンドよりも大きく聞こえます。



今日の主な音源は動電型ラウドスピーカーです。それらはラジオの出現とほぼ同時に現れました。つまり、それらは100年以上存在しています。それ以来、彼らのデザインは根本的に変わっていません。強力な永久磁石のフィールドには、オーディオ周波数の交流電流が流れるコイルがあります。コイルはスピーカーコーンに機械的に接続されています。コイルが振動し、ディフューザーも一緒に振動し、音が聞こえます。簡単だ。しかし、そのようなラウドスピーカーの出力を上げることが課題である場合、設計者は一連の不溶性の矛盾に直面します。電力を増やす必要があります-つまり、コイルの電流を増やす必要があります-したがって、より大きな直径のワイヤーが必要になります。また、より大きな直径のワイヤーを使用すると、コイルの質量が必然的に増加します。巨大なコイルは、動電型ラウドスピーカーの周波数特性を低下させます。重い巻線は高周波で振動できません。 「信号源-増幅器-音響システム」のチェーンでは、リンク「音響システム」が最も弱いです。ほとんどの場合、音響パワーの出力を制限するのは音響です。そして、電気力学的ラウドスピーカーに典型的なのは、蒸気機関車のように、約15％という非常に低い効率です。電子技術者にとって、出力10 kWのアンプを設計することは非常に実行可能な作業であり、対応する電子デバイスは市場でかなり入手可能です。しかし、エンジニア-音響学がそのような力の電気力学的ラウドスピーカーを設計するために-ファンタジーの領域からのタスク。高い音響出力を実現するには、個々のスピーカーを音響システムに組み合わせる必要があります。それらの中で最も強力なものは、有名なロックスターのコンサートを鳴らすために使用されます。これらはかさばり、巨大で高価な構造であり、輸送にはトラックのコンボイが必要です。



より強力なデバイスを作成する試みにより、音響エンジニアは空気圧デバイスに目を向けるようになりました。そのため、20世紀の20年代に、空気式ラウドスピーカーが発明されました。空気圧式ラウドスピーカー、圧縮された空気の流れを変化（変調）することによって音が生成される音響エミッター。その動作原理は単純です。コンプレッサーからの圧縮空気は変調装置を通過し、そこで空気の流れはダンパーを通過します。次に、ダンパーは、比較的低電力の低周波増幅器の出力に接続された電磁システムによって駆動されました。低周波増幅器からの音信号に応じて風量を変化させた。変調装置の出力で、空気圧の変動が発生し、音波が発生しました。空気圧式ラウドスピーカーは30年代と40年代に使用されました。 20世紀大きな港、川の港、その他の騒音レベルの高い物体でのコマンドやメッセージの送信用。空気圧式ラウドスピーカーは、最大2 kWの音響出力を発生し、最大2.5〜3.5 kHzの周波数で、大きな固有ノイズと重大な非線形歪みを伴う音の振動を再現しました。これらの欠点のため、現在、空気圧式ラウドスピーカーは使用されていません。これらの欠点のため、現在、空気圧式ラウドスピーカーは使用されていません。これらの欠点のため、空気圧式ラウドスピーカーは現在使用されていません。



しかし、それらの高効率（約80％）と大量の音圧を生成する能力は、議論の余地のないままです。既存のすべての今日のラウドスピーカーにとって、これらの数値は法外です。



繰り返しますが、空気圧式ラウドスピーカーの3つの重大な欠点。すなわち：

1. 空気の乱れによる高い自己ノイズレベル
2. 不完全な変調装置による高レベルの高調波歪み
3. 制御要素（ダンパー）の巨大さによる限られた周波数範囲は、現在これらのラウドスピーカーが音響リファレンスブックと百科事典でのみ言及されているという事実につながっています。

今日利用可能な空気式ラウドスピーカーのすべての設計には、1つの大きな根本的な欠点があります。つまり、それらの中で、空気の流れは、それらによって放出される振動と同じ時間の法則に従って制御されます。そのようなラウドスピーカーを改善するためのすべての試みは、事前に失敗する運命にあります。



上記の問題が解決されれば、強力な効果的なサウンドラジエーターを構築することが可能です。既存の空気式ラウドスピーカーの欠点をさらに詳しく考えてみましょう



。1）空気圧式ラウドスピーカーの高レベルの固有ノイズ。不規則な空気の流れの動きは、必然的にあらゆる種類の渦と乱流を引き起こします。開口部から静かに空気を放出することは不可能です。

エアジェットからのノイズを減らす主な方法は、エアジェットを多くの小さなものに分割することです。空気圧システムのほとんどすべての排気サイレンサーは、この原理に従って動作します。空気圧ラウドスピーカーの固有のノイズを低減するこの方法の試み（いわゆる変調グレーティングが作成されました）は、あまり成功しませんでした。



2）空気圧式ラウドスピーカーの高レベルの高調波歪み。事実、動電型ラウドスピーカーの動作中、それが生成する音圧は、ボイスコイルを介してディフューザーに作用するアンペア力に正比例します。



そして、次に、アンペア力は、動電型ラウドスピーカーのコイルの電流に正比例します。したがって、動電型ラウドスピーカーの非線形歪みのレベルはかなり低くなります。空気圧式ラウドスピーカーでは状況がまったく異なります。気流のエネルギーを音波のエネルギーに変換する過程で、多くの非線形性が生じます。主なものは次のようになります。ベルヌーイの法則によれば、気流の圧力はその速度の2乗に反比例します。気流速度のバルブ開口部への依存性も非線形です。



3）空気圧ラウドスピーカーの既存の設計の限られた周波数範囲は、私の意見では、高レベルの自己ノイズ損傷により、高周波音がノイズによってマスクされるという事実によるものです。また、空気流を多くの小さなジェットに押しつぶすことによってノイズを低減したいという空気圧式ラウドスピーカーの設計者の要望により、彼らはかさばる変調格子を作成しました。これらの格子は高周波数で振動することができませんでした-そしてこれはその時の既存の構造の上限動作周波数を減らしました。



私は長い間、空気圧式ラウドスピーカーを改善する方法を考えてきました。そして今、私は自信を持って、以前の同様のデザインの主な欠点から解放されたデバイスを作成する本当の機会があると言うことができます。既存のすべての設計を大幅に超える、その特性がユニークなデバイスを作成することが可能です。強力な電気力学的音響システムの最良の例に見合った信号品質パラメーターを備えた、10音響キロワットの容量を持つスピーカー設備を構築することは現実的です。さらに、それは非常にコンパクトであることが判明しました-それを貨物、オフロード車両のシャーシ、またはヘリコプターに配置すると同時に、広大な領域に聞こえる可能性があります。良好な条件下では、このラウドスピーカーは8km以上の距離で大音量で聞こえます。そのような製品の潜在的な顧客は深刻な組織です。これは主に緊急事態省です。この製品を使用して、捜索や救助活動を整理し、特別な状況について住民に警告することができます。内務省-路上での暴動の際に群衆に影響を与えるために使用します。 MO-戦争中の最前線を横切る敵軍の宣伝、敵に誤った情報を与えるための軍事装備の騒音の模倣。



国際的な名声の側面も重要です。ロシア連邦は、世界で最も強力なスピーカーが製造されている国になります。



パワーエレクトロニクスは驚異的なスピードで進歩しています。約20年間、強力な電気負荷を制御するための電子機器（電気モーター、ヒーターなど）は、高価で信頼性の低いエキゾチックなものから、数百キロワットの容量を持つ実際に機能する製品に変わりました。



周波数変換器、電気モーターのソフトスターター、電力調整器など、このようなすべてのデバイスでは、パルス幅変調（PWM）の方法が広く使用されています。この方法の本質は非常に単純です。サイリスタまたはトランジスタ調整要素には中間状態がなく、完全に開いているか完全に閉じています（これはエネルギーの観点から非常に有益です）。クロージング-オープンは、制御変数の変更の頻度よりも数桁高い頻度で発生します。このようなレギュレーターによって生成される電力量は、レギュレーターの電子デバイスのオープン時間またはオープンパルス幅に正比例します。



パルス幅変調法は、新しい空気圧式ラウドスピーカーの設計にうまく適用できると確信しています。私は、連続的な低周波信号で気流を変調する方法を放棄することを提案します。パルス幅変調の原理を適用することが提案されています-空気圧ラウドスピーカーのPWM。



空気圧式ラウドスピーカーの気流制御にPWMを適用することをお勧めします。 PWMを使用すると、空気の流れを開いたり閉じたりするときの一時的なプロセスの時間がゼロになる傾向があります。したがって、このようなラウドスピーカーの固有のノイズは大幅に低減されます。この場合、空気圧波の関数は流量ではなく、チャネルが開いた状態の時間であり、この依存性は線形であるため、非線形歪みも大幅に削減する必要があります。



実際には、このようなラウドスピーカーは、たとえば、古くから知られているSeebeckサイレンを根本的に変更することによって実現できます。または他の方法で。主なことは、音の振動に応じて空気圧パルスの持続時間を制御できるようにすることです。デバイスの動作中に、寄生超音波振動が必然的に形成されます。それらは、ハイムホルツ共振器に基づく特殊な音響低周波フィルターによって抑制できます。デバイスの容量は、コンプレッサーユニットの容量、変調デバイスの機械的強度、および環境に対する安全性によってのみ制限されます。



このバージョンの高出力空気圧ラウドスピーカーは私によってよく考えられており、この設計のために私は発明RU No. 2 653089の特許を申請しました。



空気圧式ラウドスピーカーの設計を改善するもう1つの方法として、これは有望だと思います。つまり、バンドパスボコーダーは音声コーディング技術で長い間使用されてきました。



典型的なバンドパスボコーダーでは、元の音声信号は、音声認識に不可欠な範囲（通常は0〜3 kHz）と不均一に重なる、通常16〜25のバンドパスフィルターのバンクによって分析されます。バンドパスフィルターの出力での振動が検出され、ローパスフィルターを通過します。ローパスフィルターの出力信号は、ある程度まで音声スペクトルのエンベロープを表します。励起源を特徴付けるパラメータは、音が発声されている（ボーカルコードが振動している）か聞こえないかを判断するトーンツーノイズ検出器を使用して取得されます。最初のケースでは、メイントーンセレクターが靭帯の振動の基本周波数を決定します。 16のチャネル信号、トーンからノイズへの信号、およびピッチ値がエンコードされ、通信チャネルを介して受信機に送信されます。



転送にエラーがないと仮定しましょう。次に、受信者のタスクは、送信されたパラメーターに基づいた音声の再構築になります。励起源は、周波数が信号によって同期されるパルス発生器、またはノイズ発生器のいずれかです。トーンからノイズへの信号に応じて、そのうちの1つは、アナライザーと同じフィルターのバンクに接続され、それらを駆動します。検出されたスペクトルエンベロープ信号は、対応するバンドパスフィルタの出力での振動を変調するために使用され、それによって各周波数帯域でサウンドパワーを生成します。合成された音声信号は、変調されたすべてのバンドパス振動の合計後に取得されます。これは、要するに、バンドパスボコーダーの動作原理です。



空気圧式ラウドスピーカーに適用すると、バンドパスボコーダーの受信部分の原理に基づいて動作を実装することが可能です。つまり、ハーモニックソースとして、特別に変更されたマルチ周波数のSeebeckサイレンを使用できます。特別に設計された空気圧音響ノイズジェネレーターまたは同じSeebeck多周波サイレンをノイズ信号源として使用します。バンドパス音響フィルターは、音響ハイムホルツ共振器に基づいて実装できます。フィルタシステムの望ましい周波数応答を形成するために、電子機器によって制御される高速空気圧バルブを使用できます。



ですから、一般的に言って、空気圧式ラウドスピーカーの設計を改善する必要があると思います。



私は自分のアイデアを自分で実装しようとしましたが、すぐにこれらの試みを止めました。それは非常に複雑で高価な製品であることが判明しました-一人はそれを行うことができません。フローチャートやラフスケッチのレベルまでデザインを考えました。私は一人でまともな図面のレベルまで計算して上げることはできません-このために私は十分な特別な知識、努力、そして時間を持っていません。しかし、私は製品がどのように見えるか、そして作業がどの方向に行われるべきかを見るのに良い考えを持っています。持続的で目的のある研究開発活動が必要です。小さいながらも強力で効率的なチームが必要です。



必須：実用エンジニア、音響スペシャリスト、分析プログラムを作成できる優れたプログラマー-音声信号の合成、電子回路エンジニア、エンジニア-コーディングと音声認識のスペシャリスト、機械エンジニア、最新の複合材料のスペシャリスト、まだ人が必要な場合があります..。



繰り返しますが、私が提案したデバイスはかなり新しく複雑なものです。精密機械とスマートエレクトロニクスの両方が含まれているため複雑であり、最新の複合材料から作成する必要があるいくつかの部品もあります。そして、新しいものと同様に、それを作成することは、おそらく予期しない困難に直面しなければならないでしょう。したがって、プロトタイプを作成するには、複雑な調査と設計作業を実行する必要があります。ある程度の財政的および人的資源が必要になります。どれだけ必要か正確に計算することはできません。新規性が高いため、本プロジェクトの実施過程で予期せぬ問題が発生するリスクが高くなります。私は孤独な発明者です。私は多くの関心のある組織に連絡しましたが、それに応じて沈黙または見下し、応答を承認しました。チャネルの読者の中に、複雑でハイテクな電子および機械製品、航空宇宙、またはこれに近いプロファイルを開発する設計局の活動を管理する人々がいる場合。そして、彼らはこの方向に興味を持つでしょう。このトピック私のサイトも専用です。



よろしくお願いいたします。IgorZharikovpentagrid88@ yandex.ru