Акустическая линза что это
Акустическая линза на громкоговоритель – для чего она нужна?
Громкоговорители (динамики) на средних и высоких частот обладают определенной направленностью. Это свойство можно изобразить в виде характеристики направленности (графика), что показывает зависимость звукового давления в точке, находящейся на определенном расстоянии от центра внешней поверхности диффузора и от угла между центральной осью динамика и направлением на указанную точку. С ростом частоты характеристика направленности становится более острой. Пример на мидбасовом динамике:
Линза акустическая – это устройство для фокусировки звука путём изменения длины пути, проходимого акустической волной, и её преломления (рефракции) на граничных поверхностях. Она схожа с оптической, но изготавливается из материалов, которые обладают минимальным затуханием и волновым сопротивлением, близким к волновому сопротивлению окружающей среды. Чаще всего это твердые материалы.
В рупорных громкоговорителях применяются секционированные многоячейковые рупоры, которые обеспечивает широкую характеристику направленности в рабочей полосе частот. Угол расхождения всей излучаемой звуковой энергии практически не меняется, так как определяется веером осей отдельных каналов.
Акустические линзы бывают плоскогиперболические (JBL L300) или с переменным показателем преломления (GRUNDIG Box 703 Audioprisma).
Физические законы акустики во многом аналогичны законам оптики. Принцип работы линзы основан на разности скоростей распространения колебаний, присущих той или другой среде. В акустике возможно выполнение линз в виде конструкций, где изменение эффективной скорости звука достигается удлинением пути звуковой волны. Для обеспечения на выходе линзы кругового распространения звуковых волн, угол наклона щелей должен изменяться по мере удаления от оси линзы по определенному закону.
Такие АС применяются в кинотеатрах. Их расчет и конструкция были разработаны Белкиным Б.Г. еще в 1952 году. Они представляют систему наклонных каналов, симметрично расположенных в вертикальной плоскости (угол наклона щели увеличивается по мере удаления по обе стороны от рабочей оси громкоговорителя). Чем больше угол наклона, тем больше путь звуковой волны и тем шире характеристика направленности. Существует предельный угол наклона, при превышении которого звуковые колебания будут отражаться обратно. Эта величина зависит от размеров устья рупора.
На рисунке ниже показана кинотеатральная акустическая система 30А-3 Ломо. В ней на ВЧ громкоговорителе установлен рупор где применена акустическая линза с переменным показателем преломления звуковой линзы. Подставка под ВЧ позволяет регулировать угол наклона. Такая АС обеспечивает нужную направленность излучения во всем диапазоне рабочих частот.
Крутить звук во все стороны: британская акустическая линза — незаметный старт революции
В начале этого года на выставке CES-2018 учеными из университетов в Сассексе и Бристоле было представлено революционное изобретение, которое, к моему удивлению, осталось почти незамеченным. Проект по созданию принципиально нового звукового преобразователя называется Metasonics и является настоящим технологическим прорывом в управлении звуковыми волнами.
Судя по данным экспериментальных исследований британцев, их технология станет настоящей революцией как для специализированной акустической аппаратуры, так и для бытовых звуковоспроизводящих систем. Речь идет о новом типе т.н. акустической линзы, созданной на основе метаматериалов, которая способна фокусировать звук подобно объективу в оптике и гибко изменять интенсивность в звуковом поле.
Необычные, с точки зрения классических представлений, возможности метаматериалов позволили изобретателям создать 16 различных типов т.н. метакирпичей, на основании которых был разработан уникальный преобразователь звуковых волн.
Устройство позволяет свободно манипулировать акустическим полем. Фактически, это означает создание локальных зон звуковоспроизведения в едином пространстве (например, в авто или выставочном зале) с узконаправленным звуковым излучением.
Метаматериалы и применение в экспериментальной акустике
Если говорить о метаматериалах в целом, то в Вики их определяют как:
“Метаматериал — композиционный материал, свойства которого обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно созданной периодической структурой”
Иными словами, основные интересующие нас свойства сформированы благодаря особому структурированию сред, и в естественной среде такие свойства встречаться не могут. В свою очередь акустические метаматериалы изменяют свойства звука благодаря особой структуре.
Если очень грубо и не совсем точно, то метаматериалы получаются благодаря внедрению в структуру исходного природного материала огромных атомов. В процессе разработки у создателя метаматериала есть возможность изменения параметров внедряемых структур. Так может меняться форма, размер или период.
Одним из наиболее демонстративных примеров свойств таких материалов является метаматериал с «левосторонним» коэффициентом преломления. На приведенном ниже видео схематично представлено, как через такой материал проходит свет и что с ним происходит.
Аналогичных и более сложных эффектов при помощи метаматериалов можно добиться не только со светом, но и со звуковыми волнами. Таким образом появилась идея применять метаматериалы в качестве специальных акустических отражателей, линз и своеобразных “объективов”.
Эксперименты показали, что использование акустических метаматериалов дают возможность управлять акустическим излучением эффективнее, чем с применением прочих известных способов.
Metasonics — успешный старт будущей революции
Несмотря на то, что акустические метаматериалы изучаются сравнительно давно (с начала нулевых), ощутимых успехов удалось добиться только в прошлом году. Рабочий прототип акустической линзы из метаматериалов, способный создавать и изменять узконаправленное акустическое поле в реальном времени, появился благодаря ученым из университетов Сассекса и Бристоля.
Следует отметить, что подобные устройства, обеспечивающие фокусировку акустических волн, существовали и раньше, но не использовали метаматериалы и в связи с этим были статичными и громоздкими. Некоторое время назад я сталкивался с информацией о разработке т.н. “звуковых пятен”, однако ввиду сложности изготовления и низкой технологичности она не получила распространения.
Группа британских исследователей во главе с профессором информатики из Университета Сассекса Sriram Subramanian разработала мобильный вариант пространственного звукового модулятора, который был назван Metasonics.
В основе конструкции преобразователя лежит использование не одного типа метаматериала, а 16 различных структур, которые выполнены в форме кирпичей. Их так и назвали acoustic metamaterial brick.
В начале приведенного ниже видео продемонстрирован принцип работы преобразователя и акустические поля, которые он создает, а также типы “кирпичей”, которые использованы для создания модулятора.
Акустическая левитация хорошо демонстрирует интенсивность звуковых волн на локализованном участке пространства которую позволяет сздать новый преобразователь. При этом он значительно более компактен по сравнению с существовавшими ранее стационарными аналогами.
Варианты применения
По замыслу изобретателей, линза может применяться практически везде, где есть необходимость в разделении и направлении потоков звука. Так наиболее перспективным разработчики считают использование Metasonics в авто, где водитель будет получать информацию от навигатора, пассажир переднего сиденья слушать радио, а на задних сиденьях будет комфортно реализован просмотр фильма без стенок и звукоизоляции.
Аналогично с использованием преобразователя можно озвучить локальную зону в музее или на выставке (без носимых неудобных аудиогидов). Также перспективными представляются возможности модулятора для рекламы, когда нескольким людям, находящимся на небольшом расстоянии друг от друга, можно транслировать различные аудиопотоки или осуществлять трансляцию рекламного сообщения со слежением сфокусированного звукового луча за объектом.
Ещё одна возможность, которую предлагают разработчики проекта, — применение акустических линз в фитнес браслетах, которые будут помогать в коммуникации с владельцем гаджета и обеспечивать обратную связь при беге и активных упражнениях.
Сами создатели “кирпичного” мета-чуда искренне убеждены, что технология Metasonics в один прекрасный день станет такой же распространенной как ЖК-экран.
Текущий этап
В данный момент команда из 2-х университетов занята тем, что решает вопрос динамической перестройки слоев материала. Как только ученые реализуют эту задачу, появится ещё несколько областей применения. В числе прочих — компактные диагностические ультразвуковые сканеры, а также возможности акустического обнаружения повреждений и акустические терапевтические приборы.
Фактически, ученые разработчики вплотную подошли к созданию принципиально новых акустических устройств, позволяющих реализовать с минимальными затратами управление такими явлениями, как рассеивание, дифракция и преломление звука. По замыслу экспериментаторов, это будут полностью цифровые звуковые модуляторы, контролируемые в реальном времени.
Акустическая линза: как установить самому
Акустическая линза позади динамика
Громкоговорители уже давно вошли в жизнь человека и успешно используются не одно столетие. Первые аналоги были ещё созданы в Древней Греции, где философы с помощью ораторского искусства пытались донести до общества своё мировоззрение.
Что нужно знать о звуке
Звук представляет собой результат колебания воздуха, воспринимаемый сверхчувствительной системой слуха человека. Последняя представлена миниатюрными слуховыми косточками и специализированной группой рецепторов, подающих в нужном виде сигнал к головному мозгу, который осуществляет интерпретацию.
Весь этот сложный динамический процесс происходит менее чем за секунду, что позволяет людям общаться и обмениваться знаниями с целью развития.
Линза акустическая для шумоизоляции
Звук является конкретной физической величиной, которая имеет определённые характеристики и свойства.
Для среднестатистического человека без специализированного соответствующего технического образования эта информация не будет иметь практической ценности, поэтому рационально рассмотреть то, что должен знать каждый:
Важно понимать, что звук представляет собой разновидность энергии, которая имеет определённый запас. Чем громче человек говорит, тем больше посылает энергии. Другими словами, звуковая волна распространится намного дальше, если человек произнесет какое-то слово или фразу громко.
Акустические линзы хай-фай
Таким образом, на громкость звучания оказывают наиболее значимое влияние ровно два основных фактора: первый – среда, в которой распространяется звуковая волна, второй – сила, с которой распространяется звук.
Что собой представляет акустическая линза
Акустическая линза похожа по форме на оптическую линзу, однако выполнена из другого материала и наделена иными свойствами. Её основная цель – не допустить рассеивание звука.
Примечание. Проще говоря, задачей акустической линзы является сфокусировать звуковую волну, чтобы энергия звука сосредоточилась в определённой точке пространства.
Установка акустической линзы crystalsound
Это позволяет усилить звук без использования каких-либо дополнительных сверхтехнологичных устройств, которые используют в качестве источника питания электрический ток.
С практической точки зрения акустическая линза представляет собой многогранную пластинку, не дающую рассеиться энергии звука, благодаря чему возрастает громкость звучания того или иного устройства звуковоспроизведения. Это важно понимать, поэтому место установки этого дополнительного миниатюрного компактного аксессуара нужно подбирать максимально тщательно.
Самодельные линзы акустические
Таким образом, акустическая линза является своего рода усилителем звука миниатюрных размеров, который можно установить фактически на любой буфер. Важно лишь верно подобрать размеры. Это необходимо с целью избежания создания искусственного резонанса, то есть эффекта эха.
Как выполняется установка акустической линзы на автомобиль
Каждый современный автомобиль оснащён акустической системой, обладающей определёнными характеристиками звуковоспроизведения. Её качество определяется двумя основными параметрами: первое – громкость, второе – качество звука. Именно исходя из этих характеристик, каждый уже состоявшийся автомобилист осуществляет непосредственную подборку акустической системы для своего личного транспортного средства с четырьмя колёсами.
Акустическая линза улучшает характеристики указанных выше двух параметров, поэтому она пользуется всегда активным спросом. Иногда у некоторых автовладельцев возникают трудности с установкой, так как есть определённые нюансы, которые не совсем ясно отражены в инструкции от производителя.
Важные моменты, которыми надо пользоваться в процессе инсталляции:
Практическая значимость акустической линзы
Инсталляция линзы самому
Акустическая линза сглаживает звучание звука, а это приводит к максимально плавному распространению звуковой волны. Для понимания этого процесса вопрос нужно рассмотреть в практической плоскости.
Итак, предположим, есть пустой стакан. Цель: налить в него воду с минимальным шумом. Если лить жидкость толчками, а не равномерно, то звук будет слышен при каждом толчке. Аналогичная ситуация и со звуковой волной, которая должна распространяться плавно и по всем направлениям примерно с одинаковой скоростью. Неравномерное распределение звука не только снижает громкость, но также создаёт шумы, которые снижают качество звучания.
Для автомобильной акустической системы важно её качество, а также громкость звучания. Есть также сопротивление и множество других показателей. По сути, они являются производными представленных выше параметров, являющихся ключевыми.
Когда происходит распространение звуковой волны в автомобиле, ей приходиться сталкиваться с различными поверхностями. Это вызывает определённые резонансы, которые приводят к неравномерному распределению звука и появлению шумов.
Рассмотрим преимущества акустической линзы:
Как выбрать акустическую линзу
Поскольку акустическая линза представляет собой аксессуар с активно растущим спросом, то с каждым годом число её производителей непременно возрастает. Каждая компания, занимающаяся её продажей или разработкой, всегда утверждает, что именно их продукция обладает наивысшим качеством. Как же сделать верный выбор в столь непростой ситуации?
На самом деле всё предельно просто, достаточно обратить внимание на ключевые аспекты:
Многие автомобилисты считают, что акустическую линзу необходимо прилепить, если это даже не предусмотрено заводской инструкцией. Это делать не стоит, нужно клеить, так как в этой ситуации представленный аксессуар надёжнее зафиксируется.
Акустическая линза если не будет плотно прилегать, то её эффект будет минимальным, а иногда наоборот может искажаться звук за счёт искусственно образованных воздушных полостей. Этого нельзя допускать, клеить нужно крайне аккуратно и не торопиться, чтобы не допустить образование пузыря с воздухом.
Акустическая линза и ее преимущества
Акустическая линза представляет собой современное технологичное и бюджетное решение, которое позволяет эффективно повышать качество воспроизведения звука и увеличивать громкость. Простая установка и небольшая стоимость делают выгодным приобретением данного автомобильного аксессуара. На текущий момент об этой технологической новинке знают в странах СНГ, в Китае, США, Европе, Японии и других экономических гигантах. Как утверждает статистика, акустическая линза установлена на каждом четвёртом автомобиле.
Акустическая линза – это эффективное бюджетное решение, которое стоит своих средств, поэтому приобрести его может каждый владелец. Выполнить установку своими руками также не вызовет каких-либо трудностей, главное – придерживаться всех рекомендаций, которые приведены в заводской инструкции. Помогут также фото и видео – материалы.
Акустическая линза что это
Усилители Music Angel
Ламповый усилитель XD500MKIII: EL34, 2х50 Вт Ламповый усилитель XD800MKIII: KT88, 2х65 Вт Ламповый усилитель XD845MKIII: 845, 2х20 Вт Ламповый усилитель XD850MKIII: 300B, 2х9 Вт Ламповый усилитель XD8502AIII: 300B, 2х9 Вт Предварительный ламповый усилитель XD900MKIII: 12AU7, 12AX7
MINI 6 MINI 5.1 MINIP1 MINIL3 MINIP14Ламповый усилитель MINI 6: KT88, 2х60 Вт Ламповый усилитель MINIP1: 6AQ5, 2х10 Вт Ламповый усилитель MINIL3: EL34, 2х35 Вт Ламповый усилитель MINIP14: 6P14, 2х10 Вт
Ламповые усилители LACONIC HA-02,03B/B2/M: 6N6P, 2х1,2 Вт на 300 Ом
Music Angel One Music Angel 2.5 Music Angel TK-10 DIVA 5.2Акустические линзы для громкоговорителей
Известно, что громкоговорители при воспроизведении верхних звуковых частот обладают определенной направленностью, особенно хорошо заметной при озвучании больших помещений и открытых мест. Это свойство можно изобразить в виде характеристики направленности, показывающей зависимость развиваемого громкоговорителем на данной частоте звукового давления в точке, находящейся на определенном расстоянии от центра внешней поверхности диффузородержателя или устья рупора громкоговорителя, и от угла между рабочей осью громкоговорителя и направлением на указанную точку.
Эта характеристика обычно изображается в полярных координатах, и ее вид зависит от отношения размеров излучающей поверхности (диффузора или устья рупора) к длине звуковой волны. С повышением частоты (уменьшением длины волны? или на данной частоте с увеличением размера этой поверхности характеристика направленности становится более острой (рис. 1). Это показывает, что звуковые давления, измеренные на одном и том же расстоянии от громкоговорителя, но под разными углами к его оси, уменьшаются тем быстрее, чем выше частота и больше угол измерения.
На рис. 1 приведены характеристики направленности громкоговорителя с диффузором диаметром около 80 мм, рассчитанные при условии помещения его в бесконечно большом экране (щите). Из них видно, что уже с 2000 Гц даже такой малый громкоговоритель обладает достаточно острой направленностью.
Отсюда следует, что частотная характеристика громкоговорителя будет зависеть от места расположения слушателя (или измерительного микрофона).
Рис. 1. Расчетные характеристики направленности громкоговорителя с диффузором диаметром 80 мм, помещенного в бесконечно большом акустическом экране (щите)
Особо важное значение имеет это свойство при работе громкоговорителей на открытых пространствах, где не наблюдается отражения звуков. Здесь условия слышимости определяются только звуком, приходящим от громкоговорителя, а потому равномерность распределения интенсивности излучения существенно зависит от вида характеристики направленности. Отражение звука от границ закрытых помещений уменьшает эту зависимость, однако направленность излучения важна и для обеспечения равномерного озвучания таких помещений, особенно если это большие аудитории.
В высокочастотных рупорных громкоговорителях, работающих в двухполосных агрегатах (30А1, 30А2), входящих в комплект высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры для кинотеатров (КЗВТ-1 и КЗВТ-2), для расширения характеристики направленности применяются секционированные многоячейковые рупоры. Секционирование рупора обеспечивает достаточно широкую характеристику направленности в рабочей полосе частот. Угол расхождения всей излучаемой звуковой энергии здесь практически не меняется, так как определяется веером осей отдельных каналов. Естественно, что они очень сложны в производстве и дороги, поэтому применяются только в сложной дорогостоящей аппаратуре.
Необходимость достижения хорошей характеристики направленности наиболее простыми средствами натолкнула конструкторов на возможность применения акустических линз.
Рис. 2. Разновидности акустических линз: а—плоскогиперболическая; б— с переменным показателем преломления
Физические законы акустики во многих случаях аналогичны законам оптики, так как в основе их лежат колебательные процессы. Поэтому уже давно в технике ультразвуковых частот (выше 20—25 кГц), применялись как собирающие, так и рассеивающие акустические линзы. Однако и на частотах, начиная от 2— 3 кГц и выше, представляется возможным сконструировать и применить такие линзы. Конечно, для целей расширения характеристики направленности громкоговорителя линза должна быть рассеивающей и по конструкции более простой, чем секционированный рупор.
Принцип действия линз основан на разности скоростей распространения колебаний, присущих той или другой среде. В оптике скорость распространения света в воздухе (или пустоте)всегда больше, чем в материалах, служащих для изготовления линз. От формы поверхности линзы зависит их свойство: выпуклые линзы являются собирающими, а вогнутые рассеивающими. В акустике мы имеем возможность выбора газовых сред, в которых скорость звука больше или меньше, чем в воздухе.
Рис. 3. Практическая конструкция звуковой линзы для диффузорного громкоговорителя
Уже более ста лет назад (в 1852 году)! немецкий физик К. Зондхаусе применил звуковую собирающую линзу, представляющую собой двояковыпуклый объем, ограниченный двумя кусками тонкой коллодиевой пленки, изготовленной в виде участков сферической поверхности и скрепленных металлическим кольцом. Внутренний объем заполнялся углекислым газом.
Рис. 4. Эскиз рупора с рассеивающей линзой
Однако в акустике возможно выполнение линз не из материалов, отличающихся различными скоростями распространения в них звуковых волн, а в виде конструкций, в которых изменение эффективной скорости звука достигается удлинением пути звуковой волны. Применяя систему щелей, расположенных с соответствующим наклоном, можно получить нужный эффект. На рис. 2, а схематично изображена рассеивающая линза, имеющая щели одинакового наклона, но разной длины. Такая линза называется плоскогиперболической (по форме плоскостей, которые ее образуют)). Аналогичная по конструкции линза (рис. 2, б), имеющая щели с разным наклоном, называется линзой с переменным показателем преломления. Для обеспечения на выходе сферического или кругового цилиндрического распространения звуковых волн угол наклона щелей должен изменяться по мере удаления от оси линзы по определенному закону.
Рис. 5. Внешний вид кинотеатрального громкоговорителя 30А3 с рассеивающей звуковой линзой
На рис. 3 показана практическая конструкция акустической линзы, выполненной в виде приставки к диффузорному громкоговорителю. Однако с большим эффектом акустические линзы могут применяться в высокочастотных рупорных громкоговорителях, дополняя имеющийся рупор Такие конструкции, в основу которых легли линзы с переменным показателем преломления, нашли широкое распространение в громкоговорителях, установленных в кино. Их расчет и конструкция были разработаны во Всесоюзном научно-исследовательском кинофотоинституте Б. Белкиным. Они представляют систему наклонных каналов, симметрично расположенных в вертикальной плоскости, причем угол наклона щели увеличивается по мере удаления по обе стороны от рабочей оси громкоговорителя. Чем больше угол наклона, тем больше путь звуковой волны и тем шире будет характеристика направленности. Однако существует предельный угол наклона, при превышении которого звуковые колебания не смогут проходить сквозь каналы, а будут отражаться обратно. Величина предельного угла зависит от размеров устья рупора, для которого рассчитывается линза, а также от тех требований, которые предъявляются к линзе. Эскиз такой линзы (с переменным показателем преломления) вместе с рупором дан на рис. 4. Она имеет семь каналов и рассчитана на применение в высокочастотном звене двухполосного громкоговорителя типа 30А3, предназначенного для обслуживания средних кинотеатров. Внешний вид этого громкоговорителя показан на рис. 5; высокочастотный рупорный громкоговоритель с линзой установлен сверху на подставке, позволяющей регулировать его угол наклона для правильной ориентации по отношению к слушателям. Такой громкоговоритель обеспечивает нужную направленность излучения (не менее 35 ° ) во всем диапазоне рабочих частот и работает не хуже многоячейкового рупора, причем в производстве стоит почти вдвое дешевле.