Громкоговорители и телефоны

Страница 3

Механическая колебательная система имеет резонансную частоту

Wм = 1/sqr(mcm), которую называют частотой механического резонанса (m - масса подвижной системы; Сm- ее гибкость. Ниже частоты механического резонанса среднее звуковое давление громкоговорителя резко падает. Практически для широкополосных громкоговорителей не удается уменьшить частоту механического резонанса до 60 .70 Гц. Следовательно, нижняя граница передаваемого диапазона частот не менее 50 .60 Гц, а в большинстве случаев не менее 70 .80 Гц. Частоту, выше которой диффузор колеблется как мембрана, можно повысить (при сохранении его массы и размеров), придав диффузору большую жесткость. Эта достигается утолщением стенок диффузора с уменьшением

Рис. 3. Частотная характеристика давления диффузорного громкоговорителя тина 4ГД-8Е в экране.

их толщины к периферии.

Одновременно с этим уменьшают плотность материала, например делают его пористым (без сквозных пор). Применяется различная пропитка материала диффузора, поэтому в диапазоне частот, в котором диффузор колеблется как мембрана, частотная характеристика получается очень изрезанной (рис. 3). Но так как слух человека из-за достаточно широких критических полосок слуха сглаживает частотную характеристику, то не все пики и провалы заметны на слух. Частотная зависимость осевой чувствительности громкоговорителя (отношение звукового давления на оси к подводимому напряжению) без учета резких пиков и провалов близка и равномерной до частот примерно 6 .7 кГц (см. рис. 3). Это объясняется тем, что с увеличением частоты перестает колебаться внешняя, часть диффузора. Выше 7 .8 кГц частотная характеристика круто падает. Все это относится к несоставным громкоговорителям, рассчитанным для работы в широком диапазоне частот.

Рис. 4. Громкоговоритель с дополнительным корпусом.

Верхнюю границу диапазона частот повышают до 10 .12 кГц, например, кольцевой гофрировкой диффузора. При этом с увеличением частоты перестают колебаться один за другим внешние участки диффузора, одновременно уменьшается возможность колебания его как мембраны. Другой способ - применение дополнительного конуса, который вставляется внутрь диффузора (рис. 4).

В этих случаях на высоких частотах основной диффузор перестает работать из-за относительно гибкого соединения его со звуковой катушкой и в работу включается малый диффузор, достаточно жесткий и легкий. Чувствительность (эффективность излучения) громкоговорителя на высоких частотах повышают, уменьшая индуктивность звуковой катушки, например, с помощью вихревых токов Фуко; уменьшение индуктивности снижает ее электрическое сопротивление и приводит к возрастанию тока на высоких частотах. Для этого на керн надевают насадку в виде медного колпачка е разрезом. На низких частотах чувствительность громкоговорителя повышают, применяя специальные акустические оформления.

Направленность одиночных диффузорных громкоговорителей неявно выражена из-за малости поверхности излучения; она проявляется в диапазоне высоких частот.

Наибольшая подводимая к головке электрическая мощность ограничена значением, при котором коэффициент гармоник не превышает нормы, установленной ГОСТом или техническими условиями (обычно не более 5 .10% на частотах 100 .200 Гц). Этот параметр называют номинальной мощностью, выражают ее в ваттах, указывают в паспорте или другом документе на головку. В настоящее время громкоговорители выпускаются мощностью 0,025 .50 Вт. КПД головки громкоговорителя (отношение излучаемой акустической мощности к подводимой электрической)снижается при уменьшении ее размеров, так как одновременно уменьшаются площадь поверхности диффузора, объем провода катушки и индукция в зазоре. Поэтому у малогабаритных громкоговорителей значение КПД очень мало: в основном составляет 0,2 .0,5%, не превышая даже у самых мощных 1 .2%. Чтобы скомпенсировать уменьшение звуковой отдачи, сопутствующее снижению КПД, к громкоговорителям малогабаритных акустических систем приходится подводить существенно большую мощность. Среднее стандартное звуковое давление, создаваемое современными динамическими головками, составляет 0,1 .0,3 Па. Нелинейные искажения в диффузорных громкоговорителях в основном создаются из-за нелинейности механической системы в центрирующей шайбе и подвесе диффузора и из-за неравномерного распределения индукции в зазоре. Коэффициент нелинейных искажений на частотах около 100 Гц доходит до:1О% и более. Для его уменьшения применяют центрирующие шайбы, имеющие сложную конфигурацию и выполненные из специальных материалов, гофрированные подвесы, а также полюсные наконечники такой формы, при которой создается: более равномерное поле в зазоре. Для маломощных громкоговорителей высоту звуковой катушки делают больше высоты зазора, вследствие чего число пересекаемых силовых линий не зависит от амплитуды колебаний. В электродинамических громкоговорителях возможно появление субгармонических искажений, в результате которых создаются составляющие с частотами, равными половине частоты колебаний диффузора. Эти субгармоники появляются в тех случаях, когда образующая диффузора прямолинейна, т.е. когда диффузор имеет коническую форму. Чтобы уменьшить возможность возникновения субгармоник, образующей диффузора придают криволинейную форму (например, экспоненциальную).

Внутреннее сопротивление громкоговорителей обычно составляет несколько ом. Для согласования его с сопротивлением приемника, трансляционной линии и т.п. применяют трансформаторы. При этом входное сопротивление громкоговорителей с трансформатором определяется номинальным напряжением источника мощности и номинальной мощностью громкоговорителя Zbx =Uном/Pном.

Рупорные излучатели. Основным недостатком громкоговорителей непосредственного излучения является их чрезвычайно низкий КПД. Причина этого заключается в несогласованности сопротивлений механической системы и окружающей среды. Для повышения сопротивления излучения нужно увеличивать размеры излучателя, но это повлечет рост механического сопротивления массы излучателя и не даст выигрыша в КПД. Поскольку диффузор выполняет две функции: преобразования механических колебаний в акустические и излучения этих колебаний в окружающую среду, разрешить такое противоречие можно только разделением этих функций, которое осуществляется в рупорных громкоговорителях, Рупор служит также для согласования сопротивлений механической системы и окружающей среды. Рупором называют трубу с переменным сечением. Входное отверстие излучающего рупора (горло) меньше, чем выходное (устье). Выходное отверстие является излучателем, а входное - нагрузкой для механической системы. Таким образом, излучатель может быть сделан сколь угодно большим, а механическая система - небольшой и потому легкой.

Рис. 4. Виды рупоров: а - сдвоенный; б - секционированный.

Рупоры применяют с различным законом изменения поперечного сечения. Наиболее распространены рупоры экспоненциальные; реже применяются конические, так как они имеют значительно менее равномерную амплитудно-частотную характеристику. Для острой направленности и более низкой границы передаваемого диапазона частот следует увеличивать выходное отверстие рупора и выбирать рупор большей длины. Для увеличения длины рупор часто свертывают или складывают (рис. 4). С аналогичными явлением мы сталкиваемся в духовых музыкальных инструментах: чем ниже регистр инструмента, тем длиннее его рупор.

Для концентрации или расстояния звуковых волн применяются акустические линзы, основанные на преломлении звуковых лучей при переходе из одной среды в другую с разными скоростями распространения (например, скорость распространения звуковых волн в пористых материалах или в решетках и жалюзи пластин отличается от скорости распространения в открытом пространстве). К недостаткам рупора можно отнести нелинейные искажения, обусловленные большой величиной и резким изменением амплитуды звукового давления в пределах одной длины волны в горле рупора, а также частотные искажения в рупорах конической формы. Рупорные электродинамические громкоговорители имеют два конструктивных варианта: узко- и широкогорлые. Площадь входного отверстия рупора в узкогорлых громкоговорителях в несколько раз меньше площади поршневой диафрагмы, в широкогорлых - эти площади или одинаковы, или близки друг к другу.