|
|
Оглавление2. Внешнее оформление громкоговорителей 3. Практические рекомендации по проектированию и изготовлению домашних акустических систем 4. История развития современных систем звуковоспроизведения Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу1. ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ1.1. Общие сведения, классификация громкоговорителейВ качестве оконечного устройства современного радиовещательного тракта, трактов диспетчерской связи, установок озвучивания и звукоусиления, систем звуковой сигнализации гидроакустических станций и ультразвуковых дефектоскопов применяются громкоговорители. В телефонии, устройствах перевода и других видах телефонной связи, когда высокие уровни шума на месте приема ухудшают условия слушания, применяются головные телефоны (ГТ). Громкоговоритель (Г) – устройство, предназначенное для эффектвного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде. Принцип действия электродинамического преобразователя основан на взаимодействии проводника, по которому протекает ток, с магнитным полем. На проводник с током действует выталкивающая сила F = l[I × B], где l – длина проводника, I – вектор тока, по направлению совпадающий с проводником, B – вектор индукции магнитного поля. Для получения максимального эффекта угол между направлением тока и магнитного поля должен быть равен 90°, а для линейности преобразования магнитное поле должно быть постоянным на протяжении возможной траектории движения проводника. Величина силы F зависит также от длины проводника и индукции магнитного поля. Для увеличения длины проводник свернут в цилиндрическую катушку и помещен в радиальный зазор магнитной системы так, чтобы силовые линии магнитного поля были перпендикулярны направлению тока. Такая конструкция ЭДГ известна с 30-х гг. XX столетия и не претерпела существенных изменений до настоящего времени. Головной телефон («трубка Белла») был историческим предшественником громкоговорителя. Простейший Г представлял собой электромагнитный телефон с несколько более мощной магнитной системой и рупором, приставленным к камере, заменяющей крышку микрофона. Несколько позже появились электромагнитные Г с диффузором. У такого Г вместо мембраны около полюсных наконечников помещался якорь в виде консольной балочки. Тонким стержнем к якорю присоединялась вершина легкого бумажного конуса – диффузора, служащего излучателем звука. Для повышения чувствительности и уменьшения нелинейных искажений был предложен целый ряд модификаций полюсных наконечников («дифференциальная» и «двойная дифференциальная» схемы). Однако четность явления магнитного притяжения обусловливает довольно высокие нелинейные искажения. Именно поэтому в настоящее время электромагнитные Г почти полностью уступили место электродинамическим, электростатическим, электретным и пьезоэлектрическим Г. Все имеющиеся типы Г можно классифицировать следующим образом: • по способу электромеханического преобразования – на электродинамические, электростатические, электретные, пьезоэлектрические и т.д.; • по особенностям излучения звуковых колебаний – Г прямого излучения, с излучающим рупором; одиночные Г, групповые Г; • по классам качества и номинальной мощности, что определяет возможные области применения тех или иных Г; • по полосе воспроизводимых частот – низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные, широкополосные; • по областям применения – телевизионные, автомобильные, студийные и т.д. В свою очередь, электродинамические Г можно подразделить на катушечные, изодинамические, излучатели Хейла и т.п. В изодинамическом Г катушка сделана плоской и размещена непосредственно на мембране. Вокруг мембраны размещена магнитная система. Действующая на мембрану магнитодвижущая сила равномерно распределена по ее поверхности, поэтому такой Г называют еще диностатическим. Разновидностью изодинамического Г являются ленточные Г. Вместо звуковой катушки используется проводящая мембрана, представляющая собой один или несколько параллельных проводников. Ленточные Г имеют очень низкое сопротивление, поэтому для их применения необходимо использовать согласующий трансформатор. Амплитуда перемещения мембраны без существенных искажений невелика, поэтому изодинамические Г пригодны только для воспроизведения ВЧ. Для увеличения отдачи их снабжают коротким рупором. Благодаря малой массе мембраны обеспечивается гладкая АЧХ давления в диапазоне от 3-5 до 25-30 кГц, когерентное излучение обеспечивает очень хорошую передачу импульсов. Достоинствами данных Г являются малые нелинейные искажения, гладкая амплитудно-частотная характеристика звукового давления на акустической оси и широкая диаграмма направленности. К недостаткам следует отнести «нежную» конструкцию и высокую стоимость. Излучающая поверхность электростатического Г выполнена из полимерной пленки, металлизированной алюминием, никелем, серебром или углеродно-молибденовой суспензией. Она располагается между двумя акустически прозрачными сетчатыми электродами, к которым подведено напряжение сигнала и поляризующее напряжение. Плоская поверхность и малая масса обеспечивают гладкую амплитудно-частотную характеристику звукового давления на акустической оси от 100 Гц до 25-30 кГц, и даже до 35-40 кГц, но в этом случае отдача на высоких частотах ограничена. Для приемлемого воспроизведения низких частот площадь мембраны должна быть довольно велика. Симметричная конструкция обеспечивает подавление четных гармоник и когерентность излучения. Большим достоинством электростатического громкоговорителя является естественность звучания, к недостаткам надо отнести большие габаритные размеры и необходимость высокого (сотни вольт) поляризующего напряжения, а также высокую стоимость. Пьезоэлектрические Г представляют собой пьезокерамическую пластину с нанесенными на нее электродами, приклеенную к тонкой металлической мембране или металлизированному куполу. Эти Г используются, как правило, для воспроизведения высоких частот (выше 10-12 кГц). Для воспроизведения средних и низких частот (50 Гц – 10 кГц) используются диффузорные пьезоизлучатели, напоминающие по конструкции малогабаритный электродинамический громкоговоритель, в котором вместо магнитной системы установлен пьезоэлемент. К достоинствам пьезоэлектрических громкоговорителей относятся высокий КПД, прекрасные импульсные характеристики. К недостаткам следует отнести наличие низкочастотного механического резонанса в области 2-4 кГц и высокочастотного механического резонанса подвижной системы в области 20 кГц, окрашивающих звучание. Входное электрическое сопротивление носит емкостной характер, в области воспроизводимых частот имеет большую (порядка десятков и даже сотен кОм) величину, поэтому для оптимального согласования необходимо использование повышающего трансформатора и схем стабилизации импеданса. С целью упрощения конструкции обычно используют непосредственное подключение пьезоэлемента, что не позволяет раскрыть все достоинства громкоговорителей этого типа [4]. В ионо-плазменных громкоговорителях (ИПГ) нет подвижных механических элементов – звук излучают молекулы ионизированного воздуха. Такие Г появились во второй половине 50-х гг. XX столетия. В настоящее время такие громкоговорители выпускают фирмы Audax (Франция), Plasmatronic (США), Magnat (ФРГ), Transpulsar (Франция). Другие названия (ИПГ) – ионофон, плазмофон. Сигнал от генератора высокой частоты модулируется звуковым сигналом, повышается резонансным трансформатором и возбуждает «звучащий» коронный разряд. Первоначально разряд происходил в трубке из кварцевого стекла, которая для повышения звукового давления снабжалась рупором. Фирма Magnat создала конструкцию из акустически прозрачного сетчатого металлического шара и остроконечного электрода внутри него. Коронный разряд возбуждается напряжением частотой 27 МГц и амплитудой 2 кВ. Полоса воспроизводимых частот от 2 до 20 кГц, нелинейные искажения не превышают 0,5%. При работе наблюдается голубоватое свечение и характерный запах озона. Отсутствие переходных процессов за счет безинерционности излучателя (коронного разряда) и широчайший диапазон частот, недостижимый другими методами – несомненное достоинство плазмофона. Недостатки – это необходимость в специальной высоковольтной схеме возбуждения со схемами защиты и высокочастотное излучение с ионизацией воздуха, влияние которых на человека изучено не полностью. Чувствительность определяется характеристиками схемы возбуждения. Роторные головки. Первая НЧ головка выпущена в 1997 г. фирмой Phoenix Gold. Сама идея создания мощных излучателей звука подобного типа была высказана в 30-е гг. XX в., и фирма Intersonic выпускала устройства, излучающая система которых состояла из лопасти, совершающей колебательные движения, для привлечения слонов из джунглей. В современной модификации подвижная система представляет собой электродвигатель, вал которого может совершать поворот в пределах ±18º. На валу двигателя закреплены две лопасти из углепластика, вращение которых уравновешивается торсионом длиной 280 мм. Поворот лопастей преобразуется в поступательное движение воздуха при помощи двойного шнека из того же материала. Вся конструкция помещается в цилиндрический корпус из акрилового стекла диаметром 300 мм. Мощность громкоговорителя около 300Вт, полоса воспроизводимых частот при неравномерности 6 дБ 18-100 Гц, масса 5,5 кг. Достоинством этой конструкции является создание большого звукового давления при малых нелинейных искажениях, высокая надежность. К недостаткам относятся высокая стоимость, большой объем корпуса. В случае малого объема возрастают потери на перетекание воздуха на кромках лопастей и появление заметного на слух «шипения». Тип Г указывается в его названии. Например, 70 ГДН – громкоговоритель электродинамический, низкочастотный, мощностью 70 Вт; 20 ГДИВ – громкоговоритель изодинамический высокочастотный с мощностью 20 Вт. Как правило, диффузорные Г работают на электродинамическом принципе действия, и в настоящее время наиболее распространены как в профессиональной, так и в аппаратуре широкого потребления. Достаточно отметить, что из около 500 млн Г, выпускаемых ежегодно, примерно 85% приходится на электродинамические катушечные. Г с диафрагмой большого размера могут быть и электродинамического, и электростатического типов. Г с излучающим рупором практически все электродинамические. 1.2. Технические характеристики громкоговорителейДля количественной оценки качества электромеханического преобразования Г согласно ГОСТ 16122-87, ГОСТ 23262-83, IEC 268-5 и IEC 581-7 рассматривают нижеперечисленные технические показатели. 1. Номинальная мощность Рном – максимальная подводимая электрическая мощность, ограниченная тепловой и механической прочностью Г и возникновением нелинейных искажений, превышающих заданную величину. Г не должен выходить из строя при длительном воздействии этой мощности (непрерывная работа не менее 100 часов при шумовом сигнале). 2. Частотная характеристика Г по звуковому давлению – зависимость звукового давления, развиваемого Г по направлению его акустической оси в точке, отстоящей на определенном расстоянии (как правило, 1 м) от акустического центра, в условиях, эквивалентных безграничной среде, от частоты при постоянной амплитуде переменного напряжения на зажимах генератора. 3. Акустическая ось Г и положение акустического центра на ней определяются в общем случае техническими условиями на Г данного типа и указываются в техническом описании (паспорте Г). Если излучающее устройство Г имеет осевую симметрию, то ось симметрии и является акустической осью, а акустический центр определяется пересечением этой оси с плоскостью, в которой находится излучающая поверхность. 4. Условия, эквивалентные безграничной среде, требуют, чтобы на микрофон, посредством которого измеряется звуковое давление, воздействовало только поле прямого излучения Г, не искаженное наложением отраженных волн. Для удовлетворения этого условия измерения проводятся либо на открытом воздухе (причем акустическая ось направлена вертикально вверх, при отсутствии сильного ветра), либо в специальных звукомерных камерах, вся внутренняя поверхность которых с размещенными на ней звукопоглощающими конструкциями достаточно эффективно поглощает падающий звук в заданном исследуемом диапазоне частот. Чем ниже лежит граница этого диапазона, тем большие размеры должна иметь камера (ее наименьший размер должен быть не менее нескольких длин волн низшей частоты измеряемого сигнала). Звукопоглощающие конструкции выполняют чаще всего в виде призм или клиньев, проволочный каркас которых обтягивается редкой тканью, а внутренний объем заполняется рыхлым звукопоглотителем (например, стекловатой, занимающей не менее 2/3 объема). Высота призм или клиньев, необходимая для эффективного поглощения, возрастает с понижением нижней частоты диапазона измерений (и составляет не менее 1/2 длины волны на этой частоте). 5. Неравномерность АЧХ звукового давления – это отношение максимального значения звукового давления к минимальному в заданном диапазоне частот. Ее обычно выражают в децибелах. В рекомендациях IEC 581-7, определяющих минимальные требования к аппаратуре Hi-Fi, указано, что неравномерность АЧХ звукового давления не должна превышать ±4 дБ в полосе частот 100…8000 Гц. В лучших моделях акустических систем класса Hi-Fi достигнуто значение ±2 дБ. Внимание! Авторские права на книгу "Акустические системы. Учебное пособие" (Сальникова Е.Н., Стаценко Л.Г.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
