26.Внешнее оформление громкоговорителя в виде открытого ящика

Открытым ящик можно трактовать как "свернутый" щит. Сохраняя преимущества щита, открытый ящик имеет более компактные размеры.

pис.16.17

В этом случае также наблюдается интерференция прямой и обратной сторон.

Важно, чтобы Δr≥λ_н/6.

На практике, для такой системы Δr выбирают несколько меньше, а именно: Δr=λ_н/6∙γ, где γ=0,6…0,8;

γ - поправочный коэффициент, который учитывает возможность уменьшения размеров.

Открытый ящик можно трактовать как систему вида:

pис.16.18

Таким образом, имеем полупоршень, нагруженный справа воздухом (т_отв и _{ми отв}) через упругость воздуха С_я (на рисунке схематически – пружина).

Площади излучателя и отверстий ящика отличаются, следовательно, мы получили акустический трансформатор.

27.Внешнее оформление громкоговорителя в виде закрытого ящика

Преимущество такого внешнего оформления в том, что полностью исключается интерференция двух сторон излучателя.

Недостаток состоит в том, что не используется излучение обратной стороны излучателя. Кроме того, сказывается влияние замкнутого объема ящика. Этот эффект проявляется в виде повышения резонансной частоты системы и, таким образом, повышения нижней границы рабочего диапазона.

Составим эквивалентную схему такой системы.

pис.17.9

pис.17.10

Полагаем, что подвижная система имеет массу m_∑ и гибкость С_∑. Тогда схема примет вид:

pис.17.11

Частота резонанса системы:

,

где эквивалентная гибкость C_экв :

.

Поскольку C_я «C_∑, то C_экв ≈ C_я, следовательно

,

где m_Cя=2 ρ₀а³ (а – радиус излучателя).

Сравним полученные значения ƒ_оя с частотой резонанса громкоговорителя в щите ƒ_ощ (гибкость воздуха C_я в схеме отсутствует):

,

где m_Cщ=8/3ρ₀а³.

Несмотря на то, что m_Cщ › m_Cя, определяющую роль играет величина C_я «C_∑. Следовательно, частота ƒ_оя поднимается по сравнению с ƒ_ощ.

Поэтому при расчете объема ящика необходимо учесть требование, чтобы частота резонанса ƒ_оя повышалась не более, чем на 10% и составляла 1,1·ƒ_о, где ƒ_о – частота резонанса механической системы громкоговорителя.

Исходя из этого условия, находят требуемую гибкость ящика C_я, а затем – объем ящика V_я.

Внутренние стенки ящика обычно оклеивают звукопоглощающим материалом, что уменьшает проявление колебаний ящика на собственных частотах и выравнивает частотную характеристику системы.

28. Внешнее оформление громкоговорителя в виде фазоинвертора.

Фазоинвертор. Представляет собой разновидность закрытого ящика с наличием отверстия на какой-либо стороне ящика; чаще на одной стороне с громкоговорителем. Масса воздуха в отверстии ведет себя подобно диффузору, являясь дополнительным излуча­телем звука преимущественно на резонансной частоте фазоинвертора, которая делается равной основной резонансной частоте громкогово­рителя (или несколько ниже).

Рис 38. Действие фазоинвертора.

а — частота звука, излучаемого громкоговорителем, выше резонансной частоты фазоинвертора; б — частоты равны; в — частота громкоговорителя ниже резонансной частоты фазоинвертора.

 

А - При частотах сигнала выше резонансной частоты фазоинвер­тора (f_с>fф) звуковое давление, создаваемое громкоговорителем, больше, чем создаваемое отверстием фазоинвертора, и они близки по фазе, а поэтому складываются.

Б - На резонансной частоте фазоинвертоpa (f_c = f_ф), если эта частота не равна частоте основного резонанса головки, создаваемое ею звуковое давление значительно меньше, чем от отверстия фазоинверто­ра, и результирующее звуковое давление опре­деляется, главным обра­зом, изучением фазоин­вертора.

В - При частотах сигнала ниже резонанс­ной частоты фазоинвер­тора (f_с<f_ф) создавае­мое им звуковое давле­ние уменьшается, стано­вясь близким по величи­не к звуковому давле­нию от громкоговорите­ля. Эти давления почти противофазны, поэтому результирующее звуковое давление будет меньше каждого из них.

 

Таким образом, в фазоинверторе использовано излучение задней стороны диффузора громкоговорителя, что увеличивает отдачу на са­мых низких частотах. Происходит это потому, что диффузор громко­говорителя связан через упругость воздушного объема ящика с мас­сой воздуха в отверстии, причем в результате такой связи фаза ко­лебаний воздуха в отверстии повернута на 180° по отношению к фазе колебаний задней стороны диффузора, т.е. колебания воздуха в отверстии получаются синфазными с колебаниями передней сторо­ны диффузора.

Это обстоятельство и послужило основанием назвать такое акустическое оформление фазоинвертором. Гибкость воздушно­го объема ящика и масса воздуха в отверстии фазоинвертора, зави­сящая от площади и толщины краев отверстия, образуют резонанс­ную систему (резонатор Гельмгольца), частота которой приближенно выражается уже приводившейся формулой

где f_ф — резонансная частота фазоинвертора, гц; S — площадь отвер­стия, см^г; V — объем ящика, см³.

 

Из этой формулы видно, что резонансная частота меньше зави­сит от изменения площади отверстия, чем от объема ящика.

Однако площадь отверстия определяет эф­фективность фазоинвертора (его отдачу) и должна приблизительно соответствовать эффективной площади диффузора (2,1—2,5R²_диф) чтобы мощности излучения отверстия и громкоговорителя были со­измеримыми.

Так как площадь отверстия фазоинвертора при одной и той же резонансной частоте связана с объемом, необходимо исполь­зовать фазоинвертор определенного объема в зависимости от разме­ров громкоговорителя.

Фазоинвертор мень­шего объема практичес­ки  ничего не излучает на своей резонансной ча­стоте, в то время как другой фазоинвертор с площадью отверстия, почти равной площади диффузора, излучает на той же частоте столько же, сколько излучает громкоговоритель на других частотах.

 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Фазоинвертор - устройство, преобразующее входной сигнал в два сигнала, сдвинутых по фазе на 180°.

В акустике фазоинвертор - это труба в корпусе акустической системы, обеспечивающая расширение НЧ - диапазона за счёт резонанса этой трубы на частоте ниже воспроизводимой громкоговорителем.

Механизм работы фазоинвертора заключается в том, что специально рассчитанный акустический резонатор-фазоинвертор производит инверсию (переворот) фазы звуковой волны, излучаемой тыльной стороной диффузора. Эта перевернутая звуковая волна с выхода фазоинвертора суммируется со звуковой волной от фронтальной поверхности диффузора, что и приводит к существенному увеличению уровня звукового давления громкоговорителя на частоте настройки фазоинвертора. Достоинства этого типа акустического оформления хорошо известны, недаром сегодня по крайней мере 9 из 10 акустических систем, выпускаемых в мире, имеют фазоинвертор.

Это позволяет существенно понизить нижнюю граничную частоту акустической системы и заметно увеличить уровень ее звукового давления на низких частотах.

При равных размерах корпуса закрытой и фазоинверсной АС акустические системы с фазоинвертором имеют в 1,26 раза меньшую нижнюю граничную частоту при равном КПД для обоих типов систем. Если же сконструировать оба типа АС так, чтобы у них были одинаковые размеры корпуса и равные нижние граничные частоты, то акустическая система с фазоинвертором будет иметь на 3 дБ больший КПД, чем конкурирующая "закрытая" акустическая система.

Наконец при одинаковых КПД и нижней граничной частоте акустическая система с фазоинвертором будет иметь существенно меньшие размеры по сравнению с АС закрытого типа

Расплатой за вышеупомянутые преимущества этого типа акустического оформления являются ухудшение (по сравнению с АС закрытого типа) переходных характеристик и усложнение согласования АС с усилителем.