3. Увеличение вносимого сопротивления.

Головка громкоговорителя является обратимым преобразователем, в котором не только механические параметры оказывают влияние на электрические параметры, но и электрические параметры на механические колебания. Особенно сильно это влияние проявляется в области основного резонанса системы и состоит в уменьшении добротности системы (или увеличения затухания) : , здесь Q_п и Q_м–полная и механическая добротность системы, учитывающая (Q_п) или не учитывающая (Q_м) кроме собственно механических потерь r1 также и внесенные с электрической стороны, т.е. внесенное механическое сопротивление , Rк – активное электрическое сопротивление звуковой катушки, Ri – выходное сопротивление источника сигнала, Rвн – внесенное электрическое сопротивление .

Ослабляется увеличение вносимого сопротивления за счет применения фазоинвертора.

       Большая амплитуда колебаний подвижной системы в области низких частот приводит к значительным нелинейным искажениям. Основные причины нелинейных искажений следующие:

1. Непостоянство магнитной индукции Вв воздушном зазоре магнитной системы.

    Искажения уменьшаются, если высота катушки превышает высоту зазора: h_кат>h_з ;при этом условии выход части витков в более слабое поле сопровождается переходом витков другой стороны катушки в более сильное поле и величина F остается пропорциональна силе тока I.

2.Нелинейность подвеса. При больших амплитудах смещения подвижной системы головки громкоговорителя в области НЧ линейная зависимость между смещением х подвижной системы и током I в звуковой катушке нарушается. Возникают нелинейные искажения излучаемых звуковых колебаний. Это связано с тем,что механическое сопротивление подвеса увеличивается с увеличением перемещения диффузора на величину х_max. Эти нелинейные искажения можно уменьшить за счет более качественного подвеса диффузора (например, гофр выполнить из латекса). 3. Продольный изгиб диффузора.

Диффузор совершает дополнительные колебания с частотой в 2 раза меньшей частоты поданного на вход сигнала. А появление дополнительного тона есть нелинейные искажения. Устраняются эти колебания за счет искривления формы диффузора (Рис.6).       В головках типа 4А-32 дополнительно делаются ребра жесткости (искусственные вмятины в диффузоре).

4.Свободные колебания подвижной системы. В процессе передачи звука бывают небольшие паузы Δt_п когда на громкоговоритель не поступает сигнал, однако, в силу инерционности подвижной системы, диффузор продолжает колебаться некоторое время Δt_m с затуханием. Эти колебания создают дополнительный призвук. Для устранения призвука необходимо погасить свободные колебания. Это можно сделать за счет электрического демпфирования, т.е. уменьшения сопротивления выхода оконечного каскада усилителя и сопротивления громкоговорителя.

Вопрос № 9. Привести схему устройства ленточного микрофона. Объяснить принцип действия, особенности конструкции и эксплуатации микрофона.

Ленточный микрофон - это разновидность динамического микрофона, конструкция которого основана на тонкой, гофрированной металлической полоске (часто из алюминия) или плёнке подвешенной между двумя полюсами магнита. В отличие от традиционных микрофонов с подвижной катушкой, ленточный элемент реагирует на изменения в скорости движения воздушных частиц, а не на звуковое давление.

К огда лента вибрирует в магнитном поле, она генерирует крошечное напряжение, которое соответствует изменениям в скорости движения воздуха. В классических ленточных микрофонах, этот уровень напряжения очень низкий по сравнению с обычными динамическими микрофонами, поэтому необходим усилитель сигнала на выходе, которые увеличивает и сопротивление и напряжение. С тыльной стороны ленточки находятся настраиваемая и не настраиваемая резонансные камеры. Добротность резонаторов изменяется путем регулировки специальных отверстий.

Помимо функции приемного акустического элемента, ленточка выполняет роль провода динамического преобразователя, колеблющегося в магнитном поле. Из-за малой длины ленточки ее электрическое сопротивление мало (порядка 0,2...0,5 Ом). Напряжение, снимаемое с ее концов, также мало (порядка 10...50 мкВ/Па), что объясняется малостью коэффициента электромеханической связи Bl(если в остальных динамических микрофонах катушка содержит сотни витков и сигнал на выходе достигает десятков милливольт, то в ленточном микрофоне ленточка является одним (!) витком и сигнал с нее – микровольты). Такое напряжение соизмеримо с помехами, наводимыми на микрофонные линии. Для увеличения выходного полезного сигнала в корпусе ленточного микрофона всегда устанавливается повышающий трансформатор (встроенный усилитель оказывается самым оптимальным решением в плане борьбы с шумами), благодаря чему чувствительность повышается до 1...2 мВ/Па, выходное сопротивление при этом возрастает до 200...300В.

В связи с тем, что в своей конструкции ленточный микрофон использует такой тонкий и хрупкий элемент, он способен передавать самые мельчайшие нюансы звучания. У ленточных микрофонов широкий динамический диапазон, они отлично переносят высокое звуковое давление в высокочастотном диапазоне. Сама конструкция делает этот микрофон по умолчанию двунаправленным. Лента реагирует на сигнал спереди и сзади, сбоку сигнал не снимается. Своего рода естественная восьмёрка. Такие микрофоны идеально подходят для записи стерео, а также в условиях, когда вам не нужен звук и шумы из соседнего источника (например, радиовещание). Основным преимуществом ленточных микрофонов перед катушечными является очень малая величина переходных искажений (вследствие легкости ленточки), субъективно воспринимаемая как мягкость и естественность передачи тембра инструментов среднего и высокого регистров ( в т.ч. струнные). К преимуществам ленточных микрофонов можно также отнести отсутствие собственного резонанса ленты в области звуковых частот (этот резонанс лежит в пределах 0,5-1,5 Гц), возможность индивидуальной механической настройки частотной полосы восприятия с пологими спадами по краям, эффект мягкой компрессии, обуславливающийся падением ЭДС, наводимой колеблющейся лентой, при больших амплитудах колебания ленты.

Вместе с тем у ленточных микрофонов есть и ряд эксплуатационных недостатков :

- большие габаритные размеры и масса микрофона, обусловленные большими размерами постоянного магнита и трансформатора, - это в свою очередь приводит к стационарности микрофона;

- высокая стоимость ленточного микрофона, связанная с высокими технологическими сложностями при его производстве и эксплуатации;

- ленточные микрофоны очень чувствительны к толчкам и вибрациям, и довольно хрупки, отдельные модели можно сломать просто сильным потоком воздуха, большой громкостью или даже если просто хранить их лежа на боку;

- боятся «сквозняков», движение воздуха колеблет ленточку и возникает посторонний сигнал;

- требуют сложной и длительной настройки.

Однако, сейчас ленточные микрофоны используют во многих студиях для создания уникального звука, которое специалисты называют «гладким и шелковистым».

Вопрос № 10. Пояснить назначение звукопоглотителей. Какие материалы относятся к однородным слоистым облицовкам? Пояснить механизм звукопоглощения, зависимость коэффициента поглощения от частоты. Как осуществляется крепление материала к ограничивающим конструкциям?

Под звукопоглощением понимается снижение шума за счет потерь при отражении звука от данной конструкции.

Звукопоглощающие конструкции могут быть облицовочными и объемными. Облицовочные конструкции наносятся на стены помещения, к объемным относятся кресла, мебель, отдельные предметы внутреннего интерьера помещения.

В состав облицовочных звукопоглощающих конструкций входят слои рыхловолокнистых материалов и воздуха, защищенные со стороны интерьера мягкими или жесткими покрытиями, сплошными или перфорированными. Звукопоглощающие облицовочные материалы, входящие в состав многослойных конструкций, делятся на волокнистые, мембранные и резонаторные. Наибольшее применение находят мягкие пористые или волокнистые звукопоглотители в виде слоев, облицованных тонкими звукопрозрачными пленками. Высокое поглощение в широком диапазоне частот осуществляется обычно многослойными конструкциями.содержащими несколько слоев волокнистых материалов. Наиболее часто применяемые поглотители из стекло- или минераловолокна состоят из волокон диаметром примерно 2-7 мкм с некоторой преобладающей направленностью волокон при укладке в слоях. Поглощение акустической энергии в волокнистых материалах происходит путем преодоления звуковыми волнами вязких сил трения при обтекании воздухом волокон, процессов теплообмена и колебаний самих волокон (каркаса поглотителя), возбуждаемых трением воздуха.

Хорошее звукопоглощение в помещениях в большинстве случаев достигается путем использования слоистых конструкций, представляющих собой чередование упругих перегородок с воздушными промежутками и слоями звукопоглощающих материалов. Звукопоглощающие конструкции по числу перегородок могут быть одно-, двух-, трехстенными и т.д. Звукопоглощающие материалы обеспечивают частичное затухание проходящей акустической энергии, усиленное при многократном отражении звука между перегородками. По числу слоев звукопоглощающего материала с различными волновыми параметрами, располагаемых между перегородками, конструкции могут быть с однослойным, двухслойным и многослойным заполнением. Наиболее часто используются двухстенные конструкции с двух или трехслойным заполнением.

Основной акустической характеристикой звукопоглощающей облицовочной конструкции является частотная зависимость безразмерного коэффициента звукопоглощения α, определяемого как отношение поглощенной звуковой энергии к падающей α = Епогл / Епад. Величину α можно найти через волновые параметры и входные импедансы слоев, которые наиболее полно характеризуют процесс поглощения звука. К волновым параметрам звукопоглощающих материалов относятся волновое сопротивление слоя и постоянная распространения. Акустические характеристики звукопоглощающих материалов экспериментально определяются с помощью интерферометров при нормальном падении звуковых волн на образец. Кроме того, коэффициент α измеряется в условиях диффузного поля в реверберационных камерах.

Мембранные поглотители - это поглотители с податливой передней стенкой, они эффективны в узкой полосе частот в низкочастотном диапазоне. Мембранные поглотители с малой изгибной жесткостью (легкие облицовочные покрытия) наиболее эффективны на собственной частоте системы. Они состоят из упругих листов - мембран, закрепленных на некотором расстоянии от стены.

      1 - кривая поглощения звука мембранной конструкции с мембраной из кожи; 2 - кривая поглощения звука мембранной конструкции с мембраной из фанеры. Под резонаторными поглотителями подразумевают резонансные системы, содержащие совокупность резонаторов типа резонатора Гельмгольца. К таким конструкциям можно отнести разного рода сотовые панели, конструкции с перфорированными покрытиями.

  Наибольший коэффициент α звукопоглощения возникает на частоте резонатора ƒ₁, ƒ₂ так как колебательная скорость и трение частичек воздуха о ткань на этой частоте увеличивается.        На резонансных частотах ƒ₁и ƒ₂ поглощения звука максимальное (α=max). На рисунках ниже показана облицовка стен звукопоглотителем без воздушного зазора и с воздушным зазором.

      1. Стена.  2. Вата, толщина b = 10…15 см.   3. Стеклоткань, мешковина, ткань, марля в 2 слоя обработана стеклораствором.   4. Деревянный брус.  5. Воздушная прослойка (б).   6.Декоративная решетка.   Р - звуковое давление действующее на звукопоглотитель.

      1 - кривая отражающая характеристику звукопоглотителя, отстоящего от стены.   2 - кривая, отражающая звукопоглотитель установленный вплотную к стене.

      Недостатком при размещении поглотителя без воздушной прослойки является маленький коэффициент звукопоглощения на нижних частотах. Для устранения этого недостатка крепление звукопоглотителя к каркасу нужно производить с воздушной прослойкой.

Список литературы:

1. Вологдин Э.И.

Основы электроакустики. Учебное пособие. СПб 2012г.

2. Ш.Я. Вахитов, Ю.А. Ковалгин, А.А. Фадеев, Ю.П.Щевьев.

Акустика. Учебник для ВУЗов. М: Горячая линия - Телеком, 2009г.

3. Радиовещание и акустика. Учебник для ВУЗов. А.В. Выходец, М.В. Гитлиц, Ю.А. Ковалгин. М: Радио и связь, 1989г.

4. Акустика: Справочник.

М.А.Сапожков, А.П.Ефимов, А.В. Никонов, В.И.Шоров.

М:Радио и связь, 1989г.

5. И.А. Алдошина, Р. Приттс

Музыкальная акустика

М:Композитор, 2006 г.