7.2 Диффузорные громкоговорители

Диффузорные громкоговорители применяются чаще других и относятся к электродинамическим преобразователям. Излучающая поверхность – диффузор непосредственно связан с воздушной средой (в отличие, например, от рупорных), поэтому они называются громкоговорителями непосредственного (прямого) излучения. Устройство такого громкоговорителя показано на рисунке 6.4, электрический аналог – на рисунке 6.3.

Для того, чтобы проанализировать качественные показатели любого громкоговорителя, необходимо составить электрический аналог подвижной системы с учётом реакции среды, изобразить эквивалентную схему электрического (входного) сопротивления громкоговорителя, определить резонансные частоты, выяснить причины недостаточного качества и предложить мероприятия по улучшению параметров качества.

7.2.1 Устройство диффузорного громкоговорителя и принцип его работы. Входное сопротивление

Согласно рисунка 6.4в состав громкоговорителя входят электрические, механические акустические и магнитные элементы. Магнитными элементами являются: кольцевой магнит, керн, нижний и верхний фланцы. Акустическими – реакция среды на излучатель, определяемая активным и реактивным сопротивлением излучения, элементами и механическими элементами – подвижная система состоящая из собственно диффузора в форме усеченного конуса, жёстко скреплённого со звуковой катушкой, гофрированного воротника диффузора (верхний подвес) и центрирующей шайбы (нижний подвес), обладающая массой , гибкостью и сопротивления трения . Электрическим элементом является звуковая катушка, обладающая активным и индуктивным сопротивлениями.

Диаметр диффузора выбирается, в среднем, 10-30см, угол раскрыва – . Такая конструкция обеспечивает жёсткость в отличие от поршневого. Форма огибающей диффузора чаще нелинейная. Звуковая катушка намотанным на неё проводом, находящаяся в радиальном магнитном поле при пропускании через неё переменного тока , испытывает действие электромагнитной силы , где – индукция в зазоре, – длина провода. Эта сила приводит в движение диффузор со скрепленной жёстко с ним катушкой, и подвешенный к диффузородержателю (корпусу) по внешнему краю верхний подвес диффузора и центрирующую шайбу . Вследствие этого диффузор может перемещаться только в осевом направлении. Магнитное поле создаётся кольцевым постоянным магнитом и магнитной цепью из керна и двух фланцев и . Между керном и верхним фланцем есть кольцевой зазор, в котором размещена звуковая катушка, свободно колеблющаяся в нём. Согласно электрического аналога (рисунок 6.3) масса подвижной системы , гибкость и сопротивление соединяются последовательно. Если учесть реакцию среды сопротивление излучения и соколеблющуюся массу , то механико-акустическая схема будет такой, как показано на рисунке 7.5, а её аналог на рисунке 7.6.

Рисунок 7.5

Рисунок 7.6

Механическое сопротивление (в точках “аа” подсоединения к источнику будет иметь вид (рисунок 7.6)

Из теории электрических цепей известно, что в такой колебательной системе возможен резонанс напряжений, а резонансная частота , эта частота называется частотой механического резонанса подвижной системы (собственной частотой) и обозначается . Если бы воздушной среды не было (создан вакуум), то эта частота бы повысилась, т.к. в этом случае .

Как только диффузор начал колебаться, согласно законам электромагнитной индукции на концах проводника с током возникает противоЭДС, что говорит о том, что в электрическую цепь катушки будет вносится сопротивление из механико-акустической системы, а это значит, что входное электрическое сопротивление катушки определится суммой собственного электрического сопротивления и вносимого . Можно показать, что

,

тогда эквивалентная схема входного сопротивления будет иметь вид, показанный на рисунке 7.7, а частотная характеристика входного сопротивления будет иметь вид, показанный на рисунке 7.8.

Рисунок 7.7

Рисунок 7.8

Итак,

,

где ; ; ;

;

Параметры , , называются соответственно вносимым сопротивлением, вносимой емкостью и вносимой индуктивностью. Т.к. и зависят от частоты, то все вносимые параметры и будут зависеть от частоты, частотная характеристика - неравномерная. Это приведет к тому, что усилитель, нагрузкой которого является входное сопротивление громкоговорителя будет изменяться как от частоты, так и от количества одновременно включенных и разных по типу громкоговорителей. Поэтому желательно предусмотреть меры по выравниванию АЧХ (например, применить дополнительное демпфирование колебательной системы, использовать фазоинвертор и др.).

Частотная характеристика имеет 2 резонанса: один на частоте , определяемой подвижной системой, а второй – на частоте (называется частотой электромеханического резонанса), определяемой индуктивностью катушки и внесенной емкостью .

;

т.к. , то . Практически определяет нижнюю частоту, начиная с которой громкоговоритель начинает излучать.

Рассмотрим подробнее эту характеристику.

1) Если , то , , , т.к. сопротивление ( ) входит в цепочку параллельно соединенных , и и является наименьшим, , , т.к. .

2) . В данном случае первым резонансом схемы будет именно резонанс контура (т.к. ), т.е. резонанс механической системы ( внесен в электрическую часть громкоговорителя из механико-акустической системы). Этот контур параллельный. В нем возникает резонанс токов и сопротивление контура стремится к бесконечности. Но из-за потерь (наличие ) величина этого сопротивления приблизительно равна . На частотах выше и ниже резонансной ( и ) входное сопротивление будет уменьшаться. Можно считать, что (т.к. достаточно низкая и мало), .

3) . На частотах выше своего резонанса параллельный контур эквивалентен емкости . Поэтому и “организуют” последовательный контур, резонансные частоты которого . Частота называется резонансной, электромеханической, т.к. принадлежит электрической части громкоговорителя, а - механико-акустической. На частоте последовательного контура сопротивление минимальное и равно около , . На частотах выше и ниже сопротивление увеличивается ( ; ).

4) для ограничения роста входного сопротивления на , где , применяют конструктивные меры: на конец керна одевается короткозамкнутый виток, индуктивно связанный со звуковой катушкой. Обмотка звуковой катушки и виток образуют трансформатор с к.з. вторичной обмоткой.