6.2 Правила построения схем электрических аналогов механико-акустических систем

- Вычерчивается схема механико-акустической системы, например (рисунок 6.6.), при этом необходимо учесть, что смещение элементов массы отсчитывается относительно н.т.м. (т.е. масса всегда перемещается (смещается) относительно н.т.м.).

Это обозначается прерывистой линией, соединяющей элементы массы с н.т.м.

- Механико-акустическая система перечерчивается (рисунок 6.7), элементы массы сдвигаются по пунктирной линии к н.т.м., которая заменяется сплошной. Все элементы схемы заменяются квадратиками с буквенными обозначениями элементов. Середины всех квадратиков соединяются каждый с каждым пунктирными линиями, которые проходят перпендикулярно сплошным линиям, называемыми линиями механической связи но так, чтобы не пересекать линии механической связи и чтобы внутри замкнутых контуров не оказалось н.т.м.

Рисунок 6.6

Рисунок 6.7

Указания:

1. Трансформатор или (механический или акустический) целесообразнее заменить двумя (несколькими) квадратиками, символизирующими две (несколько) обмоток: первичная располагается во входной цепи (на стороне силы), вторичная(ые) - на выходе.

2. Построение аналога будет без ошибок, если аналогичные линии (сплошные или пунктирные) проходят через стенки противоположных сторон квадратика!

3. Элемент массы можно смещать в любую сторону. В точке при смещении массы получается соединение элементов в узел.

- Перечерчивается схема, образованная пунктирными линиями, причем, квадратики заменяются графическими обозначениями соответствующих электрических аналогов (таблица 6.1).

- В полученной схеме электрического аналога (рисунок 6.8а) применяют буквенные обозначения не электрических, а соответствующих им механических и акустических величин.

Анализ полученной схемы электрического аналога и расчет ее параметров производятся любыми известными в теории электрических цепей приемами. В частности, элемент С2 сначала пересчитывают через заданный коэффициент трансформации в первичную цепь (рисунок 6.8а).

а) б)

Рисунок 6.8

7 Громкоговорители (излучатели звука)

Устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую или акустическую, называются преобразователи-двигатели.

7.1 Классификация излучателей звука. Сопротивление излучения

Излучатели звука делятся на точечные и плоские (порошковые). Точечные бывают осциллирующие (рисунок 7.1а) и пульсирующие (рисунок 7.1б).

Плоские подразделяются на излучатели, односторонне излучающие (громкоговоритель в капсюле или в ящике с закрытой задней стенкой) (рисунок 7.1в), односторонне излучающие (громкоговоритель в ящике с открытой задней стенкой) (рисунок 7.1г) и в бесконечно большом щите (экране) (рисунок 7.1д). Условное обозначение излучателей показано на рисунке 7.1.

При колебаниях излучателя среда оказывает сопротивление этим колебаниям. Это сопротивление называют сопротивлением излучения ( ). Оно добавляется к механическому сопротивлению колеблющейся поверхности излучателя ( ).

Согласно электромеханических аналогий комплексное механическое сопротивление в безвоздушном пространстве определяется как .

С учетом реакции среды на излучатель имеем:

а)	б)
в)	г)
д)

Рисунок 7.1 – Типы излучателей

Можно показать, что по своей сути сопротивление излучения является полным акустическим сопротивление звуковой волны в месте соприкосновения с излучающей поверхностью , является нагрузкой излучателя и в общем случае – комплексное, т.е.

,

где -площадь излучающей поверхности, ;

-активная составляющая сопротивления излучения;

-реактивная составляющая сопротивления излучения;

При распространении плоских волн сопротивление излучения чисто активное, сферических волн – комплексное.

Если преобладает активное сопротивление ( ), то создается режим плоской волны, большая часть энергии доходит до слушателей, излучение является эффективным, границей эффективного излучения является равенство .

Как уже говорилось выше, безразмерные коэффициенты и зависят от частоты, расстояния от излучателя. Обычно для наглядности показывают частотные характеристики безразмерных коэффициентов в зависимости от произведения или , вид этих характеристик следующий (рисунок 7.2):

Рисунок 7.2

Здесь -радиус излучателя;

-расстояние от излучателя;

-волновое число.

Для пульсирующего шара граница эффективного излучения:

для осциллирующего шара – 1.69

для излучателя в щите – 1.38

для односторонне излучающего – 1.85

для двухсторонне излучающего – 2.05

При -преобладает реактивная составляющая сопротивления излучения, где она изменяется прямопорционально частоте. Исходя из теории электрических аналогий она может быть истолкована как присоединенная масса воздуха (соколеблющаяся) к излучателю , колеблющаяся вместе с ним, измеряется в кг

Чем , тем , следовательно, на н.ч. преобладает так называемое инерциальное сопротивление ( ). По мере увеличения частоты слой воздуха, присоединенный к излучателю, уменьшается и им можно пренебречь.

Другой важной характеристикой излучателя является его направленность, которую оценивают по диаграмме направленности ДН. Т.к. в вещании, в основном, используют плоские излучатели, то оценим ДН для них.

Громкоговоритель в капсюле и бесконечном щите по типу излучения одинаков, т.к. слушатель находится по одну сторону излучателя (рисунок 7.3а).

На н.ч. ( , ) все элементарные волны, создаваемые каждой точкой колеблющейся поверхности будут приходить в точку наблюдения в фазе и ДН будет круг (в полярных координатах). На в.ч. ( ) ДН будет обостряться, т.к. звуковые волны будут интерферировать (рисунок 7.2б).

;

а)

б)

Рисунок 7.3

Для двусторонне излучающего громкоговорителя ДН будет косинусоида (рисунок 7.4).

А)

Рисунок 7.4