Диффузорные катушечные электродинамические ГГ имеют невысокий КПД, не выше 1–2%, и низкое стандартное звуковое давление, не превышающее 0,3 Па. Это объясняется несогласованностью сопротивлений подвижной системы ГГ и акустического сопротивления среды.

4.3.3. Искажения в электродинамических диффузорных ГГ

Излучателям, обсуждаемым в этой главе, присущи большинство типов искажений, которые рассматривались в п. 2.5. Но существует и определ нная специфика, обусловленная принципом действия, конструкцией, применяемыми материалами и элементами, несовершенствами технологий их изготовления и выбора и т. д. Подробный анализ всех видов искажений в электродинамических диффузорных ГГ привед н, например, в работах [9, 10], поэтому ограничимся здесь кратким обзором.

Искажения АЧХ и ФЧХ вызваны сложным характером распределения амплитуд и фаз на поверхности диафрагм. Наибольшую трудность представляет установление связи между АЧХ и ФЧХ и структурой колебательных процессов в подвижных системах ГГ. Пример АЧХ электродинамической диффузорной ГГ представлен на рис. 4.16 [10].

Рис. 4.16. Пример АЧХ широкополосной ГГ

На этой зависимости можно выделить четыре характерные частотные области. Картина колебательных процессов на поверхности диффузора в этих областях приведена на голограммах рис. 4.17 [10].

Вобласти (I), на низких частотах примерно до 300–400 Гц (для бумажных конусных диффузоров диаметром 20–25 см) реализуется поршневой режим колебаний. В этой частотной области искажения в основном определяются ж сткостью, формой и массой диффузора, характеристиками гибких подвесов, параметрами магнитных систем ГГ.

Вследующей области (II) — области средних частот от 350 до 1 кГц поршневой режим колебаний начинает тереться. В диффузоре появляются стоячие волны, вызывающие появление симметричных радиальных колебаний.

68

На соответствующих голограммах наблюдается волновая картина с радиальными узловыми линиями (рис. 4.17, а). Эти колебания нежелательны, и, хотя, они не влияют на АЧХ из-за самокомпенсации, уровень звукового давления в области (II) несколько снижают. Для устранения этих эффектов применяют различные методы повышения ж сткости диффузоров и увеличения потерь в них (например, использование кольцевых р бер ж сткости, применение вязкоупругих пропиток и материалов, в том числе анизотропных композиционных). Эти меры способствуют подавлению радиальных колебаний и расширению диапазона поршневого режима диффузора.

Рис. 4.17. Голограммы колебательных процессов на поверхности диффузора в разных частотных областях:

а— область средних частот II;

б— область частот вблизи первого резонанса диффузора III;

в— область высоких частот IV

При более высоких частотах, примерно до 3–4 кГц, (область (III)) на голограмме рис. 4.17, б видно, что радиальные узловые линии уходят на периферию диффузора и появляется первый резонанс осесимметричных колебаний с одним узловым кольцом. В этой полосе частот практически у всех бумажных ГГ на АЧХ наблюдается весьма приличный пик-провал (иногда до ±8 дБ), что очень хорошо и неприятно слышно. Это нежелательное явление связано с совместным действием осесимметричных резонансов диффузора и резонансов подвеса. Для выравнивания АЧХ используют различные пропитки бумажного подвеса или всего диффузора, применяют подвесы специальной формы и т.д. Нам удавалось снижать этот пик-провал до уровня ±3 дБ, используя двухсто-

69

роннюю многократную пропитку (нанесение) бумажного (и не только) диффузора раствором изобутилового каучука. Эта процедура оказалась благотворной для всей АЧХ, несмотря на некоторое снижение отдачи, что, в общем-то, и хорошо на средних и высоких частотах.

На высоких частотах (IV), от 3–4 кГц, роль резонансов с радиальными узловыми линиями снижается, с ростом частоты их амплитуда падает и они смещаются ещ дальше к краю диффузора (рис. 4.17, в). Основное влияние на волновые процессы в диффузоре оказывают резонансы с кольцевыми узловыми линиями. С ростом частоты число этих линий возрастает, расстояние между ними уменьшается, число противофазно излучающих фрагментов диффузора также возрастает, а звуковое давление падает.

Вс вышесказанное с равным успехом относится к купольным ГГ. Следует ещ отметить положительное влияние на АЧХ и качество звука

применение панелей акустического сопротивления (ПАС), расположенных поближе к диффузору. Они демпфируют основной резонанс ГГ, что всегда хорошо.

Нелинейные искажения в диффузорных электродинамических ГГ практически те же самые, которые рассматривались в разделе про акустические сигналы, хотя причины их появления могут быть иными. Эти искажения можно классифицировать следующим образом: 1) гармонические низших порядков (второго, третьего); 2) субгармонические и комбинационные субгармонические; 3) гармонические высших порядков; 4) интермодуляционные и частотномодулированные (за сч т эффекта Доплера).

Общий спектр акустического сигнала, воспроизвед нного электродинамической ГГ при подаче на не электрического гармонического сигнала, представлен на рис. 4.18.

Рис. 4.18. Общий спектр нелинейных искажений электродинамической ГГ

Все виды нелинейных искажений в ГГ вызываются абсолютно всеми нелинейностями, проявляющимся при работе ГГ. Это и нелинейные колебательные процессы в подвижной системе ГГ и е элементах — диффузорах и диафрагмах, подвесах, центрирующих шайбах и т.д., а также нелинейные явления в

70

магнитных системах. Частично причины их вызывающие уже упоминались при обсуждении искажений АЧХ и ФЧХ ГГ.

Гармонические искажения второго-третьего порядков (II на рис. 4.18)

определяются нелинейными процессами в подвижной колебательной системе ГГ, особенно они велики в области основного резонанса ГГ, где амплитуда колебаний максимальна. В области этой частоты нелинейность определяется нелинейностью упругих характеристик гибких подвесов и центрирующих шайб, на более высоких частотах — нелинейными процессами в диффузорах.

Субгармонические искажения (I, III) связаны с динамической неустойчи-

востью колеблющейся диафрагмы. Эта неустойчивость связана с появлением

Гармонические искажения высоких порядков (nf0)(IV) — вызываются

дефектами при изготовлении деталей и сборке ГГ. Поскольку человек воспринимает гармоники высших порядков n > 5 значительно лучше, чем низшие (n = = 2, 3), то присутствие высоких гармоник даже низкого уровня хорошо слышно и воспринимается как дребезг.

Интермодуляционные и частотно-модулированные (эффект Доплера)

искажения описаны в гл. 2. Все конструктивные и технологические меры, направленные на повышение жесткости или демпфирования в подвижных системах, приводят также и к снижению интермодуляционных искажений, так как причиной их появления служит та же амплитудная нелинейность упругих характеристик подвижных систем, что и для других видов искажений.

Рассмотрим нелинейные искажения, вызываемые процессами в системе «магнитная цепь — звуковая катушка» при колебаниях последней в поле первой.

При многочисленных измерениях индукции магнитного поля в зазоре магнитных систем ГГ было установлено, что она, зачастую, неодинакова ни по глубине, ни по окружности. В результате звуковая катушка при своих колебаниях находится в неоднородном и несимметричном поле, т.е. сила, действующая на катушку и диафрагму, нелинейно зависит от подводимого напряжения и смещения. Для получения однородной и симметричной В используют специальные конструкции кернов и фланцев, оптимизируют высоту намотки катушек.

Ещ одной причиной искажений в магнитной системе ГГ является то, что воздействие переменного магнитного потока, возникающего в катушке при протекании переменного тока, изменяет магнитное состояние материала керна не по основной кривой намагничивания, а по частной петле гистерезиса. Это вызывает искажения напряж нности магнитного поля, и, следовательно, тока, протекающего через катушку.

И, наконец, следует упомянуть о силе взаимодействия магнитных полей катушки и магнитопровода, эта сила притяжения вызывает появление второй

71

гармоники в спектре возбуждающей силы. А вс это и определяет нелинейную зависимость силы от подводимого напряжения.

Способы борьбы с нелинейными искажениями, вызываемые процессами в системе «катушка — магнитопровод», весьма многообразны. Все они направлены на увеличение сопротивления магнитному потоку участков магнитопровода, примыкающих к катушке. Это и использование специальных полюсных наконечников и вставок из магнито-мягких материалов типа Fe-Si, Fe-Ni и др., применение индуктивно связанных с катушкой короткозамкнутых витков. Чаще используют диамагнитные колпачки на керне, например, медные, иногда кольца, расположенные у основания керна.

Ещ одной причиной возникновения нелинейных искажений ГГ может быть нелинейность упругости воздуха под пылезащитным колпачком. Для устранения этих искажений применяют колпачки из мягкой сетки, прозрачной для воздуха, или делают отверстие в керне, что при больших скоростях струи воздуха в отверстии может вызвать призвуки.

Искажения динамического диапазона. Как уже было отмечено в п. 2.5,

одним из главных требований к АС категории Hi-Fi является неискаженная передача динамического диапазона.

ГГ, используемые в АС этого класса должны выдерживать электрическую мощность более 200 Вт, иметь большой ход диффузора без тепловых и механических повреждений. При таких мощностях звуковая катушка может нагреваться до 200°С, что может привести к выходу ГГ из строя. Кроме того, при выс о- ких температурах сопротивление звуковых катушек значительно возраст т, что привед т к проблемам согласования с усилителем, изменениям настройки фильтров, искажениям АЧХ, ФЧХ и др. Поэтому необходимо применять меры по повышению термостойкости катушек за сч т использования термостойких материалов для каркасов катушек и покрытия проводов, специальных клеев и лаков для крепления катушек к диафрагмам и пропитки катушек. Кроме того, следует решать вопросы эффективного теплоотвода.

Переходные искажения в диффузорных электродинамических ГГ зависят от конкретной полосы частот, в которых они работают. На низких частотах в области основного резонанса переходные процессы определяются параметрами гибких подвесов у магнитных систем, степенью и законом изменения индуктивностей звуковых катушек при их перемещениях в зазоре. Параметры, характеризующие переходный процесс — это логарифмический декремент затухания и время затухания колебаний . Поэтому для повышения и уменьшения , т.е. для снижения переходных искажений на низких частотах следует снижать механическую добротность подвесов и шайб с помощью использования специальных материалов, покрытий и пропиток с высоким . Полезно применение ПАС. Для стабилизации индуктивности катушек следует применять короткозамкнутые витки, увеличивать высоту намотки катушек и высоту керна, применять мощные магнитные системы для снижения электрической добротности.

72