5.АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

5.1.Основные определения, классификация, нормы и характеристики

Всоответствии с ГОСТ 16122-87, акустическая система (АС) — это громкоговоритель, предназначенный для использования в качестве функционального звена в бытовой радиоэлектронной аппаратуре. Под термином «громкоговоритель» понимается «устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько ГГ, при наличии акустического оформления, электрических устройств (фильтры, трансформаторы, регуляторы и т. п.)».

АС являются конечным звеном любого тракта звуковоспроизведения, зачастую определяющим качество его звучания. В зависимости от назначения, параметров, габаритов различают следующие АС [1]:

–бытовые АС: массовые, класса Hi-Fi и Hi-End, АС для домашнего кинотеатра, для компьютерных систем (АС MultiMedia) и др.;

–АС систем озвучивания, в том числе, для конференцсвязи, перевода и др.;

–концертно-театральные АС;

–студийные АС и контрольные акустические мониторы;

–АС для автоустановок, для озвучивания поездов, самол тов и т.д.;

–АС служебного применения: системы оповещения, переговорные, абонентские и др.;

–стереотелефоны.

Кроме того, АС бывают одно- и многополосными, напольные и полочные, встроенные и выносные.

По типу применяемого акустического оформления АС классифицируют как открытые, закрытые, фазоинверсные, полосовые резонаторы, лабиринтные, рупорные, комбинированные.

Существуют ещ системы, выполняемые отдельными блоками, эффективно воспроизводящие частоты ниже 50–60 Гц и выше 20 кГц — соответственно «subwoofer» — «супернизкочастотные» и «supetweeter» — «супервысокочастотные».

В настоящей монографии рассматриваются выносные АС, предназначенные для использования в высококачественных трактах звуковоспроизведения категории Hi-Fi.

Нормы на основные электроакустические параметры АС устанавливаются ГОСТ 23262-88 и рекомендациями МЭК 581-7.

Отечественные АС по электрическим и электроакустическим параметрам подразделяются на три группы сложности: нулевая (высшая), первая и вторая. Перечень нормируемых параметров приводится в ГОСТ 23262-88 и технических условиях на конкретную акустическую систему.

Кроме того, качество звучания АС должно быть не хуже образца по качеству звучания, определенного в соответствии с ОСТ4.202.003-84.

81

Акустические системы по стойкости к внешним климатическим и механическим воздействиям должны соответствовать требованиям к группе I ГОСТ

11478-88 [11].

В соответствии с действующим ГОСТ 23262-88 полное наименование АС включает в себя: величину предельной долговременной мощности, буквы АС, номер группы сложности и номер разработки, например 75АС-001. При этом отнесение к какой-либо группе сложности определяется набором характеристик. В предыдущем стандарте первые цифры обозначали номинальную, т. е. электрическую мощность, при которой нелинейные искажения в АС ещ не превышают требуемые значения [11].

Характеристики АС в основном совпадают с аналогичными параметрами ГГ. Требования к электроакустическим параметрам АС, методам их измерений

иметодам оценки их качества звучания изложения в отечественных стандартах

имеждународных рекомендациях: ГОСТ 16122-87, ГОСТ 23262-88, ОСТ

4.202.003-84, МЭК 268-5, МЭК 581-7, МЭК 268-13.

Все параметры и характеристики АС приведены в [8, 10, 11].

5.2. Элементы конструкции

Основными элементами всех АС являются ГГ, одна или несколько, поскольку большинство АС являются многополосными. Каждая (или каждые) ГГ озвучивает свой частотный поддиапазон, и, соответственно, называется широкополосной (ШП), низко (НЧ)-, средне (СЧ)- и высокочастотной (ВЧ). Характеристики АС, а следовательно и качество звучания, определяющим образом зависят от применяемых ГГ при грамотных фильтрах и акустических оформлениях. Требования к параметрам, типам и конструкции ГГ, работающих в разных диапазонах частот, различны и рассмотрены в гл. 4.

Корпус АС служит конструктивной основой, объединяя все элементы АС в единое целое, кроме того, он является акустическим оформлением НЧсекции, правильный выбор и расч т которого определяют заданные высокие электроакустические характеристики АС в области низких частот. Корпус и его форма оказывают существенное влияние и на параметры АС в области средних и высоких частот, на АЧХ, ФЧХ, диаграмму направленности и т. д.

Объ м корпуса частично, а иногда полностью, заполняется звукопоглотителем — тонковолокнистым упругопористым материалом с развитой внутренней поверхностью (минеральной ватой, синтепоном, стекловатой и т. п.). Эти материалы подавляют резонансы стоячих волн в корпусе, рассеивая их энергию в виде тепла при трении воздуха в порах, кроме того, наличие звукопоглотителя повышает гибкость воздуха в корпусе, что эквивалентно увеличению его объ ма (иногда на 25%), снижает механическую добротность ГГ в 2–3 раза, приводит к увеличению присоедин нной массы подвижной системы ГГ, снижая е резонансную частоту. Вс это улучшает характеристики АС, вырав-

82

нивая АЧХ и расширяя е в области низких частот, снижая искажения, повышая КПД и улучшая переходные характеристики.

Электронные устройства — это прежде всего электрические разделительные фильтры в многополосных АС, как пассивные, так и активные. Разде-

лительные фильтры в современных АС помимо основной функции разделения частотного диапазона сигнала и распределения его энергии между ГГ, работающими в соответствующей полосе частот, выполняют и функции коррекции АЧХ. Это различные RCL-цепи — режекторные фильтры, цепочки, компенсирующие индуктивную составляющую сопротивлений ГГ и т. д. В состав активных АС входит усилитель НЧ, иногда с электромеханической обратной связью (ЭМОС).

Для защиты ГГ в АС от механических и тепловых перегрузок иногда ис-

пользуют электронные устройства защиты и индикации перегрузок.

В некоторых АС для коррекции и регулирования АЧХ в области СЧ, ВЧ применяют постоянные и переменные аттенюаторы на основе постоянных и переменных резисторов.

Клеммы и соединительные провода служат соответственно для соединения и подключения выхода усилителя НЧ к АС и коммутации блока фильтров с клеммами ГГ. Желательно, чтобы клеммы имели антикоррозионное покрытие и позволяли быстро и эффективно подключать различными способами акустические кабели сечением не менее 10 мм2 в каждом полюсе. Очень удобны и доступны клеммники «bi-wiring». При выборе соединительных проводов следует руководствоваться их сечением, длиной и материалом проводника, с успехом можно использовать акустические кабели минимальной длины (зачастую фильтры можно расположить непосредственно на клеммнике) и разумного сечения, чтобы не вывернуть контактные лепестки ГГ [1, 10, 11].

5.3. Низкочастотные акустические оформления. Модели, конструкции, расчёт

Электродинамические диффузорные ГГ не могут эффективно работать в области низких частот без акустического оформления (т. е. корпуса), разделяющего излучения передней и задней сторон диффузора, которые складываются в противофазе, резко уменьшая звуковое давление в области НЧ. Применение корпуса позволяет не только увеличить интенсивность излучения на низких частотах (рис. 5.1) [1], но и подавить нежелательные резонансы и сгладить АЧХ.

83

Рис. 5.1. Влияние корпуса на «эффект короткого замыкания»

5.3.1. Акустический экран (Infinitive baffle)

Наиболее простой вид акустического оформления — акустический экран, который представляет собой щит круглой, квадратной, прямоугольной и другой формы с установленной в н м ГГ (рис. 5.2). Правильный выбор размеров экрана позволяет обеспечить более благоприятный сдвиг фаз между звуковыми волнами, излучаемыми передней и задней сторонами диффузора. Если волна от задней стороны пройд т расстояние до передней, равное половине длины волны λ0/2, излучаемой ГГ на частоте своего основного резонанса f0, то излучения

складываются в фазе и эффект акустического короткого замыкания полностью устран н. В этом идеальном случае минимальное расстояние L от центра ГГ до края экрана составляет L = λ0/4, что весьма не мало. Для достаточно эффек-

тивного воспроизведения низких частот и получения максимально равномерной АЧХ предлагается [8] выбирать площадь экрана, равной

где Qп —полная добротность ГГ; c — скорость звука в воздухе.

Рис. 5.2. Акустический экран

84

Например, при f0 = 50 Гц, Qп = 2, S≈ 2 м2, при меньших площадях экрана на нижней граничной частоте, определяемой f0, наблюдается спад звукового давления на величину

где S — площадь экрана, вычисленная по (5.1); S1 — фактическая площадь экрана.

Чаще всего используют экран прямоугольной формы с соотношением сторон 2:1–3:1 [8] с ассиметричным расположением ГГ, когда расстояния от центра ГГ до кра в экрана различны. Дело в том, что для разных частот звукового сигнала сдвиг фаз между излучениями передней и задней сторонами диффузора ГГ в экране будет разным. Поэтому ассиметричное расположение, обеспечивая разную длину пути звуковых волн к передней стороне для разных направлений обхода, компенсирует последствия интерференционных явлений в определ нной полосе частот и выравнивает АЧХ. Это в равной степени относится и к собственным механическим резонансам щита.

Существует распростран нное мнение — «нет ящика — нет проблем». Нам представляется это мнение несколько спорным, поскольку «нет ящика — есть проблемы, есть ящик — опять проблемы». Таким образом, налицо сплошные проблемы, и вообще, акустика – это сплошные проблемы: добь шься одного — вязнет другое, но тем оно и интереснее, в жизни появляется смысл, состоящий в разрешении этих проблем.

При снижении нижней граничной частоты и использовании ГГ с полной добротностью меньше 2, размеры экранов становятся настолько большими, что становится весьма проблематичным разместить их в реальном жилом помещении подальше от стен и мебели. Размещение акустических экранов около стены, а лучше, вблизи углов позволяет значительно уменьшить их габариты, но при этом появляются ненужные резонансы, поскольку две параллельные плоскости – это уже резонатор. Первый резонанс, который привед т к образованию стоячей волны, произойд т, когда на расстоянии от экрана до стены уложится половина длины волны, например, при размещении экрана в 0,5 м от стены этот резонанс будет наблюдаться при 344 Гц. Бороться с этими резонансами следует также как и в ящиках — заполнять пространство между экраном и стенами (или вблизи задней стороны ГГ) звукопоглотителем, концентрируя и собирая пыль в помещении.

Поскольку ГГ в акустическом экране по сути является открытой системой, практически не ощущающей влияния гибкости окружающего воздуха, который не препятствует и не ограничивает движение диффузора, она может быть представлена электромеханическими эквивалентными схемами, аналогичными моделям для ГГ в свободном пространстве. По этой же причине подвижная

85