книги из ГПНТБ / Римский-Корсаков А.В. Электро-акустика
.pdfж е н ия обратной |
связи. |
Это |
поясняется |
схемой |
рис. 4.26. |
К а б е л ь |
||||||||||||||
м е ж д у микрофоном |
и |
входом |
усилителя |
имеет |
двойной |
|
э к р а н . |
|||||||||||||
Внешний экран — з а щ и т а |
от |
паразитных |
электрических |
|
полей. |
|||||||||||||||
Внутренний |
|
экран подключен через |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
цепь обратной связи в катоде вход |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ного каскада, так что |
напряжени е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
па нем совпадает |
по |
ф а з е |
с напря |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
жением, |
р а з в и в а е м ы м |
микрофоном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
на входе усилителя, и по амплитуде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
почти равно |
ему. |
Влияние |
емкости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
между |
центральным |
|
проводом |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
внутренним |
|
экрано м |
|
уменьшается |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
во столько раз, во сколько |
разность |
|
Рис. 4.26. |
Компенсация |
влия |
|
||||||||||||||
м е ж д у н а п р я ж е н и е м |
входа |
и |
об |
|
|
|||||||||||||||
ратной связи |
меньше |
н а п р я ж е н и я |
|
ния емкости входа предвари |
|
|||||||||||||||
|
тельного |
каскада |
усиления |
и |
|
|||||||||||||||
входа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соединительного кайеля конден |
|
|||||||||
С оврем ем и ы й |
|
изм ерите льны й |
|
саторного микрофона |
|
|
|
|
||||||||||||
конденсаторный микрофон с диамет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ром д и а ф р а г м ы 0>3 см, позволяющий |
измерять |
звуковое |
давление |
в |
||||||||||||||||
воздухе до |
частот порядка |
100 |
кГц, |
имеет |
собственную |
емкость, |
||||||||||||||
всего ~ 5 |
пФ. Естественно, |
что |
без |
компенсации |
емкости |
входной |
||||||||||||||
цепи и кабел я возникла бы |
б о л ь ш а я |
потеря |
чувствительности |
та |
||||||||||||||||
кого микрофона . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Микрофон направленного действия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Конденсаторный |
микрофон |
направленного |
|
действия |
имеет |
д в е |
||||||||||||||
одинаковые |
д и а ф р а г м ы , |
воспринимающие звуковое давление . Д и а |
||||||||||||||||||
ф р а г м ы расположены |
симметрично |
по |
обеим |
сторонам |
неподвиж |
|||||||||||||||
ного электрода, |
к а к |
показано |
на рис. 4.27а. Неподвижны й |
элек |
||||||||||||||||
трод имеет ряд сквозных отверстий |
и выемок. Объемы воздуха |
в |
||||||||||||||||||
выемках |
межд у |
д и а ф р а г м а м и |
и электродом |
составляют |
акусти |
ческие гибкости, а воздух в отверстиях — акустическую массу. Эти
элементы составляют |
звено |
акустического |
симметричного |
филът- |
||||||||||
тра, |
на входе и выходе |
которого подсоединены д и а ф р а г м ы . Сна |
||||||||||||
р у ж и |
на микрофон действуют давлени я звуковой волны р\ и р% |
|||||||||||||
Если |
сопротивления |
д и а ф р а г м ы |
равны |
|
волновому |
сопротивлению |
||||||||
звена |
фильтра, то половина |
амплитуды |
давления, |
действующего |
||||||||||
с н а р у ж и на микрофон, |
приходится на |
д и а ф р а г м у |
и половина |
— |
||||||||||
на вход звена фильтра . |
Тогда |
фильтр |
создает |
только |
з а п о з д а н и е |
|||||||||
по времени акустического давления, распространяющегося |
внутри |
|||||||||||||
микрофона |
(по пути |
1'). |
Ф а з о в а я постоянная |
этого |
фильтра |
м о ж е т |
||||||||
быть |
подобрана так, |
что время |
Тф з а п о з д а н и я |
волны |
от д и а ф р а г |
|||||||||
мы / |
к д и а ф р а г м е 2 |
внутри |
микрофона |
|
равно |
времени |
з а п о з д а н и я |
|||||||
волны, обходящей микрофон снаружи, когда эта волна |
п а д а е т |
|||||||||||||
нормально |
к д и а ф р а г м е : |
Тф—і/с0 -- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
В |
общем случае запоздание волны при обходе с н а р у ж и |
микро |
||||||||||||
фона |
зависит от у г л а , п а д е н и я |
волны |
9. |
М о ж н о принять,, |
что |
оно- |
15-1
п р о п о р ц и о н а л ь но |
cos-6, ( т = т ф С о з 6 ) , |
и |
написать |
д л я |
давлений, |
|||||||||||||||
действующих |
на |
д и а ф р а г м ы |
с н а р у ж и : р 2 / 2 = |
(рі/2)ехр{—ішт/фХ |
||||||||||||||||
X cos 0 } . Волна звукового |
давления, |
п р о ш е д ш а я |
внутри |
микрофо |
||||||||||||||||
на |
от задней |
д и а ф р а г м ы |
к |
передней, |
запоздает |
еще на |
время т/ф, |
|||||||||||||
так |
что давление |
на |
задней |
стороне |
д и а ф р а г м ы |
/ |
составит: |
|
|
|||||||||||
|
р\ |
= (л/2) ехр {— і со (тф |
+ |
Тф cos в)} . |
|
|
|
|
|
|
(4.80) |
|||||||||
|
Соответственно давление на задней стороне |
д и а ф р а г м ы 2: |
|
|||||||||||||||||
|
р'2 = (Рі/2)ехр{— |
і сотф}. |
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.81) |
|||||||||
|
Д и а ф р а г м а 1 |
колеблется |
под действием разности |
давлений: |
|
|||||||||||||||
|
Pj |
= P i / 2 — р ; = |
(pi/2) [1 — ехр { — і ©Тф (1 + cos в)}]. |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Соответственно |
д и а ф р а г м а |
2 — под |
действием: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Ри |
= Р2І2 — р'2 |
= |
(Рі/2) [ехр { — і сотф}—ехр { — і ©Тф cos 0 } ] . |
|
|
||||||||||||||
|
Т а к |
как величина |
сотф<СІ, то, р а з л а г а я |
экспоненты |
в |
степенные |
||||||||||||||
ряды и сохраняя |
только по два первых члена ряда, |
получим: |
|
|
||||||||||||||||
|
Р/ = — (Рі/2) і сотф (1 - f cos 0), рп |
= — (рі/2) і сотф (1 —cos 0). |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.82) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Колебания |
д и а ф р а г м ы , |
как |
||||||
|
|
|
|
|
6) |
|
|
|
следует из (4.82), |
происходят |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
под |
действием |
сил, |
зависящих |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
от угла 8 так, что |
характерис |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тики |
направленности |
этих сил |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
имеют вид кардиоид. При этом |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рі |
максимально |
при |
8 = 0, а |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рп |
при 0 = 1 8 0 ° . Ф а з ы |
колеба |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ний д и а ф р а г м |
будут |
|
противо |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-Вых |
положны . |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Включим микрофон по схе |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ме, изображенной на рис. 4.275. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
6 |
6 |
6 |
|
|
Если |
д в и ж о к Д |
установить |
по |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
середине |
потенциометра, |
то |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
+ |
0 |
- |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
н а п р я ж е н и я |
поляризации |
меж |
||||||||||
|
в) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
23 |
|
|
|
|
|
|
Zs |
ду неподвижным |
электродом и |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
I |
|
д и а ф р а г м о й |
2 |
не |
будет. |
Р а б о |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тает |
только |
д и а ф р а г м а |
/, |
ха |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
Ї |
|
|
|
I |
|
|
|
рактеристика |
направленности |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
микрофона |
— |
кардиоида: |
1 + |
к+ cos 0
Р.НС. 4.27. Конденсаторный микрофон на |
|
Если |
передвинуть |
д в и ж о к |
в |
||||
крайнее |
левое |
положение, |
то |
||||||
правленного |
действдя: |
схема |
обе |
д и а ф р а г м ы |
поляризуются |
||||
а — капсюль |
микрофона; б — |
||||||||
•включения; |
в |
— эквивалентная |
схема |
одинаково и, |
следовательно, |
||||
капсюля |
|
|
|
при |
одновременном |
приближе - |
152
нии |
д и а ф р а г м к неподвижному электроду н а п р я ж е н и я , |
генерируе |
||||||
мые |
обеими частями |
микрофона, с к л а д ы в а ю т с я : (1+cos 0) + (1 — |
||||||
—cos 0) = 2 = const. Микрофон |
действует как |
ненаправленный . |
||||||
При |
установке д в и ж к а в |
крайнем |
правом |
положении |
поляри |
|||
зующие |
н а п р я ж е н и я |
на д и а ф р а г м а х |
противоположны, |
а |
потому |
получим: (1 +cos 0) — (1—cosO) = 2 cos 0.
Таким образом, простой регулировкой поляризующего н а п р я
жения можно изменять характеристику |
направленности микро |
фона. |
Spi и Spn, действующие- |
Следует обратить внимание, что силы |
на микрофон, ка к видно из (4.82), пропорциональны частоте. По этому, имея в виду (4.69), следует в этом микрофоне механические сопротивления подвижной системы ( д и а ф р а г м ) сделать частотно-
независимыми. |
Это необходимо еще и потому, что звено акустиче |
||||
ского |
фильтра |
внутри микрофона будет |
д а в а т ь постоянное |
по |
вре |
мени |
запоздание давления, независимое |
от частоты л и ш ь |
в |
том |
случае, когда нагружено на активное сопротивление, равное волно
вому. Поэтому д и а ф р а г м ы такого |
конденсаторного микрофона на |
|||||||
тягивают слабо, чтобы |
резонанс |
их л е ж а л |
в |
середине |
д и а п а з о н а |
|||
передаваемых частот |
и |
п р е о б л а д а ю щ и м было |
вязкое сопротивле |
|||||
ние воздуха м е ж д у д и а ф р а г м а м и |
и неподвижным электродом . Тог |
|||||||
да м о ж н о приближенно достигнуть условия равенства |
механиче |
|||||||
ского |
сопротивления |
д и а ф р а г м |
волновому |
сопротивлению |
звена |
|||
фильтра . |
|
|
|
|
|
|
|
|
4.9. |
О Б Щ И Е С В Е Д Е Н И Я О Г Р О М К О Г О В О Р И Т Е Л Я Х |
|
|
|||||
|
В качестве оконечного устройства современного |
р а д и о в е щ а |
||||||
тельного тракта, трактов диспетчерской связи, установок |
о з в у ч а |
|||||||
ния и звукоусиления применяются почти исключительно |
громкого |
|||||||
ворители. Головные телефоны используются |
в основном |
в к о м м е р |
ческой телефонии, устройствах перевода речи и некоторых видах:
телефонной связи, где высокие уровни ш у м а |
на месте приема |
силь |
но ухудшают условия слушания через громкоговоритель. |
|
|
Исторически головной телефон («трубка |
Б е л л а » ) , хорошо из |
|
вестный из школьного курса физики, был предшественником |
г р о м |
|
коговорителя. Простейший громкоговоритель |
в н а ч а л е представлял; |
собой электромагнитный телефон с несколько более мощной маг
нитной системой |
и рупором, приставленным к камере, з а м е н я ю |
щей к р ы ш к у телефона . |
|
В д а л ь н е й ш е м |
получили распространение электромагнитные- |
громкоговорители |
с диффузором . У такого громкоговорителя вмес |
то мембраны .около полюсных наконечников п о м е щ а л с я якорек в- виде консольной балочки. Якорек тонким стержнем скреплялся с вершиной легкого б у м а ж н о г о конуса - диффузора, с л у ж а щ е г о и з л у чателем звука .
Б ы л предложен ря д модификаций систем полюсных н а к о н е ч н и ков дл я таких громкоговорителей, с целью повысить чувствитель-
15$
ность и уменьшить нелинейные |
искажения . Однако электромагнит |
ные громкоговорители все ж е |
вышли из употребления, так как |
принципиально невозможно и з б е ж а т ь значительных нелинейных
искажений, связанных с тем, что явление |
магнитного |
притяжения, |
||||||||||
на |
котором |
основан |
такой |
громкоговоритель, — четное. |
|
|
|
|||||
|
Современные громкоговорители почти исключительно электро |
|||||||||||
динамические . Л и ш ь |
в некоторых случаях используются |
электро |
||||||||||
статические |
громкоговорители. |
Громкоговорители |
делятся |
на: |
||||||||
1) |
громкоговорители |
прямого |
излучения, |
2) |
громкоговорители с |
|||||||
и з л у ч а ю щ и м |
рупором. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Громкоговорители |
прямого |
излучения |
могут |
быть с |
конусным |
||||||
д и ф ф у з о р о м |
(излучателем) |
звука — они обычно |
называются |
диф - |
||||||||
|
|
|
|
фузорными, |
и с. плоской или |
цилин |
||||||
|
|
|
|
дрической излучающей д и а ф р а г м о й |
||||||||
|
|
|
|
большого |
размера . |
Д и ф ф у з о р п ы е |
||||||
|
|
|
|
громкоговорители в настоящее вре |
||||||||
|
|
|
|
мя строятся исключительно на элек |
||||||||
|
|
|
|
тродинамическом |
принципе |
и |
со |
|||||
|
|
|
|
ставляют |
наиболее распространен |
|||||||
|
|
|
|
|
ный тип громкоговорителя как в ап |
|||||||
|
|
|
|
паратуре |
широкого |
потребления, |
||||||
|
|
|
|
т а к и в профессиональной |
аппарату |
|||||||
|
|
|
|
ре вещания и звукозаписи. Громко |
||||||||
|
|
|
|
говорители |
с |
плоской |
д и а ф р а г м о й |
|||||
|
|
|
|
строятся как |
электродинамического, |
0 - |
—0 |
Рис. 4.28. Электродинамический громкоговоритель:
а — дифф.узорный; б — рупорный
Рис. 4.29. Конфигурация магнитной системы и звуковой обмотки диафрагменного излучателя
т а к и электростатического типов. Громкоговорители с и з л у ч а ю щ и м рупором, или, как их обычно называют, рупорные громкоговорите л и , строятся исключительно электродинамического типа.
154
С х е ма электродинамического преобразователя — основного звена электродинамического громкоговорителя одинакова как у
рупорного, |
так |
и |
у |
диффузорного громкоговорителей и описана в. |
|||||||||||||
п а р а г р а ф е |
3.2 |
(см. |
рис. 3.1). У громкоговорителя прямого излу |
||||||||||||||
чения |
к а р к а с с |
обмоткой |
укрепляется в малом |
основании |
легкого- |
||||||||||||
усеченного конуса и приводит его |
в |
колебания, |
которые и излуча |
||||||||||||||
ются |
этим |
конусом |
(диффузором) |
|
в |
о к р у ж а ю щ у ю среду. У рупор |
|||||||||||
ного |
громкоговорителя |
обмотка |
с |
каркасом |
(обычно |
называемая, |
|||||||||||
звуковой |
катушкой) |
крепится к |
жесткой д и а ф р а г м е , |
р а б о т а ю щ е й |
|||||||||||||
как поршень в горле рупора |
(см. рис. 4.28). У диафрагменного |
из |
|||||||||||||||
лучателя |
|
(рис. |
4.29) |
в |
магнитной |
|
системе имеется |
зигзагообраз |
|||||||||
ный |
зазор |
м е ж д у полюсными наконечниками, в который |
входит |
||||||||||||||
звуковая |
обмотка |
такой |
ж е |
конфигурации . |
Излучателем |
с л у ж и т |
|||||||||||
ж е с т к а я |
плоская д и а ф р а г м а , |
к которой крепится |
обмотка . |
Г р о м к о |
|||||||||||||
говорители |
этого типа, предложенные в свое время фирмой |
Си |
|||||||||||||||
менс, |
используются |
мало, |
главным |
|
образом, |
д л я весьма |
м о щ н ы х |
||||||||||
установок |
звукоусиления |
или |
озвучания. |
|
|
|
|
|
4.10.Д И Ф Ф У З О Р Н Ы Е Г Р О М К О Г О В О Р И Т Е Л И
Ч у в с т в и т е л ь н о с т ь г р о м к о г о в о р и т е л я |
|
Используя |
уравнения электродинамического преобразователя; |
(3.10), м о ж н о |
найти отношение скорости д в и ж е н и я и з л у ч а т е л я |
громкоговорителя к питающему току. В ы р а з и в силу, действующую-
на |
преобразователь, |
через сопротивление |
нагрузки |
gH |
и подста |
|||
вив |
в |
(3.10), |
получим: |
|
|
|
|
|
|
F |
= - b a v , |
и/і = |
М / ( 3 о + |
5н). |
|
|
(4.83> |
|
Здесь go — собственное |
механическое |
сопротивление |
преобра |
||||
з о в а т е л я — состоит из |
инерциального сопротивления |
д и ф ф у з о р а с |
катушкой и гибкого сопротивления подвеса всей подвижной систе
мы: 5 о = і с й ' / П п + ( i c o с п ) - 1 ; |
са — гибкость |
|
подвеса, |
ти — масса |
под |
|||
вижной системы (масса катушки + масса |
д и ф ф у з о р а ) . |
|
||||||
Сопротивление |
5н составляется |
из |
активной |
и |
реактивной |
ч а |
||
стей сопротивления |
излучения. Так |
к а к |
д и ф ф у з о р |
в |
большей части |
|||
• д и а п а з о н а передаваемых |
частот м а л по |
сравнению |
с длиной |
вол |
ны, то реактивная часть сопротивления излучения велика по срав нению с активной. Она имеет инерционный характер и может быть,
представлена как |
сопротивление некоторой массы соколеблющего - |
ся с диффузором |
воздуха: і х н = ' ш т в . |
Активная часть Re{gH } может по - разному зависеть от частоты..
Если громкоговоритель излучает |
звук |
в свободное |
пространство- |
обеими сторонами д и ф ф у з о р а (см. |
п а р |
а г р а ф 4.3), то |
его активное |
сопротивление излучения аналогично активному сопротивлениюкруглой поршневой дипольной антенны и растет с четвертой сте
пенью |
частоты: |
г и = р 0 С о 5 ( М ) 4 , если |
kd<\ |
(S — и з л у ч а ю щ а я |
пло |
щ а д ь |
д и ф ф у з о р |
а , &=со/со — волновое |
число, d — характерный |
р а з - |
155-
мер излучателя - диффузора, |
по |
величине порядка |
радиуса его ос |
||||||||||||
н о в а н и я ) . |
Если |
громкоговоритель |
поместить |
в я щ и к |
так, |
чтобы |
|||||||||
з а д н я я |
сторона |
д и ф ф у з о р а |
была |
изолирована |
от |
внешней |
среды, |
||||||||
то гп ведет |
себя |
как активное |
сопротивление малого |
монополя: |
|||||||||||
rn=p0c0S(kd)2. |
|
|
З н а м е н а т е л ь |
в ф-ле (4.83) |
принимает |
вид: |
|
||||||||
3 = |
Зо + |
Зн = |
ico(mn + mB ) + (i с о с п ) - 1 +rH |
= |
i c o m ( l |
—-соо/со2) + гя, |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.84) |
т = тп+тв, |
|
©о = ( т с 0 ) - 1 . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Величина |
г и |
ка к дл я дипольного, т а к и д л я |
монопольного |
излу |
|||||||||||
чения м а л а по сравнению с com, а потому только вблизи |
резонанса |
||||||||||||||
(сожсоо) |
она |
влияет |
на величину |
знаменателя . В |
остальной |
части |
|||||||||
д и а п а з о н а |
Зо + |
Зн |
можно |
считать |
чисто |
реактивным, |
(пропорцио |
нальным частоте выше резонансной частоты и обратно пропорцио нальным частоте н и ж е резонансной.
Комбинируя в ы р а ж е н и е дл я чувствительности излучающей ан
тенны |
(4.26) |
и в ы р а ж е н и е |
(4.83), легко |
получить |
чувствительность |
|||||||||||||||||||
громкоговорителя |
в |
виде: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Ев |
|
= |
I Pli | |
= |
(PoCo/D) (QSKa)U2M |
|
І Зо + |
З н Г 1 |
- |
|
|
|
(4-85) |
|||||||||||
где Кш |
|
в зависимости |
от |
того, |
помещен |
ли |
громкоговоритель в |
|||||||||||||||||
я щ и к или свободен, |
составляет |
(kd)2 |
или |
(kd)i. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Если |
примем КФ={М)4, |
|
|
то, |
к а к д л я |
диполя, |
следует |
взять |
||||||||||||||||
Q = 3, |
а |
в |
случае |
Кш |
|
= ( М ) 2 |
— Q = l . Таким образом, |
из всех |
вели |
|||||||||||||||
чин, входящих в (4.85), от частоты зависят Ка |
и с у м м а |
(Зо + |
Зн)- |
|||||||||||||||||||||
Необходимо |
согласовать |
эти |
величины, |
т а к |
чтобы |
Еп |
|
перестала |
||||||||||||||||
зависеть от частоты. Если |
Ка |
—ко4 , то |
этого |
|
достичь |
нельзя, |
по |
|||||||||||||||||
скольку |
|
І З о + З в І |
в |
лучшем |
случае |
пропорционален |
со. Остается, |
|||||||||||||||||
таким образом, использовать устройство, при котором |
громкогово |
|||||||||||||||||||||||
ритель |
|
помещен в я щ и к |
и |
работает |
в области |
частот |
выше |
меха |
||||||||||||||||
нического |
резонанса |
д и ф ф у з о р а |
(со>соо), |
где |
|
м о ж н о |
принять, |
что |
||||||||||||||||
] з| = < в т , |
а Д в = |
(ad/с0)2. |
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Еи |
= Р о SB2 /2 |
[ 4 л D ( т п |
+ |
тъ)Гх . |
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.86) |
|||||||||||
Здесь |
х а р а к т е р н ы й |
размер |
d |
в ы р а ж е н |
через |
и з л у ч а ю щ у ю |
по |
|||||||||||||||||
верхность |
д и ф ф у з о р а |
(d2=S/4n) |
|
и |
М=В1 |
— произведение индук |
||||||||||||||||||
ции в з а з о р е |
магнитной |
системы |
на |
длину |
провода |
катушки . |
|
|||||||||||||||||
И з |
(4.86) |
следует, |
что д л я |
повышения |
чувствительности |
ж е л а |
||||||||||||||||||
тельно |
|
увеличить |
п л о щ а д ь |
д и ф ф у з о р а |
при |
в о з м о ж н о |
малой |
его |
||||||||||||||||
массе, |
добиться |
высокой |
индукции |
в з а з о р е |
и |
в о з м о ж н о |
большей |
длины провода катушки, опять-таки, не идя на чрезмерное увели
чение |
массы |
провода . Эт и требования противоречивы, т а к ка к уве |
|||
личение п л о щ а д и д и ф ф у з о р а неизбежно |
связано с |
увеличением |
|||
массы |
(та) |
т а к ж е , к а к |
и увеличение длины провода . Конусная |
||
конструкция |
излучателя |
громкоговорителя |
принята |
именно пото- |
.156
му, что таким путем м о ж н о получить весьма легкий и достаточно жесткий поршневой излучатель относительно большой площади .
Если кпд излучателя |
не играет большой роли, то применение |
алю |
|
миниевого провода |
оказывается безусловно выгодным, та к ка к |
||
при этом |
масса подвижной системы уменьшается, а с нею и |
инер |
|
ционные |
усилия, которые в ы з ы в а ю т большие механические |
напря |
|
ж е н и я в |
системе. |
|
|
Частотная характеристика чувствительности
Вдействительности, ка к было сказано выше (4.84), полное механическое сопротивление подвижной системы не чисто инер ционное.
Рассмотрим конструкцию подвижной системы. С целью обес
печить д в и ж е н и е катушки строго вдоль оси так, чтобы она не цеп л я л а с ь и не терлась о магнитную систему, применяется гибкая
Рис. |
4.30. Лодвеска диффу |
Рис. 4.Э1. Частотная характери |
зора |
электродинамического |
стика чувствительности диффу- |
громкоговорителя |
зорного (громкоговорителя в об |
|
|
|
ласти низких частот |
ц е н т р и р у ю щ а я фигурная ш а й б а в месте крепления катушки к ко нусу и гибкий гофрированный воротник у большого основания ко
нуса (рис. 4.30). Гибкость |
этих деталей учтена в ф-ле |
(4.84) |
дл я |
|||||
Активное |
сопротивление определяется не только |
излучением, |
||||||
но и трением |
системы о воздух и потерями энергии при деформа |
|||||||
ции системы |
подвеса. О д н а к о |
оно |
значительно |
меньше, |
чем |
|||
c o ( i m n + i / n B ) , и |
резонансные |
свойства у |
подвижной |
системы |
прояв |
|||
л я ю т с я весьма резко. Н а рис. 4.31 представлена частотная |
х а р а к |
|||||||
теристика отношения К^21 |
S H + S O |
| _ i с учетом резонанса |
механиче |
|||||
ской системы. И з рисунка |
видно, что только в области выше |
часто |
ты резонанса достигается постоянство чувствительности и, следо
вательно, частоту резонанса надо стремиться |
сделать в о з м о ж н о |
ниже . Это следует делать увеличивая гибкость |
с щ а не массу, та к |
157
к ак увеличение массы, согласно (4.86), ведет к уменьшению чув ствительности. Увеличивая гибкость подвеса, мы ухудшаем механическую надежность фиксации катушки в кольцевом з а з о р е маг нита и, следовательно, увеличению гибкости ставится некоторый практический предел.
Обычно громкоговорители массового потребления имеют собст венные частоты подвеса 80—150 Гц. Таким образом, дл я передачи с их помощью низких частот требуются дополнительные меры. Не которое улучшение равномерности передачи в области частоты ре зонанса механической системы получается благодаря тому, что
внесенное в |
электрическую цепь сопротивление |
z' = M 2 | § н + 5 о | - 1 |
н_а резонансе |
резко возрастает . Так как источник, |
питающий гром |
коговоритель, имеет всегда конечное сопротивление, то ток в под вижной катушке автоматически уменьшается в области резонанс ных частот. Таким образом, согласуй z громкоговорителя с внут ренним сопротивлением выхода мощного усилителя, м о ж н о полу чить более плавный ход результирующей чувствительности гром коговорителя вместе с выходным каскадом в области резонанса д и ф ф у з о р а . Это согласование м о ж н о представить так же , как влия ние электрической цепи громкоговорителя на его механическую
систему, |
в |
которую |
вносится |
механическое |
сопротивление |
||||||
g' — M2(z3+Zi)-\ |
|
|
где |
z3 — собственное |
электрическое |
сопротивле |
|||||
ние подвижной |
катушки громкоговорителя, a Zi — внутреннее со |
||||||||||
противление |
выхода |
мощного |
к а с к а д а |
усилителя. Сопротивления |
|||||||
2а и Zi имеют |
преимущественно активный характер, |
та к |
что |
j ' |
|||||||
почти чисто |
активное |
|
сопротивление, которое д о б а в л я е т с я к |
меха |
|||||||
ническому |
активному |
|
сопротивлению гн и увеличивает |
з а т у х а н и е |
|||||||
системы на |
резонансе. |
К р и в а я |
К][2 |
( § н |
+ З о | - 1 в этом случае имеет |
более плавный характер вблизи резонанса (показано пунктиром). Тогда граница правильно воспроизводимых частот отодвигается
к величине cog, как показано на рис. 4.31.
Влияние способа установки громкоговорителя н а излучение в области низких частот
К а к было сказано выше, громкоговоритель необходимо уста навливать в жестком ящике, изолирующем поле, создаваемое об ратной стороной диффузора . Недостаток этого способа установки состоит в том, что упругость воздуха в ящике прибавляется к уп ругости подвеса д и ф ф у з о р а и повышает собственную частоту си
стемы, |
что нежелательно . |
П о в ы ш е н и я частоты |
м о ж н о избежать» |
||||
поместив громкоговоритель |
не в ящик, а в э к р а н |
в виде |
большого |
||||
плоского щ и т а . Тогда |
пути, |
проходимые излученной звуковой вол |
|||||
ной от передней и от задней |
сторон, разные (рис. 4.32а). Че м |
боль |
|||||
ш е разность хода звуковых |
волн, тем больше |
результирующее |
д а в |
||||
ление в направлении оси громкоговорителя |
на |
низких |
частотах,, |
||||
по сравнению с громкоговорителем, р а б о т а ю щ и м |
без э к р а н а . Для |
||||||
оценки |
эффективности |
такого устройства |
полезно его, действие- |
158
с р а в н и ть с действием |
закрытого |
ящика . Н а рис. |
4.33 и з о б р а ж е н а |
|||
зависимость от частоты отношения давлений |
а — рэ/ро, создавае |
|||||
мых на оси, на одном |
и том |
ж е |
расстоянии |
от |
громкоговорителя |
|
при помещении его |
в |
я щ и к е |
(ро) |
и в э к р а н е |
(рэ) |
круглой ф о р м ы |
д и а м е т р а d: ict(co) = |
l — |
(co/corf)sin(cocf/c0). |
|
|
||
|
|
|
8) |
|
|
8) |
м
Рис. 4.32. Улучшение -излучения |
низких частот |
диффузорным |
громкоговорителем: |
|||
л — с помощью экрана; б — с помощью |
резонансного ящика; в — эквивалент |
|||||
ная схема акустического резонансного ящика |
|
|
||||
Н а ч и н а я |
с частоты, |
при |
которой |
а (со) достигает |
единицы, э к р а н |
|
д а е т тот ж е |
эффект, |
что |
и ящик, |
не |
влияя, однако, при этом на |
упругость механической подвижной системы. П р и м е н я я экран |
не |
|||||||||||||||
правильной |
ф о р м ы |
или |
п о м е щ а я |
гром- ^сс(ш) |
|
|
|
|
||||||||
коговоритель |
несимметрично |
|
(не |
в |
|
|
|
|
|
|||||||
центре |
э к р а н а ) , м о ж н о |
уменьшить |
не |
|
|
|
|
|
||||||||
равномерность |
эффекта |
|
экрана, |
а (со) |
|
|
|
|
|
|||||||
не будет |
иметь |
ярко |
в ы р а ж е н н ы х мак |
|
|
|
|
|
||||||||
симумов |
и |
минимумов. В |
качестве |
эк |
|
|
|
|
|
|||||||
р а н а может |
служить, например, |
я щ и к |
|
|
|
|
|
|||||||||
приемника |
с открытой |
задней |
|
сторо |
|
|
|
|
|
|||||||
ной. Д р у г о й |
способ |
улучшения |
переда - |
Рис. |
, „ |
„ |
давлении |
|||||||||
чи низких частот состоит |
в |
том, |
что |
4.33. |
Отношение |
|||||||||||
г р о м к |
о г о в о |
р и т е л Я і |
р а б Д о т |
а ю щ е . |
||||||||||||
громкоговоритель |
п о м е щ а ю т |
в |
ящик, |
го в ящике а в экране, в за- |
||||||||||||
который представляет собой акустиче- |
виоимоста |
от волнового разме- |
||||||||||||||
скую |
резонансную |
|
систему |
(см. рис. |
р а |
дааметРа |
экрана |
|
|
|||||||
4.326). |
|
|
|
' |
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Громкоговоритель |
у с т а н а в л и в а ю т в |
стенке |
я щ и к а , в |
которой- |
имеется дополнительное открытое отверстие. Если диффузор, дви
гаясь в |
направлении |
стрелки, создает объемную |
скорость 1/д , |
то |
|||||||
в я щ и к |
через открытое отверстие |
втекает воздух |
с |
объемной |
ско |
||||||
ростью V 0 . Из - за инерции соколеблющейся массы |
тв |
воздуха |
в |
||||||||
отверстии |
VK=t=V0. Р а з н о с т ь Уд —V0 составляет объемную |
скорость |
|||||||||
р а з р е ж е н и я и с ж а т и я |
воздуха (VK) |
в объеме ящика, |
представляю |
||||||||
щ е г о собой, акустическую |
гибкость. Соотношение |
м е ж д у |
Уя |
и Уо |
|||||||
м о ж н о |
рассчитать с помощью эквивалентной схемы, |
приведенной |
|||||||||
на рис. 4.32б, из которой |
следует: |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
vjv0 |
- |
' і co.mB/(i со с , ) " 1 = — ю2 /»2 ,; |
м о |
= |
(m B c B ) _ 1 |
; |
|||
Vo = |
^ ( l - c o a / t o S ) ~ 1 |
|
|
|
|
|
|
(4.87) |
159
К а к видно, |
V'0 возрастает при приближении oi к резонансной |
ча |
||||||
стоте |
соо я щ и к а |
и при |
переходе |
через |
резонанс |
меняет |
фазу |
на |
180°. |
В ы ш е резонанса |
одновременно с д в и ж е н и е м |
д и ф ф у з о р а |
впе |
||||
ред |
(по направлению |
стрелки) |
воздух |
через отверстие |
вытекает |
из |
я щ и к а , т. е. д в и ж е т с я против |
стрелки. |
Б л а г о д а р я |
этому |
излу |
|
чение, создаваемое |
отверстием в |
о к р у ж а ю щ е й среде, |
оказывается |
|||
не |
противофазно, а |
синфазно с излучением |
передней |
стороны |
д и ф |
фузора и увеличивает эффективность громкоговорителя. Этот эф
фект особенно заметен вблизи резонанса. Вследствие |
неизбежных |
|
потерь на трение и на излучение |
Уо/Уд не о б р а щ а е т с я |
в бесконеч |
ность, как это следует из (4.87), |
при 'Ш=;соо, и переход через ре |
|
зонанс происходит плавно . Такое |
устройство часто н а з ы в а ю т аку |
стическим фазоинвертором . Если фазоинвертор настроить на ча
стоту, несколько меньшую резонансной частоты подвижной систе |
|||
мы громкоговорителя, м о ж н о получить связанную |
механико-аку |
||
стическую |
систему, значительно у л у ч ш а ю щ у ю передачу |
громкого |
|
ворителем |
низких частот. |
|
|
Работа громкоговорителя в области высоких |
частот |
||
Коэффициент сопротивления излучения поршня в |
э к р а н е |
растет пропорционально к в а д р а т у частоты только до величины
(kd)x\/2. |
При |
дальнейшем увеличении |
частоты он, |
колеблясь, |
|||||||
п р и б л и ж а е т с я к |
единице. Д о п у с к а я ошибку не более 3 д Б , |
можно |
|||||||||
считать, |
что при |
kd^l/2 |
коэффициент Ка |
= const = 1. Это |
значит, |
||||||
что |
чувствительность |
громкоговорителя |
на |
высоких частотах бу |
|||||||
дет |
п а д а т ь как 'со- 1 , |
если |
механическое |
сопротивление |
подвижной |
||||||
системы |
сохраняет |
инерциальный характер . П р а к т и к а |
построения |
||||||||
громкоговорителей |
показывает, |
однако, |
что такого резкого паде |
||||||||
ния не происходит. Это м о ж н о объяснить |
д в у м я причинами. |
||||||||||
|
1. С |
повышением |
частоты |
диффузор |
громкоговорителя пере |
||||||
стает колебаться |
к а к н е д е ф о р м и р у е м а я масса и ведет |
себя |
ка к си |
стема с распределенными постоянными и большим числом резо-
нансов. Б л а г о д а р я тому, что |
материал д и ф ф у з о р а о б л а д а е т боль |
шим затуханием, резонансы |
не очень ярко в ы р а ж е н ы и механиче |
ское сопротивление его колеблется около некоторого среднего зна чения. С у м м а р н о е механическое сопротивление д и ф ф у з о р а и ка тушки приближенно м о ж н о считать состоящим из активного со противления (соответствующего среднему сопротивлению д и ф ф у
зора) и сопротивления массы катушки, которая значительно мень |
|||
ш е |
массы |
д и ф ф у з о р а . Р е а к т и в н а я |
ж е часть сопротивления излуче |
ния |
резко |
п а д а е т и п р и б л и ж а е т с я |
к нулю. Все это содействует то |
му, |
что отношение КЦ21 О о + 3 в I - 1 |
у б ы в а е т значительно медленнее, |
чем по закону ю - 1 . |
|
|
|
2. Н а |
высоких частотах начинает |
сказываться увеличение коэф |
|
фициента |
концентрации излучения |
в направлении оси |
симметрии |
д и ф ф у з о р а , так как его р а з м е р ы становятся сравнимыми |
с длиной |
160