книги из ГПНТБ / Римский-Корсаков А.В. Электро-акустика

соких

частот (5—7 к Г ц ) .

В

целях улучшения частотной характеристики чувствительности

зультате этого,

начиная с

некоторой

частоты и выше, колеблется

только центральная часть

д и ф ф у з о р а

с

катушкой, и

механическое

сопротивление

излучателя

тем

самым

уменьшается .

Т а к а я

цент­

р а л ь н а я часть

д и ф ф у з о р а

ведет

себя

к а к излучатель

меньших

раз ­

меров (с

меньшей массой),

д л я

которого

постоянство отношения

К®215о+5н

I - 1

справедливо

д л я

более высоких частот, в результате

чего диапазон

передаваемых

им

высоких

частот увеличивается .

применяют

набор двух

или трех диффузорны х громкоговорителей,

к а ж д ы й из

которых рассчитан на передачу части диапазона . Так,

например, двузвенный

комбинированный громкоговоритель состоит

лой

подвижной

системой, с д и ф ф у з о р о м большой площад и и низ­

кой

собственной

частотой подвеса и второго, малого, диффузор ­

сигнала,

то

малый

громкоговоритель имеет небольшую номиналь ­

ную мощность и не приспособлен д л я прямого

включения на

вы­

ход

мощного

усилителя звуковой частоты. Д л я

подключения

дву-

Рис.

4.34.

Раздели-

а )

Выхмч

тельный

фильтр

для

ком бигаированного

громкоговорителя:

а —

частотные

ха­

рактеристики

звеньев

фильтра;

б

—

схема

включения

6 - 3

161

дет слегка изменяться

. Это иллюстрируется рис. 4.35.

Н а рис. 4.35а при

движении к а т у ш к и вверх или вниз поток,

искажениям . Н а рис. 4.356, в показано, ка к можно уменьшить

этот

вредный эффект: сделать длину катушки много меньше

магнитно­

го з а з о р а или, наоборот,

много больше . К сожалению,

оба

пути

невыгодны. Первый ведет

к неполному использованию энергии

маг­

катушки

. П р а в и л ь н о е решение л е ж и т посередине:

катушка

д о л ж ­

на быть

лишь немного длиннее зазора, чтобы при выходе части

витков в более слабое поле по одну сторону з а з о р а

на другой сто­

роне соответственная часть витков входила бы в

более

сильное

поле внутреннего з а з о р а .

стотах, субгармонических по отношению к частотам тока,

текуще ­

го через звуковую

катушку — эффект

деления

частоты

диффузо ­

ром

громкоговорителя. К а к

п о к а з а н о

на рис. 4.36, сила, действую:

щ а я

на диффузор со стороны катушки,

может

быть представлена ка к сумма

распределенных

сил,

действующих вдоль образующих конуса.

Эти

силы стремятся

с ж а т ь

(растянуть)

конус

вдоль образующей и при переходе предела ус­

тойчивости конуса

будут выгибать

его, ка к по­

казано пунктиром. Если частота

возбуждения

катушки будет вдвое выше собственной часто­

ты нзгибных колебаний д и ф ф у з о р а , то возник­

нет

параметрический

резонанс:

конус будет

колебаться на «половинной»

субгармонической

частоте и излучать эти колебания, отсутствую­

щие

в передаваемом

сигнале.

Параметрические резонансы могут возник­

нуть

на

ряде собственных

частот

д и ф ф у з о р а ,

сильно

у х у д ш а я качество

излучаемого

звука.

Применением конуса

с криволинейной

образу­

Ряс. 4.36. Параметри-

ющей можно резко уменьшить число и

ампли ­

ндасое возбуждение ре-

туду

возбуждения

параметрических

резонан-

зонансов диффузора

сов. Д л я уменьшения таких искажений и полу­

чения более равномерной

частотной

характе ­

ристики

чувствительности широко

применяются

д и ф ф у з о р ы не с

круглым, а с эллиптическим

большим

основанием.

Третьим источником нелинейных

искажений

является

модуля ­

излучении их диффузором .

Представим себе д и ф ф у з о р н ы й громкоговоритель, который од­

новременно излучает звук высокой и низкой

частот. Д л я

излуче­

ния одинакового звукового д а в л е н и я на

обеих

частотах он д о л ж е н

иметь одинаковую амплитуду ускорения

д л я этих частот.

Следова ­

тельно, амплитуда скорости низкочастотной составляющей

колеба ­

ния будет во много ра з больше, чем

высокочастотной.

Поэтому

дически д в и ж у щ и м с я на

низкой частоте

с большой

колебательной

скоростью

относительно слушателя . П р и

движении

источника от­

носительно

точки приема

возникает э ф ф е к т Д о п п л е р а , в резуль­

кочастотной составляющей колебания д и ф ф у з о р а .

З в у к о в о е

д а в ­

ление R излученной волне высокой частоты

м о ж н о записать в

виде:

p = PmSin(ioW-h/ni sin сонО. г Д е й в — частота

высокочастотного

ко­

лебания

д и ф ф у з о р а ; <вн — частота низкочастотного

колебания

д и ф ­

фузора;

/ИІ — индекс фазовой модуляции .

6*

163

Р а с ч ет показывает,

что mi = mi>Dl (с0ан), где и — а м п л и т у д а

ско­

рости высокочастотного

колебания д и ф ф у з о р а ; с0 — скорость звука .

Если / П і - C l , то в ы р а ж е н и е дл я коэффициента нелинейных

ис­

ставляющей этого сопротивления

от частоты в области частот вы­

ше критической (см. п а р а г р а ф 4.

3).

чтобы механическое сопротивление подвижной системы

| Jo + Ьа |

было

бы т о ж е частотнонезависимым . Это достигается в

основном

тем,

что основные два резонанса механико-акустической

системы

тухание в

системе д е л а ю т в о з м о ж н о

большим.

Д л я того, чтобы

затухание

не в ы з ы в а л о бесполезной

з а т р а т ы

механической или

теля, систему

конструируют

так, что затухание ее обусловливает­

ся полезным

сопротивлением излучения. Та к ка к волновое сопро­

тивление воздушной среды

невелико, то дл я получения большой

тивления излучения прибегают к

акустической

т р а н с ф о р м а ц и и

входного сопротивления с помощью та к называемой

предрупорной

камеры .

Н а рис. 4.28 и з о б р а ж е н а головка

рупорного громкоговорителя

с подвижной системой

и горлом рупора. П л о щ а д ь д и а ф р а г м ы

зна­

чительно

больше

п л о щ а д и

горла рупора. Акустическое сопротив­

ление входа рупора,

в

соответствии со с к а з а н н ы м

в п а р а г р а ф е

4.5,

пересчитывается

к механическому, действующему

со стороны пред­

рупорной

к а м е р ы

на д и а ф р а г м у , по формуле:

5Н =

5руп5д/5р;

5ру„ =

p0cgS0.

Б л а г о д а р я

с ж а т и ю

(расширению) воздуха в

предрупорной

ка­

мере о б ъ е м н а я

скорость в

горле рупора несколько меньше объем-

ной скорости воздуха, вытесняемого диафрагмой . К а м е р а

играет

роль, шунтирующей акустической гибкости. П о л н а я

эквивалентная

схема

механико-акустической

системы

рупорного

громкоговорите­

л я и з о б р а ж е н а на рис. 4.37а.

Пр и з а м е н е т р а н с ф о р м а т о р а

с

на­

грузкой Зруп, приведенной к первичной

цепи, нагрузкой %'и =

п 2

5 р у п

схема

упрощается, ка к изображен о на

рис. 4.376. В области

низ-

а

— полная схема; б — приведение сопротивления рупора к диафрагме; в — схе­

ма

для области низких частот; г—схема для области резонанса диафрагмы, д —

I

Ъ I = [ ^ + ( с о с д Г 2

] 1 / 2 .

(4.88)

Н а

частоте, близкой

к резонансу, обусловленному

гибкостью

незначительно, та к ка к гибкость с в

м а л а . Поэтому

искомый модуль

сопротивления близок к величине

j ' H (рис. 4.37г).

Н а высоких ча­

действием т д и с в

пренебрегать у ж е нельзя.

Модуль механическо­

го сопротивления

можн о определить, исходя

из

схемы

рис.

4.37д:

I 5 I = [ i'; + <*2m*a +

s ' 2 - c B 5 " / m A ) 2 ] , / 2

/ ( l +

со2 с25 'г

ут

( 4 .89)

Согласно (4.89)

| j | растет

с увеличением

частоты. О д н а к о рост

лителе

в к в а д р а т н ы х скобках

под радикалом, близко к нулю. Пр и

частоте

со = [со| — ( C B J ' ) ~ 2 ] 1 /

2 >

где СО?, = (mRcB)~l,

выражени е во вторых

скобках

(4.89) о б р а щ а е т с я

в

нуль, и при дальнейше м увеличении

уменьшить

св и тем самым повысить частоту, на которой

начинает­

ся сильное

возрастание \%\. Это равносильно тому, что

резонанс

м е ж ду

cn и mR

д о л ж е н

л е ж а т ь

на возможн о более высокой часто­

те,

так

что

о

д о л ж н а

быть много больше частоты

резонанса

под­

вижной

СИСТеМЫ СОі= (і/ПдСд)— 1 / 2 .

)2

Д л я

более

точного

анализ а

свойств

рупорного

говорителя,

пользуясь общей схемой рис. 4.376, находят общий вид механиче­

ского сопротивления

| j | И С помощью

ф-лы

(3.71)

— зависимость

кпд

рупорного

громкоговорителя

от

частоты:

Ц = Re{Ma /3}/Re{z0

+ AP/5 } =

(1 + ( R e 3

; / ^ 2 ) (1 _ а ) » / © | + © 2 / а ) | ) » Н -

+ ( с о т д / 3 ; ) 2 ( 1

/ с о 2 ) 2 ] } - 1

,

сопротивление

где

0

—активное

электрическое

провода

подвиж ­

R

- с о 2

ной

катушки .

П о д с т а в л я я

М2=

( б / ) 2 - 1 0 ~ 9

и

R0=8l2/V,

где б — удельное

сопро­

тивление

провода

подвижной

катушки,

/ — длина

провода

катуш ­

ки,

V — объем

этого

провода,

получим

/ і н ) 2 ( 1

_ С

Й 2

т, =

{1 -

(10» б ь ' і т

[(I - с о 2 К

+

<o?/a>!)»+

( с

о

т д

/ £ й

] }

_

у

- і(4.90)

Исследования

этого

в ы р а ж е н и я

показывают, что

г\ =

)]тах

при

при

со =

соь

т. е.

w

=

[ l + 1 0 » 6 5 ' / ( W ) r ' .

(4.91)

Так как мы у ж е

установили,

что

следует

д е л а т ь

аг~>соі,

то на

высоких

частотах

в

выражени и

(4.90) можн о пренебречь членами

(ші/со)2

и

(ші/со2 )2 и тогда на частоте со2

г\Ш

» [ 1

+ W4u2ml/(B2Vz')

Г 1

•

( 4 - 9 2 >

И з

сравнения

выражений

(4.91)

и (4.92)

видно,

что ц т а

х

тем

больше,

чем меньше

%', но

T

f f l

наоборот,

растет

с

увеличением

3'. Это иллюстрируется рис.

4.38. Громкоговоритель, у которого при­

]( 2),

веденное

сопротивление

ь'2>ь{

> о б л а д а е т

меньшим

кпд,

но

зато

более равномерной частотной характеристикой . Таким

образом,

увеличивая

коэффициент

т р а н с ф о р м а ц и и

n = s^/so,

можн о

улуч­

tffaj)

,

шить

частотную

характеристику

громкоговорителя

ценой

уменыне -

горле рупора возникает интерференция

волн, приходящих из цент­

ра и

с периферии

д и а ф р а г м ы ,

излучение

на

высоких

частотах па­

дает .

Д л я

повышения

этого предела

на

высоких

частотах

приме­

няют

несколько

каналов, отводя­

щих

звуковые

волны

от

д и а ф р а г ­

мы к рупору, как показано схе­

матически на рис. 4.39.

П р е д е л передачи

низких

час­

тот головкой рупорного громкого­

ворителя

ставится

возрастанием

амплитуд

колебаний

д и а ф р а г м ы

с понижением

частоты.

П р и

за­

данной

мощности

и

независимо ­

сти от частоты механического со­

Рис.

4.39.

Уменьшение

.интерфе­

противления

системы

амплитуда

скорости

колебаний

д и а ф р а г м ы

ренции .волн в предрупорной ка­

мере

на 'высоких частотах

т а к ж е

не

д о л ж н а

зависеть

от

частоты,

а амплитуда

смещения ее

будет обратно

пропорциональ ­

на частоте. Поэтому

д л я

передачи низких частот

требуется

значи­

тельное

расстояние м е ж д у д и а ф р а г м о й

и к р ы ш к о й

предрупорной

камеры . Увеличивать

это

расстояние

нельзя,

т а к к а к

при

этом рас­

тет гибкость и ухудшается передача высоких частот. Т а к и м

обра­

зом,

имеется

некоторый

предел ширины

передаваемого

д и а п а з о н а

Влияние конечной длины рупора

Рупор ограниченной длины

о б л а д а е т резонансными

свойства­

ми. Вследствие этого активная

с о с т а в л я ю щ а я входного

сопротив­

ления рупора сложным о б р а з о м

зависит от частоты,

с о з д а в а я не­

равномерность

чувствительности

громкоговорителя .

Н е р а в н о м е р ­

ность частотной

характеристики

сопротивле­

ния

рупора

уменьшается, если д и а м е т р устья

dy

рупора

составляет примерно

Й-А/Я. Н а п о м ­

ним основные соотношения м е ж д у п а р а м е т р а ­

требуется диаметр

горла d0

не

более

2 см.

Тогда:

p = 2toK /c0 =

= 0,044 с м - 1 , /=i(2/ip)ln(dy/flf0 _)=;174

см . Таким

Образом,

для пере­

дачи рупорным громкоговорителем

низких

частот,

начиная

со

100 Гц, требуется рупор диаметро м

около

метра

и

длиной

более

полутора метров. Если ж е необходима

передача еще более

низких

частот, то р а з м е р ы

д о л ж н ы

быть еще больше . Поэтому

прибегают

к «сворачиванию»

рупора,

чтобы

уменьшить

хотя

бы

его

длину.

Т а к и е лабиринтные

рупоры

применяются

довольно

широко,

дл я

Широкогорлый громкоговоритель

Со.кращения размеров рупорного громкоговорителя

достигают

т а к ж е применением широкогорлого рупора . В таком

громкоговори­

теле используется электродинамическая головка с

б у м а ж н ы м ко ­

нусом небольшего р а з м е р а ( 0 ~ 1 5 см) , к а к в диффузорио м

гром­

коговорителе. Головку п о м е щ а ю т в пред-

рупорную камеру, д а ю щ у ю лишь

неболь­

шой коэффициент

трансформации , подсое­

диненную к короткому рупору с широким

горлом. Такое устройство позволяет улуч­

шить излучение д и ф ф у з о р н ы м

громкого­

ворителем

в

области

низких

и

средних

частот

б л а г о д а р я

увеличению

сопротив­

ления

излучения,

создаваемому

рупором .

Рис. 4.41. Широкогорлый

Н а

высоких

частотах,

по существу, излу­

чает

просто

конусный

диффузор

громко­

рупорный громкоговори­

говорителя.

Устройство такого рупора

тель

и з о б р а ж е н о

на рис. 4.41.

Р а з м е р ы

громкоговорителя с широкогорлым рупором и

электро ­

динамической головкой с .конусной д и а ф р а г м о й

могут

быть еще

уменьшены б л а г о д а р я применению

широкогорлого

лабиринтного

рупора. Он, по существу,

у ж е перестает

быть рупором в настоя­

щем смысле

этого слова:

и з л у ч а ю щ а я

система

его

представляет

кального сигнала,

могут

в ы з в а т ь

д р е б е з ж а н и е — у д а р ы

д и а ф р а г ­

мы о крышку .камеры, которую,

к а к

говорилось

выше,

стремятся

сделать в о з м о ж н о

меньшего

о б ъ е м а

д л я

хорошей

передачи

высо­

ких

частот.

Таким

образом,

во и з б е ж а н и е

нелинейных

искажений,

ж е л а ­

тельно не излучать с помощью одного

рупорного

громкоговори­

теля

одновременно

к а к низкочастот­

ную, т а к

высокочастотную

части

диа­

пазона .

Поэтому

т а к ж е ,

к а к

и в

слу­

чае

д и ф ф у з о р н ы х

громкоговорителей,

д л я

создания широкополосного

излуче­

ния

применяют

рупорные

двухполос­

ные

агрегаты .

-2

Н а и б о л ь ш е е

применение

такие

аг­

регаты

получили

д л я звуковоспроизво ­

дящей

а п п а р а т у р ы

кинозалов . Они со­

стоят из высокочастотной

электродина ­

мической головки с многоячеечным

ру­

пором и низкочастотных

д и ф ф у з о р н ы х

головок

большого

р а з м е р а

с

широко-

горлым

рупором

(рис. 4.42).

Частота

разделения

сигнала

м е ж д у

громкого­

ворителями агрегата берется

обычно

в

п р е д е л а х 500—1000 Гц, чтобы основная

Рис. 4.42. Рупорный 'Громко­

часть мощности

сигнала,

л е ж а щ а я

в

говорящий

агрегат:

районе

500

Гц,

п е р е д а в а л а с ь

низкочас­

/ — высокочастотный громко­

говоритель

с

многоячеечным ру­

тотным

звеном

и

не

п е р е г р у ж а л а

вы­

пором; 2 — низкочастотный

ши­

сокочастотную рупорную головку. Мно-

рокогорлий рупор; 3— отверстие

фазоинвертора

гоячеечный рупор высокочастотной ча­

сти

агрегата позволяет сделать

характеристику

направленности

более широкой

и приблизить ее к

направленности

низкочастотной

части агрегата,

т а к

что частотная

характеристика

звукового

д а в л е ­

ния в широком секторе перед

громкоговорителем

не зависит от

частоты.

ким н а п р я ж е н и е м звуковой частоты и подачи очень высокого

(до

десятков

киловольт) поляризующего н а п р я ж е н и я . Мощности

этих

высоковольтных

цепей (особенно цепей поляризации) невелики и

з а щ и т а

от

этого

н а п р я ж е н и я осуществляется сравнительно

про­

сто. О д н а к о

т а к и е громкоговорители н е в о з м о ж н о эксплуатировать

мышленных о б р а з ц о в этих громкоговорителей немного.

Схематически

устройство

электростатического громкоговорите­

ля изображено на

рис. 4.43.

Очень т о н к а я м е т а л л и з и р о в а н н а я на­

тродами в виде решеток из стержней

(или сетки) .

П р и подаче на

неподвижные

электроды поляризующего н а п р я ж е н и я

Uo симметрич­

%

но

относительно

д и а ф р а г м ы и

в о з б у ж д а ю щ е г о

~

U .—

анти­

симметрично

возникают

силы

притяжения к электродам, раз ­

ность которых

будет

д в и г а т ь

д и а ф р а г м у . В

соответствии

с

(3.14)

и в

силу

противофазно -

стн

переменного

в о з б у ж д а ю щ е ­

го н а п р я ж е н и я

сила,

действую­

т

щ а я на

д и а ф р а г м у ,

составит:

F9=-~

<Q0

+

q)V2Cd—(Q0—

1 .

— q)2/2Cd

=

4nQ0q/S.

Как

видно,

нелинейные

ис­

щ

к а ж е н и я ,

связанные

с

квадра ­

тичными членами в в ы р а ж е н и и

д л я

силы

притяжения,

компен­

сируются

и

отклонения

д и а ф

рагмы

от

среднего

положения

могут быть большими: величи­

на

4nQo/S = U0/d

п р е д с т а в л я е т

собой

напряженность

электри ­

+ и0 -

ческого

поля

м е ж д у

электрода ­

Рис. 4.43. Электростатический

гром­

ми

и д и а ф р а г м о й . Ч е м

больше

эта

напряженность,

тем

боль­

коговоритель

ше

коэффициент отдачи

гром ­

коговорителя. П р е д е л

этой

величине

ставится

электрической

проч ­

ностью изоляции м е ж д у электродами

и д и а ф р а г м о й ,

а т а к ж е

устой­

чивостью д и а ф р а г м ы

в электрическом

поле

(см.

п а р а г р а ф 4.8).

Практически эта величина достигает несколько десятков

кВ/см . Во

избежание повреждения

д и а ф р а г м ы

при случайных

касаниях

не­

подвижных электродов при больших отклонениях на

электроды

на­

носят тонкий

защитный

изоляционный

слой

и п о л я р и з у ю щ е е

на­

п р я ж е н и е на

д и а ф р а г м у

подают

через

весьма

большое

сопротив­

ление.

Частотную

характеристику чувствительности

электростатиче ­

ского громкоговорителя

м о ж н о расчитать

на

основании

(4.85).

Вследствие того что громкоговоритель имеет практически

чисто

емкостное электрическое

сопротивление,

удобнее

р а с с м а т р и в а т ь

его чувствительность

не

по

току,

а

по н а п р я ж е н и ю

Ug

на

входе