Глава 14.

Тема: Излучение звука- 8 часов.

Рупор.

Чтобы увеличить полезное сопротивление излучения R_изл поршень помещают в рупор. Рупор (Рис. 36), это труба, сечение которой постепенно возрастает.

Входное отверстие называется горлом, выходное отверстие называется устьем. Наибольшее распространение получил экспоненциальный рупор Рис. 36, площадь поперечного сечения S_x которого увеличивается по закону экспоненты:

- уравнение рупора.

Где: S_x - площадь любого сечения (м²); S_o -площадь горла (м²); е - основание натуральных логарифмов (е = 2,7); β-показатель расширения рупора (1/м); х - осевая координата рупора (м).

Конструкция рупоров:

• Плоские рупоры.

• Цилиндрические рупоры.

У плоских экспоненциальных рупоров по закону экспоненты увеличиваются плоские поперечные сечения рупора, у цилиндрических экспоненциальных рупоров увеличиваются поперечные цилиндрические сечения рупора (Рис. 37).

Лучшим рупором является цилиндрический, так как он обеспечивает в пределах угла ± 45^о постоянство характеристики на всех частотах. Плоский рупор необходимо дополнять акустической линзой (Рис. 36).

Диаграмма направленности является одной из основных характеристик рупора (Рис. 38).

1 - Диаграмма цилиндрического рупора и плоского рупора с акустической линзой, 2 - диаграмма плоского рупора без акустической линзы.

Достоинства рупора: За счет концентрации звуковой энергии вдоль акустической оси рупор увеличивает звуковое давление на оси излучения и повышает дальность распространения звука.

Применение: Узкогорлый рупор применяется в громкоговорителях высокой частоты (ВЧ). Широкогорлый рупор в громкоговорителях низкой частоты (НЧ) первого и высшего класса (Аппаратура «Звук 6х100»), Рис. 39.

Акустическая трансформация.

Увеличить сопротивление излучения и, таким образом, повысить акустическую мощность излучателя можно за счет применения акустической трансформации.

Акустический трансформатор представляет собой сочетание диафрагмы излучателя, горла рупора, и предрупорной камеры (Рис. 40).

В предрупорной камере среда должна быть несжимаемая. На практике средой служит воздух. Чтобы приблизить воздушную среду в предрупорной камере к условию не сжимаемости, объем камеры делается минимальным за счет высоты h камеры (Рис.40):

h ≤ 0,4 мм.

Коэффициент акустической трансформации n представляет собой отношение площади излучателя S_д к площади поперечного сечения горла рупора S_o:

.

Для электрического трансформатора верно выражение (Рис. 41):

тогда, по аналогии, запишем выражение для акустического трансформатора:

,

где: R_изл - сопротивление излучения, нагружающего диафрагму; R_о.изл -сопротивление излучения, преодолеваемое в горле рупора.

Тогда акустическая мощность Р_а диафрагмы будет:

.

Следовательно, акустическая мощность увеличивается в n² раз (n = 10÷20).

Применение: В рупорных громкоговорителях высокой частоты.

Глава 15.

Громкоговорители.

Классификация громкоговорителей и их характеристики.

Громкоговоритель, это электроакустическое устройство, предназначенное для преобразования электрических колебаний в звуковые колебания воздуха.

Громкоговорители классифицируются по следующим признакам:

I. По способу излучения звука:

1. Диффузорные (прямого излучения).

2. Рупорные (излучатель звука связан с внешней средой через рупор).

II. По ширине рабочей полосы частот:

1. Широкополосные (ШП).

2. Узкополосные (НЧ, СЧ, ВЧ).

III. По принципу действия:

1. Электростатические (конденсаторные).

2. Пьезоэлектрические.

3. Электродинамические.

В кино применяются электродинамические звуковые головки (ГД).

Преимущества электродинамических громкоговорителей:

1. Выдерживают значительные перегрузки.

2. Обладают большой механической прочностью.

3. Могут работать в широком диапазоне частот при высоких температурах и влажности.

Принцип действия электродинамической головки громкоговорителя (ГД), основан на взаимодействии проводника с током в поле постоянного магнита (Рис. 42).

В результате взаимодействия тока I, протекающего в проводнике и магнитного поля, индуктивностью В, возникает сила F действующая на проводник и перемещает его в магнитном поле. Как известно из электротехники сила F определяется выражением:

;

α - угол между направлением силовых линий поля и направлением свободного перемещения проводника длиной ℓ.

Если угол α = 90^o, то sin 90^o = 1, тогда сила F действующая на проводник с током будет:

.

Основные характеристики головки громкоговорителей

ГОСТ 9010-84 Головки громкоговорителей динамические.

ГОСТ 16122-84 Громкоговорители.

ОСТ 4.383.001 – 85.

1. Полное электрическое сопротивление, это сопротивление звуковой катушки на входных зажимах головки громкоговорителя, измеренное на НЧ и ВЧ частотах.

.

Емкостным сопротивлением 1 / (ωC) можно пренебречь, поскольку оно имеет ничтожно малую величину в диапазоне звуковых частот 1 / (ωC) ≈ 0.

На звуковых колебаниях ВЧ индуктивное сопротивление ωL принимает значительную величину, общее сопротивление увеличивается и преобладает индуктивный характер.

На звуковых колебаниях НЧ индуктивное сопротивление незначительное (ωL ≈ 0) и общее сопротивление можно принять за активное сопротивление r. В этом случае сопротивление принимается как для электрической цепи постоянного тока:

.

В кино в акустической установке используются громкоговорители с сопротивлением звуковой катушки 16 Ом. Для рупорных громкоговорителей 25 Ом. В радиотехнике используются с сопротивлением 2 Ом, 4 Ом, 6 Ом и 8 Ом.

2. Номинальная мощность. Номинальная мощность, это такая максимальная электрическая мощность потребляемая громкоговорителем, при которой громкоговоритель не перегревается, его нелинейные искажения не превышают паспортных данных, и громкоговоритель не должен выходить из строя при длительном на него воздействии электрического сигнала.

3. Частотная характеристика, это зависимость величины звукового давления, создаваемого громкоговорителем, от частоты при независимом от нее напряжении, подводимом к зажимам громкоговорителя.

По частотной характеристике можно определить:

• Полосу пропускания частот или номинальный диапазон частот от ƒ_НЧ до ƒ_ВЧ в Гц.

• Величину частотных искажений ΔL(дБ), для кино - ΔL = 12 дБ, для радио - ΔL = 14 дБ.

4. Стандартное звуковое давление Р_ст, это звуковое давление, измеренное в точке A (Рис. 44), лежащей на акустической оси на расстоянии 1 метра от эталонного излучателя звука в полосе частот, при подведении к излучателю электрической мощности P=0,1 Вт.

5. Коэффициент нелинейных искажений К_г (Рис. 45).

Кривая зависимости (Рис. 45) величины нелинейных искажений Кг (коэффициент гармоник) от частоты звуковых колебаний.

6. Характеристика направленности, это зависимость звукового давления, развиваемого громкоговорителем, от угла α между рабочей осью (акустическая ось) и направлением на точку измерения (точки А, Б, С, Рис. 46). График строится в полярной системе координат.

7. Чувствительность громкоговорителя, это величина звукового давления Р, Па, развиваемая громкоговорителем в некоторой точке D (обычно на расстоянии 1 метра вдоль акустической оси) при подведении к его зажимам напряжения 1 вольт.