7.2. Громкоговорители. Классификация и основные параметры

Громкоговоритель и телефон - это устройства для преобразования электрических колебаний в звуковые, акустические колебания воздушной среды. Поскольку громкоговорители и телефоны являются последними звеньями любого радиовещательного (звуковоспроизводящего) тракта или линии связи, то их свойства оказывают решающее влияние на качество работы в целом.

Акустическая система - устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько головок громкоговорителей, необходимое акустическое оформление, необходимые электрические устройства (фильтры, трансформаторы, регуляторы и т.п.).

По способу преобразования громкоговорители и телефоны подразделяются на электромагнитные (в основном телефоны), электродинамические катушечные, изодинамические, электростатические, пьезоэлектрические и некоторые другие. По виду излучения звука громкоговорители подразделяют на громкоговорители непосредственного излучения (диффузорные, куполообразные, ленточные) и рупорные. Различают громкоговорители по потребляемой электрической мощности (мощные, маломощные), а также и по чувствительности.

Громкоговорители характеризуются большим числом параметров, основные из которых приведены ниже.

Номинальное электрическое сопротивление - заданное в нормативно-технической документации активное сопротивление громкоговорителя при определении подводимой к нему электрической мощности.

Номинальная мощность - заданная электрическая мощность, при которой нелинейные искажения громкоговорителя не должны превышать требуемые.

Частотная характеристика по звуковому давлению - графическая или численная зависимость от частоты уровня звукового давления, развиваемого громкоговорителем в определенной точке свободного поля, находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра, при постоянном значении напряжения на выводах громкоговорителя.

Характеристическая чувствительность - среднее звуковое давление, развиваемое громкоговорителем в заданном диапазоне частот на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1м от рабочего центра и проводимой электрической мощности 1 Вт.

Неравномерность частотной характеристики звукового давления - разность максимального и минимального значений уровней звукового давления (отношение максимального звукового давления к минимальному, выраженное в децибелах) в заданном диапазоне частот.

Диаграмма направленности - графическая зависимость в условиях свободного поля уровня звукового давления для данных частоты (полосы частот) и расстояния от рабочего центра громкоговорителя от угла между рабочей осью громкоговорителя и направлением в точку измерения.

Приведенный коэффициент полезного действия - отношение акустической мощности, излучаемой громкоговорителем на данной частоте (полосе частот), к подводимой электрической мощности.

Собственная резонансная частота головки - частота, при которой значение модуля полного электрического сопротивления имеет свой первый максимум.

 

7.3. Системная модель громкоговорителя

Громкоговоритель представляет собой сложный электромеханоакустический преобразователь, в котором происходят линейное и нелинейное преобразование сигнала U(t), подводимого в виде напряжения от усилителя в распределенное в пространстве звуковое давление. Если входной сигнал представляет собой аналог реального музыкального или речевого сигнала, он имеет сложную временную нестационарную структуру (рис.7.1).

Рис. 7.1. Вид входного сигнала

Основная задача при проектировании акустических устройств, в которые входят громкоговорители, состоит в том, чтобы обеспечить неискаженную передачу временной структуры входного сигнала (технически реализуемой является задача передачи временной структуры сигнала с искажениями ниже порогов слышимости). Именно это условие выдвигает требования к неискаженной передаче частотного и динамического диапазона сигнала, а отсюда к уровню линейных и нелинейных искажений в громкоговорителях.

Рис. 7.2. Системная модель громкоговорителя

Функционально громкоговоритель может быть представлен в виде системной модели (рис. 7.2), состоящей из:

• электромагнитного преобразователя - “магнитная цепь + звуковая катушка”, преобразовывающего подводимое напряжение U(t) в переменный ток I(t) и в электромеханическую силу F(t);

• механического преобразователя - “подвижная система громкоговорителя”, осуществляющего линейное и нелинейное преобразование силы F(t) в распределенное по поверхности механическое смещение u*;

• акустического преобразователя - “излучающая диафрагма + воздушная среда”, преобразовывающего смещения u* в распределенное в пространстве звуковое давление p(R, t).

Все эти подсистемы оказывают как прямое, так и обратное влияние друг на друга.

Рис. 7.3. Амплитудная характеристика громкоговорителя.

Работу громкоговорителя можно проиллюстрировать с помощью графика (рис. 7.3). Он показывает, как диффузор громкоговорителя отклоняется от условной средней линии положения покоя. Из графика видно, что чем больше ток, тем дальше отклоняется диффузор, а токам разного направления соответствует отклонение в разные стороны (вперед-назад). Приведенный график называют амплитудной характеристикой. Появление загибов на графике объясняется достаточно просто - ток не может беспредельно отклонять диффузор. Диффузор закреплен достаточно прочно, и амплитуда его отклонений ограничена. До тех пор пока громкоговоритель работает на линейном участке и отклонение прямо пропорционально току, преобразование "ток - звук" происходит без нелинейных искажений. Громкоговоритель не может одинаково хорошо преобразовать в звук переменные токи разных частот (рис.7.4).

Рис. 7.4. Частотная характеристика громкоговорителя.