close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Бытовые акустические системы

код для вставкиСкачать
в.к.Иофе
М.В.Лизунков
БЫТОВЫЕ
АКУСТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ
в.к. Иофе М.В.Лизунков
БЫТОВЫЕ
АКУСТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ
ПРЕДИСЛОВИЕ
В связи со все расширяющимся в последнее время распро­
странением бытовой звуковоспроизводящей аппаратуры, входя­
щей как составная часть в радиоприемники, телевизоры, магни­
тофоны, проигрыватели, системы проводного вещания, особенно
большое значение стало уделяться бытовым акустическим систе­
мам (БАС) как встроенным, так и выносным. Это вполне по­
нятно, если учесть, что акустическая система является оконечным
звеном любого тракта воспроизведения звука, в большинстве слу­
чаев определяющим качество звучания тракта в целом. Особен­
ный интерес при этом стала вызывать аппаратура высшего клас­
са {H i — F i). Однако и к аппаратуре низших классов в последние
годы стали предъявляться повышенные требования, в частности,
к качеству их звучания.
В связи с этим ка к за рубен^ом, так и в нашей стране про­
ведены научные исследования и появилось много оригинальных
конструкций, направленных на повышение качества звучания БАС,В данной брошюре сделана попытка комплексно осветить вопро-сы физических основ работы акустических систем разных видов
и принципов их действия, параметров, определяющих их качест­
во, реко1мендуемых конструкций, их расчета, изготовления и ис­
пытаний. Изложение материала строится .как на обобщении лите­
ратурных данных, так и на результатах собственных исследова­
ний авторов.
Брошюра написана в форме, доступной для любителя-непрофессионала. Вместе с тем авторы не отступали от научной и тех­
нической обоснованности изложенного материала. Они надеются,
что книга сможет оказаться полезной и для профессионалов —
разработчиков бытовой радиоэлектронной аппаратуры (Р Э А ), по­
скольку поможет учесть требования, налагаемые па конструкцию
РЭА акустическими системами. По мнению авторов, предлагае­
мые новые методы расчета акустических систем могут быть ис­
пользованы и их разработчиками.
Отзывы, замечания и предложения просим присылать по адре­
су: 101000, Москва, Почтамт, а/я 693, издательство «Радио и
связь», редакция литературы по электронной технике.
Авторы
МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
И И Х АНАЛОГИИ
Звук передается колебаниями частиц воздуха. Чтобы частицы воздуха могли
совершить звуковые колебания, необходимо, чтобы они каким-то образом были
приведены в колебательное состояние или, как принято говорить в акустике, бы­
ли «возбуждены». Таким возбудителем или, иначе говоря, источником звука мо­
жет быть, например, диффузор громкоговорителя, струна скрипки и т. п. Здесь
колебания твердых тел (диффузор, струна) вызывают колеба­
ния частиц воздуха.
Твердое тело или совокупность нескольких твердых тел,
участвующих в колебаниях, называется механической колебао
' тельной системой. Движение этих тел характеризуется либо
перемещением х какой-нибудь точки тела, либо скоростью эгой
точки X, либо се ускорением х.
Рассмотрим простую механическую колебательную систе*> му (рис. 1), состоящую из массы т, укрепленной на пружине
имеющей упругость s. Масса находится в вязкой среде, созда­
ющей сопротивление трения л Если.конец пружины оттянут
РИС 1. Прололожения равновесия па расстояние х, то пружина стрестая механиче- мится сократиться с некоторой силой. Очевидно, что эта сила
ская
колебабольше, чем на большее расстояние оттянута пружина и
тельная система
больше ее упругость. Отсюда возвращающая сила пружи­
ны Fs, стремящаяся вернуть оттянутый ее конец в положение равновесия, равна
произведению xs, где х — расстояние, на которое оттянут конец пружины, а s —
коэффициент упругости пружины.
В свою очередь s определяется как s = F s l x .
Отсюда единицей упругости называется упругость такой пружины, которая
при растяжении на единицу длины (1 м) стремится сократиться с силой, равной
такж е единице (1 Н)*.
Свойства пружины можно характеризовать и величиной, обратной коэффнлиенту упругости. Эта величина называется коэффициентом гибкости и обозна­
чается буквой с: c = l / s и соответственно c==xjFt.
При перемещении тела возникают силы трения, тормозящие движение тела.
При движении тела в вязкой среде значение силы трения Fr пропорционально
скорости тела х и коэффициенту г, характеризующему среду, в которой возни­
кает трение, и называемому обычно сопротивлением трения. Следует заметить,
что сопротивление трения может возникать не только при движении тела в вяз­
кой среде, но и в результате внутреннего трения, например, трения частиц в
толще материала пружины при ее растяжении или слотии.
Сопротивление трен ия—^одна из составляющих активного механического со­
противления. Характерной особенностью реальной механической системы (обла­
* Единица силы в системе С И — I «ьютон (Н ).
4
дающей активным механическим сопротивлением) является то, что в ней всегда
имеет место необратимый переход механической энергии в тепловую.
Сила трения может быть .выражена как F r = r x или r = F r l x .
Единицей активного сопротивления (трения) называется такое сопротивлеяие, которое при перемещении тела со скоростью, равной единице (1 м/с), вы­
зывает тормозящую силу, равную такж е единице (1 Н ). Единица актинного со­
противления измеряется в кГ/с (если учесть размерность силы кГ-м/с2).
Все тела стремятся сохранить состояние покоя или равномерного прямоли­
нейного движения. Изменению этого состояния они сопротивляются с силой
ине,рции, равной произведению массы на ускорение.
'Пусть к телу с массой m (см. рис, 1) приложена сила F, направленная
вниз. Под влиянием этой силы тело опустится на расстояние х от положения
равновесия. При этом, кроме внешней силы F, на тело массой т действуют
следующие силы: во-первых, сила инерции тх, во-вторых, тормозящ ая сила тре­
ния, равная гх, в-третьих, сила упругости пружины sx, которая стремится вер­
нуть тело в положение равновесия. Процесс в такой механической системе подо­
бен процессу в цепи переменного тока, состоящей из последовательного соеди­
нения индуктивности L, активного сопротивления F и емкости С.
Это подобие отраж ает тот факт, что в обеих системах имеет место пре­
вращение энергии из одного вида .в другой. Действительно, в механической сис­
теме кинетическая энергия движущегося тела превращается в потенциальную
энергию растянутой пружины, и обратно. Часть энергии из-за наличия трения
переходит в тепло. В электрической цепи энергия магнитного поля, появляюще­
гося при прохождении электрического тока, превращается в энергию электриче­
ского поля (заряд конденсатора), и обратно. Часть энергии выделяется на ак­
тивном сопротивлении в виде тепла. Поэтому масса, сопротивление трения и
гибкость аналогичны соответственно индуктивности, активному сопротивлению и
электрической емкости. Это подобие не является чисто внешним, формальным,
а отображает физическое подобие рассматриваемых величин или, как их назы­
вают, параметров. Действительно, индуктивность в цепи препятствует .как мгно­
венному возрастанию тока от нуля до какого-то конечного его значения при
включении источника напряжения, так и спаданию тока до нуля сразу лее при
выключении напряжения. То ж е относится к массе в механической системе.
Инертность тела препятствует мгновенному нарастанию скорости при приложе­
нии силы и не дает телу остановиться сразу.
Как уже отмечалось, часть энергии электрического тока благодаря наличию
активного сопротивления превращается в тепло. Такж е превращается в тепло
при наличии трения часть механической энергии. Чем больше гибкость пружи­
ны, тем большее смещение она получает при заданном значении силы. Чем боль­
ше электрическая емкость, тем больший заряд создается на конденсаторе при
заданном приложенном напряжении. Заряд можно рассматривать как аналог
смещения, а ток, следовательно, как аналог скорости. Аналогичны такж е элект­
родвижущая сила и механическая сила, первая является причиной ирохол{дения
тока, вторая — дв'ижения тела.
Отсюда по аналогии колебательная скорость тела в простой колебательной
системе, на которую действует сила F, меняющаяся по синусоидальному закону
с круговой частотой м, выражается следующим образом:
x^F/ZM = F/[r-ir/(aim— s/a))],
(1)
а ее модуль
|х | = F / V г2 -j- (tom—s/to)® •
Это аналогично
1/| = (//V/?2-f((oL— I/(oC)>.
Как
|Z | = V /? ® -f (to L — 1/to С)®
является полным электрическим сопротивлением, измеряемым в омах, так
|z | = 1/г® + (tom — 1 /О) С)® — Уг® + (tom — s/io)®
является полным механическим сопротивлением, измеряемым в механических
омах (мехомах).
Подобно реактивному сопротивлению электрической цени [toL—’l/(w C )], яв­
ляющегося разностью индуктивного toL и емкостного 1/(соС) сопротивлений, в
механической системе сопротивление [ ы т —■1/(о)с)] называется реактивным ме­
ханическим сопротивлением и является разностью инерционного сопротивления
ш п (обусловленного инертностью тела) и упругого сопротивления 1/(сос) или
5/о). Механическое реактивное сопротивление такж е измеряется в мегомах.
В электротехнике и акустике синусоидально изменяющиеся величины (сила,
смещение, скорость, ускорение и т. д.) принято измерять в действующих значе­
ниях, которые в
раз меньше амплитудных. Укажем, что абсолютные значе­
ния амплитудных (и соответственно действующих) значений смещения х, скоро­
сти X и ускорения х связаны между собой соотношениями:
Х = 0)®Х или
Х=(ОХ и х = 0) х .
(2)
В дальнейшем, если не будет оговариваться иное, мы будем пользоваться
именно действующими значениями этих и других величин.
Смещение при колебательном движении измеряется в обычных единицах
длины (м), колебательная скорость — в обычных единицах скорости (м/с), а
ускорение при этом движении — в обычных единицах ускорения (м/с®).
Из приведенных соотношений можно сделать вывод, что для достижения
одной и той же амплитуды колебательной скорости х требуется малое смеще­
ние на высокой частоте колебаний и большое смещение на низкой частоте.
Рассматривая выражение для скорости при различных значениях частоты,
видим, что если реактивное механическое сопротивление равно нулю, то скорость
будет максимальной. Это произойдет на частоте, называемой частотой резонан­
са, которая для механической системы
0)0 = 2 я /о = 1/ У тс =
Следовательно, резонансная частота механической системы будет тем выше,
чем больше ее упругость и меньше масса, т. е. чем более жесткой и легкой ока­
жется система. Наоборот, чем тяжелее и гибче система, тем ниже ее собствен­
ная частота. Это подтверждается повседневным опытом. Ж есткая легкая сталь­
ная пвлоска, заж атая в тисках, имеет высокую резонансную частоту. Большая
масса на гибких амортизаторах, например автомашина на рессорах, имеет низ­
кую резонансную частоту.
6
Нетрудно видеть, что вблизи резонанса скорость системы, по сущестиу, оп­
ределяется активным сопротивлением (сопротивлением трения), так как в этой
области реактивное
сопротивление весьма м ало и им можно пренебречь по
сравнению с активным. Если активное сопротивление в системе невелико, то в
области частот ниже резонансной колебательная скорость определяется в основ
иом упругостью или, точнее, упругим сопротивлением s/o), а в области частот
выше .резонансной — массой или, точнее, инерционным сопротивлением ш п. В
первом случае полное механическое сопротивление определяется упругим, а во
втором — инерционным сопротивлением. В соответствии с этим говорят, что сис­
тема управляется упругостью, массой или активным сопротивленпем.
Аналогия между механической колебательной системой и электрической
цепью позволяет изображать механические системы с помощью аналогичных им
электрических схем, рассчитывать и ис'следовагь схемы и полученные результаты
вновь переводить на язык механических величин. Этот прием называется мето­
дом электромеханических аналогий и широко используется в электроакустике.
Разобранная аналогия между простой механической колебательной систе­
мой и последовательным соединением индуктивности, емкости и активного со­
противления является простейшей. Н а практике приходится встречаться с гораз­
до более сложными системами и аналогиями. В особенности затрудняется поды­
скание аналогов, когда механическая система состоит не из сосредоточенных
масс, упругостей, сопротивлений, а из распределенных, что имеет место, напри
мер, в колеблющихся струнах, мембранах, пластинках, балках и т. п., где каж ­
дый малый элемент колеблющегося тела обладает и массой, и упругостью, н гревием.
Чтобы показать, как составляются схемы аналогии, рассмотрим следующий
пример. Дана механическая система (рис. 2), состоящая из масс nii и Ша, кюто
рые соединены пружиной, обладающей гибкостью с. На массу rtti действует си­
ла F.
Поскольку электрической аналогией силы является э. д. с., то в схеме ана­
логии сила отображается э. д. с., действующей непосредственно на массу mi.
После массы mi следуют элементы с и Ша, которые можно соеди­
нять либо последовательно, либо параллельно. Если они соединены
ni2
последовательно, то при очень малом значении гибкости с упругое
сопротивление велико, и, следовательно, тока в цепи не будет. В нереводе на язык механики это оз'начаст, что, несмотря на приложенq
ную силу, система не колеблется. Вместе с тем малое значение гнбО
кости с означает, что массы nii и т а жестко соединены, как бы слн^
ты в одну массу, что не допускает отсутствия колебаний в системе.
I
РИС. 2. Механическая колебательная система
т
щ
Соединим теперь с и т а параллельно (рис. 3). При таком соединении малое
аначение гибкости с никак не препятствует Колебаниям в системе. Если, наобо­
рот, положить, что с весьма велико (очень слабая пружина, волосок), то малое
упругое сопротивление зашунтирует в схеме аналогии т а и эта масса при этом
колебаться не будет. К этому же заключению можно прийти и не прибегая к
схеме аналогии. Действительно, если сила действует на iMaccy mi, то ее колеба-
яия практически не будут передаваться массе /Па, если она соединена с массой
Ш1 посредством очень гибкой (малоупругой) пружины. Таким образом, прида­
вая параметрам механической системы либо очень большие, либо очень малые
значения, можно убедиться в том, что схема аналогии (рис. 3) составлена пра­
вильно.
-ПППГЧ.
mj
F
.J - W W
П72
с
РИС. 3. Схема аналогии механической коле­
бательной системы по рис. 2.
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
ЭНЕРГИИ И И Х ВИДЫ
Применяемые в электроакустике аппараты являются преобразователями од­
ного вида энергии в другой. Например, подводимая к зажимам громкоговори­
теля электрическая энергия частично затрачивается на нагрев проводника и,
таким образом, превращается в тепловую, а частично превращается в механи­
ческую энергию колебаний подвижной системы громкоговорителя. Д ля выясне­
ния сущности процесса преобразования одного вида энергии в другой и связи
между электрической цепью и механической колебательной системой преобразо­
вателя рассмотрим для примера наиболее распространенный в электроакустике
электродинамический принцип преобразования.
Из электротехники известно, что если поместить в магнитное поле провод­
ник с током, то он начнет двигаться в направлении, определяемом правилом ле­
вой руки. Например, пусть проводник имеет форму плоского витка, в котором
ток направлен по часовой стрелке, а магнитные силовые линии направлены по
радиусам от центра витка. Тогда сила, которая действует на виток, окажется
направленной вверх. При перемене направления тока на обратное сила, дейст
вующая д а виток, такж е изменит свое направление. Поэтому, если в проводин
ке будет протекать переменный ток, то проводник будет колебаться. Наоборот
если виток, находящийся в магнитном поле, колеблется под влиянием какой-лп
бо действующей на него силы и перерезает при этом магнитные силовые линии
то в нем будет индуктироваться э. д. с. Если виток замкнуть, то в цепи поте­
чет ток. Рассмотрим несколько подробнее явления, происходящие при электро­
динамическом способе преобразования.
Если приложить к катушке, состоящей из нескольких витков и находящейся
в магнитном поле, переменное напряжение U, то она начинает колебаться под
действием возникающих сил. При этом в витках катушки, которая пересекает
магнитные силовые линии, индуктируется э. д. с. Направление э. д. с. по прави­
лу Ленца таково, чтобы противодействовать причине, ее вызвавшей, т. е. при­
ложенному напряжению. Значение противо-э. д. с. равно В1х, где В — магнит­
ная индукция, Тл; I — длина проводника кагушки; м; х — скорость двилсения
катушки, м/с. Если обозначить электрическое сопротивление катушки через R,
то по закону Ома ток в ней
I = {U — B l x ) l R .
8
(3)
Скорость движения катушки согласно (1) определяется как частное от делевия силы F на полное механическое сопротивление Zu. Сила, движ ущ ая про­
водник в магнитном поле, равна, как известно,
F = ^B II.
(4)
Отсюда x = F l z u = B l I l z u .
Подставляя значение скорости х в (3), получаем
Решая это уравнение относительно I, имеем
I = U[{RA-B4Vz^).
(6)
Таким образом, при механических колебаниях катушки с током в магнит­
ном поле в ней возбуждается противо-э. д. с., вследствие чего в цепи катушки
электрическое сопротивление R как бы увеличивается на значение BH^Iz^, на­
зываемое вносимым электрическим сопротивлением
=
=
(7)
где /С — коэффициент злектромехаиической связи.
Вносимое сопротивление обратно пропорционально механическому сопротив­
лению. Например, если механическое сопротивление катушки равно бесконечно­
сти, то вносимое сопротивление равно нулю. Это становится понятным, если
учесть, что при бесконечно большом механическом сопротивлении катушка на­
ходится в покое, и, следовательно, в витках ее не возбуждается противо-э. д. с.
Итак, сопротивление, вносимое из механической системы в электрическую
цепь или из электрической цепи в механическую систему, отраж ает связь этих
систем и их взаимодействие. Ясно, что взаимодействие это тем больше, чем
больше коэффициент электромеханической связи К. Попытаемся глубже .выяс­
нить природу вносимого сопротивления. Д л я простоты предположим, чго меха­
ническое сопротивление чисто активно (2 м = г). Тогда (3) можно перепнсагь в
виде:
/ -= U}{R + /С»/г) = U!{R - f гвп).
(8)
Умножая обе части на 1 и преобразуя, получаем:
С //= = /» /? + /®Гвн.
(9)
Очевидно, что левая часть равенства — электрическая мощность, подводи­
мая к катушке, а в правой части равенства — член P R представляет собой мощ­
ность, затрачиваемую на нагрев проводника, и член Ргвв — часть подведенной
электрической мощности, преобразованной в механическую и затраченной в ме­
ханической системе на преодоление трения.
Если электрическое и механическое сопротивления реактивны, то в правой
части выражения (9) получим сумму величии — кажущейся электрической мощ­
ности в катушке и кажущейся электрической мощности, перешедшей в каж у­
щуюся механическую мощность.
Таким образом, вносимое сопротивление отображает ту часть подводимой
мощности, которая преобразовывается в другой ее вид.
Аналогично могут быть получены выражения для коэффициента электроме­
ханической связи и вносимого сопротивления для электростатического и пьезо­
электрического преобразователей.
g
Электростатический преобразователь состоит из неподвижной и подвижной
обкладок, находящихся на расстоянии d. При приложении к ним постоянного
напряжения По и переменного напряжения частоты и подвижная обкладка нач­
нет колебаться с той же частотой Коэффициент электромеханической связи бу­
дет
К=По/((йсО.
(10)
Д ля пьезоэлектрического преобразователя с изгибной деформацией, пред­
ставляющего собой пластинку длиной I и толщиной h, колеблющуюся при при­
ложении к ней переменного напряжения частоты (о, коэффициент электромехани­
ческой связи будет
где Ке — коэффициент пьезоэффекта.
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ В СРЕДЕ
Рассмотрим процесс возникновения и распространения колебаний в воздуш­
ной среде.
Пусть имеется бесконечно большая жесткая стенка С, в которой может пе­
редвигаться вправо и влево относительно своего положения равновесия поршень
П (рнс. 4). Пусть, например, в данный момент поршень идет вправо, толкая на­
ходящиеся перед ним частицы воздуха. Частицы, отклоняясь от своего положе­
ния равновесия, в свою очередь толкают частицы, находящиеся вправо от них,
т. е. следующие за ними и т. д. Справа от поршня образуется сгущение воздуха или область с повышенным атмосферным давлением. Толчки от одной части­
цы воздуха к другой передаются все дальше от поршня, вследствие чего вправо
от него распространяется сгущение. Пусть теперь поршень после того, как он до­
стиг своего крайнего правого положения, начал передвигаться влево. Тогда пе­
ред ним образовывается разрежение воздуха, или область с пониженным атмо­
сферным давлением. Поскольку у поверхности поршня создалась область раз­
режения, туда устремятся примыкающие к ней частицы воздуха. На том месте,
где они находились, в свою очередь образуется область разрежения, в которую
устремятся другие, примыкающие к этой области, частицы воздуха. В результате
вправо от поршня будет распространяться разрежение. Таким образом, колеба­
ния поршня периодически вызывают во внешней среде (воздухе) возмущения в
виде сгущения и разрежения, причем одному периоду колебаний (движение
поршня вперед и назад) соответствует одно сгущение и одно разрежение.
Давление р, измеренное в какой-то определенной точке среды, окружающей
поршень, изменяется в зависимости от времени по закону, подобному закону
двинсения поршня. При колебательном движении поршня давление в рассматриваемой точке сначала нарастает, становясь больше атмосферного давления ро,
а затем спадает до значения меньшего, чем атмосферное давление, и, наконец,
опять увеличивается до значения ро.
Графически процесс изменения давления во времени в данной точке среды
изображен на рис. 5, который соответствует движению поршня, совершаемому
по синусоидальному закону. Значение давления в каждый момент времени иа-
10
зывается его мгновенным значением. Давление в каждой данной точке можно
представить в виде суммы двух составляющих: постоянной, равной атмосферно­
му давлению, и накладывающейся на него переменной. Последняя обычно назы­
вается звуковым давлением Период изменения давления Т равен периоду коле­
баний поршня. Амплитуда же звукового давления пропорциональна амплитуде
колебаний поршня. Заметим, что на рис. 5 амплитуда звукового давления сильно
преувеличена по сравнению со значением атмосферного давления из-за невоз­
можности изобразить величины давлений в истинном соотношении, так как амп­
литуда звукового давления даж е самых громких звуков составляет меньше од­
ной тысячной доли от величины атмосферного давления.
ШшБШ! ;
штш '
РИС. 4. Образование звуковых волн
в среде
РИС. 5. Зависимость д а ­
вления в среде от вре­
мени
Звуковое давление, как и всякое давление, измеряется силой, действующей
на единицу площади. Поэтому в акустике за единицу звукового давления при­
нято такое давление, при котором на площадь в 1 м® действует сила, равная
1 Н. Эта единица звукового давления называется паскаль (П а). Паскаль явля­
ется удобной единицей измерения, так как в большинстве случаев значения
звукового давления изменяются от сотых долей паскаля до нескольких его еди­
ниц. Звуковое давление при средней громкости разговора составляет доли пас­
каля. Среднее атмосферное давление, соответствующее давлению ртутного стол­
ба высотой 760 мм, составляет приблизительно 10® Па.
Как и другие акустические величины, звуковое давление такж е измеряется
в действующих значениях.
Состояние среды в рассматриваемой точке можно охарактеризовать не толь­
изменением давления в ней, но и скоростью часгиц воздуха нлн смещением
относительно положения равновесия. При синусоидальных колебаниях порш­
кривые скорости или смещения частиц в зависимости от времспн имеют так­
синусоидальную форму.
На рис. 6 изображено изменение во времени скорости частиц, обычно назы­
ваемой в акустике колебательной скоростью. Колебательная скорость х в раз­
ные моменты времени имеет разные значения и знаки. Таким образом, в звуко­
вом поле каждая частица среды находится в определенной фазе колебаний.
Итак, колебания источника звука (например, поршня) вызывают в среде
сгущения и разрежения. Область, в которой наблюдаются сгущепня и разреж е­
ния, называется звуковым полем. Сгущения и разрежения распространяются в
среде с определенной скоростью, называемой скоростью распространения звука.
ко
их
ня
же
11
Ее значение зависит от характера и состояния среды. Так, скорость звука в га­
зовой среде:
Ро
(И)
где Ро — постоянное (атмосферное) давление; у — показатель адиабаты, т е
отношение теплоемкости газа при постоянном давлении к теплоемкости газа при
постоянном объеме. Это отношение для воздуха равно 1,4; р — плотность возду­
ха, равная при 0°С и 760 мм рт. ст. 1,3 кг/м®.
И
РИС. 6. Зависимость ко­
лебательной скорости в
среде от времени
РИС. 7. Зависимость звукового давления от рас­
стояния до источника
Д ля воздуха при этих условиях скорость распространения звука равна
331 м/с, а при 20° С она повышается до 344 м/с.
Скорость звука никоим образом не следует смешивать с колебательной ско­
ростью частиц среды. Колебательная скорость частиц среды в зависимости от
различных условий (например, от амплитуды, частоты колебаний источника зву­
ка) может иметь разные значения, при этом во много раз меньшие скорости
распространения звука. Процессы колебаний частиц среды и распространения
звука различны и по существу. В то время как звук при отсутствии препятстВИЙ может распространяться в среде сколь угодно далеко от источника, части­
цы среды колеблются около своего положения равновесия и поступательного
движения не имеют.
Если одновременно измерить звуковое давление в различных точках прямой
в .направлении распространения звука, то с помощью полученных значений мож-:
но построить кривую зависимости звукового давления р от расстояния г. При
синусоидальных колебаниях источника звука эта кривая имеет показанную на
рис. 7 форму, такж е близкую к синусоиде. Правда, полученная кривая будет
отличаться от идеальной синусоиды; последующие амплитуды ее уменьшаются
по мере удаления от источника в результате того, что энергия звука распреде­
ляется на все большую поверхность и поглощается .в самой среде.
Каждой точке, расположенной на кривой, соответствует своя фаза колеба­
ния. Однако можно указать некоторое число точек с равными фазами. Так, на­
пример, в точках аи а^, а» имеет место максимум звукового давления. Одной и
той же фазой характеризуются такж е колебания в точках 6 i, 62, 63. Какое же
расстояние разделяет точки с одинаковой фазой? Известно, что за один период
источник звука посылает в среду одно сгущение и одно разрежение. Рассмат­
ривая рис. 7, видим, что отрезок oiOa или 6162 равен отрезку е|в 2, т. е. отрезку,
в котором укладывается одно разрежение и одно сгущение. Так как сгущения
12
и разрежения перемещаются со скоростью звука, то за время Т, равное одному
периоду, звуковые колебания распространяются на расстояние
7\, = с Т
K = cf f .
или
(12)
Расстояние к между самыми близкими точками (например,
в которых
колебаниянаходятся в одной и той же фазе, называется длиной волны. Так, для
частот звука от 50до 10 000 Гц длины волны в воздухе изменяются
or 6,8 м
до 3,4 см.
Разность фаз между точками, разделенными расстоянием пк, равна 2лп, где
п — целое число. Разность фаз ф между точками, находящимися на расстоянии
/, может быть найдена из соотношения ф /2 я ;= /Д .
Отсюда
fp = 2 n llk = k l.
(13)
где А = 2 я А = 2 я //с = ш /с .
Величина k в акустике обычно называется волновым числом. Через псе точ­
ки, в которых колебания находятся в одной фазе, можно провести поверхность.
Эта поверхность называется волновой или фронтом волны. В зависимости от
формы, которую имеет поверхность фронта волны, различают волны сфериче­
ские, плоские и т. д. Представим себе источник звука в виде пульсирующего
шара, например резиновой оболочки, в которую попеременно нагнетается и из
которой откачивается воздух. Такой источник звука посылает в среду сгущения
и разрежения равномерно во все стороны, возбуждая сферические полны. Но на
большом расстоянии от источника отдельные участки поверхности фронта сфе­
рической волны можно считать плоскими.
Практические источники звука обычно не дают ни той ни другой формы
волны в чистом виде. При возбуждении звуковых волн энергия от источника по­
ступает в среду. Благодаря этой энергии возникают колебательные движения
частиц среды. Энергия этих колебаний может передаваться телам, помещенным
в звуковое поле. Энергию звукового поля можно характеризовать количеством
энергии, проходящей через ециищ у площади, расположенной в поле перпенди­
кулярно направлению распространения звука за единицу времени (рис. 8). Эта
величина называется интенсивностью звука и измеряется в ваттах на квадрат­
ный метр.
Для сферической волны по заданной интеисивносги иа заданном расстоя­
нии от источника легко определить мощность источника. Действительно, на рас­
стоянии г от источника соответствующая сферическая поверхность равна 4яг*.
Если через каждый квадратный метр этой поверхности проходит мощность /, то
мощность, проходящая через всю поверхность, составит 4яг*/. Эту мощность Р
должен доставить источник.
Следовательно,
Р= АлР1
или
/
Р /(4 я г®).
(14)
Интенсивность в сферической волне обратно пропорциональна квадрату рас­
стояния от источника. Но интенсивность связана со звуковым давлением в сфе­
рической волие соотношением / — р®/(рс), здесь рс — волновое или удельное
акустическое сопротивление среде, представляющее собой произведение плотно­
сти среды р на скорость звука с в ней. Д ля воздуха при 20° С и 760 мм рт. ст.
р с = 4 1 5 кг/(с-м®).
13
Учитывая это, получаем; р®/(рс) =Я/(4яг®) или
Рос
П5)
V, е. звуковое давление в сферической волне обратно пропорционально расстоя1ИЮ от источника звука. Звуковые давления pi и р2 в точках, расположенных от
источника па расстояниях ri и Гг, связаны соотношением
Pilp2=r2lri.
Д ля плоской волны ни звуковое давление, пи интен­
сивность в какой-либо точке не зависят от пололшния
точки в пространстве. Д ля плоской нолпы существуют
следующие простые соотношения между звуковым дав­
лением р, колебательной скоростью х и интенсивно­
стью I:
х = р /{ р с ), / = х р с ,
(16)
PRC. 8. Поток звуковой энергии через по- где р в х могут быть выражены либо в амплитудных,
верхность
з действующих значениях. Связь между / и р
такая же, как в сферической волне.
Эти соотношения аналогичны закону Ома и зависимости мощности от тока
в напряжения в электрической цепи с активным сопротивлением.
На практике при звуковом давлении il Па колебательная скорость согласцо (16) будет х = 1/415 = 2,4-,10~® м/с. Колебательное смещение на частотах 100,
1000 и 10000 Гц согласно (2) соответственно равно: x io o = 2 ,4 -10“ ® /(2-я-100) =
»=3,8-10“ ® м, X[ООО= 3 ,8 -1 0 -^ м, Х[о000=3,8-10“ * м. Амплитудные значения сме­
щений будут в ] / Т больше. Ускорения на этих частотах согласно (2) хю о=
■=2*я* 100-2,4 ■10“ ®= 1,5 м/с®, хюоо=15 м/с®, х = 1 5 0 м/с®, т. е. будут довольны
большими.
Та* как значения акустических .величин меняются в очень широких преде­
лах, то их удобно вы раж ать не в абсолютных значениях, а в логарифмических.
К тому же громкость звука приближенно пропорциональна логарифму акусти­
ческих величин (звукового давления, интенсивности и т. п.). Д ля вычнслепня
таких логарифмических значений (уровней) пользуются следующими зависимо­
стями.
Д ля звукового давления y v = 2 0 1 g —^—
.
Роо
Д ля интенсивности M = 1 0 lg —-— •
loo
Величины N и М измеряются в децибелах (дБ ). В качестве роо и ho
обычно принимаются значения соответственно 2-10“ ® Па и 10-^® Вт/м®, уровень
которых называется стандартным нулевым.
Положим, что следует определить уровень звукового давления 2 Па:
N = 2 0 \ § ----- ?------- = 2 0 1 g -1 0 ® = 2 0 -5 = 1 0 0 дБ.
2-10“ 5
Уровень звукового давления в 1 П а будет равен 94 дБ.
14
ИЗЛУЧЕНИЕ ЗВУ К А ПОРШНЕВЫМ ИЗЛУЧАТЕЛЕМ
Для создания звукового поля источник звука — излучатель должен разви­
вать некоторую мощность, которую ои излучает. Очевидно, что для этого к ис­
точнику должна быть подведена мощность. Предположим, что источник звука
представляет собой невесомый поршень, колеблющийся без трения в бесконечно!
стене. Если вокруг поршня создан вакуум, то ясно, что для приведения порш­
ня в колебание достаточна бесконечно малая возбуждаю щая сила и, соответстя
венио такая же мощность. Однако картина резко изменится, если поршень <яружает обычная среда. Оказывается, что при этом к поршню должна быть пре­
ложена определенная возбуждающая сила F, состоящая из активной и реак­
тивной составляющих:
F ^ F i + } F ,^ x ( r ^
+ ix ^ ),
С17)
где X — колебательная скорость поршня.
Для того чтобы выяснить роли величин Гд и хд, умножим обе части урав­
нения (17) на X. Очевидно, что в результате умножения сил на скорость мы
должны получить полную мощность в левой части и в правой части — активную
и реактивную ее составляющие:
ВА
■
(1 8 )
Полученное выражение аналогична, выражению для полной электрической
мощности в цепи с индуктивностью и активным сопротивлением: Р = Р Я + }Р (дВ к
В идеальном случае неограниченной среды активная мощность х®гд идет на
создание звукового поля в иевозбуисденных частях среды. Она теряется поршнем
необратимо и должна непрерывно пополняться. Формально, поскольку процеса
имеет необратимый характер, можно сказать, что мощность х®/-* затрачиваете*
на каком-то сопротивлении щ - Сопротивление гп называют сопротивлением из­
лучения. Таким образом, излученная источником звука мощность Р может быть
выражена как
( 1»)
Обычно среда, в которой происходит раснространепне звука, ограничена (на­
пример, поверхностями помещения, границами земной атмосферы). Казалось бы,
что после возбуждения конечного объема среды источнику больше не на что
затрачивать свою мощность, но необходимо помнить, что реальные среды обла­
дают поглощением, т. е. при распространении звука часть его энергии превра­
щается в тепло. Потери мощности имеют место такж е при отражении звука 0 1
ограничивающих объемов звукопоглощающих поверхностей. Поэтому при рас­
пространении звука в конечных объемах источник должен также доставлять
мощность для покрытия этих потерь.
Что касается реактивной мощности х®хд, то дело обстоит так, как будто
из-за наличия среды, окружающей поршень, поршень приобрел какую-то допол!
нительную массу и соответственно механическое реактивное (инерционное) со­
противление. Эта проявляющаяся при колебаниях масса, обусловленная нали­
чием среды, ыосит название соколеблющейся или присоединенной массы.
Величины Гп и хл не являются постоянными, а зависят от вида источника,
его поверхности, от соотношения между размерами источника и длиной волны
18
излучаемого звука, а такж е от удельного акустического сопротивления среды.
Полное сопротивление излучения Zn может быть выражено как
+
( 20 )
где S — поверхность источника; рс — волновое или удельное акустическое соиротивление среды; г'я, х 'я — соответственно безразмерные удельные коэффици­
енты активного и реактивного сопротивлений, отнесен­
ные к единице поверхности источника и к среде с еди­
ничным удельным акустическим сопротивлением.
Значения г'п и х'и могут быть вычислены с помо­
щью довольно сложных математических выкладок.
Результаты этих вычислений для поршня, колеблюще­
гося в бесконечной стене (рис. 9,а ), изображены гра­
фически на рис. 10,а. Здесь коэффициенты г'я и х'я
|—- выражены в зависимости от значения k a — 2 nalK—
<^2 nfa/c=(iialc, где а — радиус поршня.
li
РИС. 9. Три типа поршневых излучателей:
а — круглый поршень в бесконечной стене; б — односто­
ронний поршень без экрана; в — двусторонний поршень
без экрана
При больших и малых значениях /са, т. е. соответственно иа высоких и низ­
ких частотах, для коэффициентов г'я и х 'я получаются следующие приближен­
ные выражения:
при /га< ^1
{kaY
^R —
яри /га> 1
to®g®
8
2с®
3
to а
(21)
F r = 1; х ' я = 0 .
Коэффициент х 'я определяет реактивную часть сопротивления излучения на
низких частотах (при малых ka). Полное сопротивление этой части
Xj^ — р с 5 Хр
R— рс S
8 О) а
8
Оно обусловлено некоторой соколеблющейся или присоединенной массой 8/Зра*.
Поэтому величину Xr иногда называют инерционной частью сопротивления из­
лучения.
При колебаниях поршня не в бесконечной степе возможны два случая: одна
поверхность закрыта и не излучает (рис. 9,6), обе поверхности поршня открыть
и излучают (рис. 9,е). Во втором случае при движении поршня, например, впра­
во, он создает сгущение правой стороной и разрежение — левой. Если взять ка­
кую-либо точку среды, находящуюся в плоскости поршня, то очевидно, что сгу­
щения и разрежения доходят до нее одновременно и нейтрализуются. Следова­
тельно в плоскости поршня звуковое давление равно нулю. Возьмем теперь точ­
ку О, лежащую где-либо вне плоскости поршня. Пути колебаний (сгущения и
разрежения) до точки О от обеих сторон поршня различаются на какую-то ве­
16
личину Д/. Соответственно разность фаз ф колебаний, приходящих от обеих сто­
рон поршня, равна уже не зх, а ф = я;+ 2яД /А .
Член 2яД /Д должен быть достаточно большим, чтобы в точке О сгущения
н разрежения не нейтрализовались. На низких частотах при заданной разности
путей Д/ значение 2зхД/Д мало. Поэтому будет мало и развиваемое звуковое
жавление. Чтобы увеличить звуковое давление на низких частотах, необходимо
поршень помещать в бесконечную стену (при этом Д /= о о ) , а практически— в
вкран достаточно больших размеров.
Обычно вместо экрана применяют оформления в виде открытых с задней
•тороны ящиков, о чем подробнее будет сказано далее.
В поршне с закрытой задней поверхностью, изображенном на рис. 9,6, ней­
трализация звукового давления, создаваемого передней поверхностью поршня,
втсугствует. Однако на низких частотах звуковое давление, создаваемое таким
поршнем, меньше, чем звуковое давление, создаваемое поршнем, колеблющимся
в бесконечной сгене. Это происходит за счет того, что в первом случае энергия
излучается в окружающую среду в пределах телесного угла’ 4зх, в то время как
во втором она излучается только в пределах угла 2я. На высоких частотах ратиица будет небольшой из-за направленности излучения, о чем будет сказано
далее. Следовательно, для излучения звуков низких частот важно помещать
поршень в большой экран.
На рис. 10 кроме кривых г ' п и х'п для поршня в бесконечном экране (а)
приведены кривые г ' п и х 'п для поршня, закрытого с одной стороны (6), и кри­
вые г'п и х'п для поршня, открытого с двух сторон (о) Д ля малых значений
k a аналогично (21) значения г ' п соответственно равны:
{kaY
’'r —
4 с®
(22)
R
/
8 {kaY
27 я® “
8
27
co*q^
я®с«
\ч
1,0
0 .8
0,8
\
—
\
\
\\
0,2
—
О
J
I)
ha
5)
8)
РИС. 10. Удельное сопротивление излучения различных видов излучателей
17
Соответственно значения x ' r будут:
2
^
—
я
2йо .
k a - = - ------- ,
яс
4
Хр =
^
Зя
ka =
4й а
----Зя с
Отсюда можно получить для величины соколеблющейся массы:
=2ра®,
ruj^ —
4
(23)
Сопротивление излучения, будучи весьма малым для поршня, малого по
сравнению с длиной волны и колеблющегося в бесконечном экране, становится
еще меньше, если этот шоршень колеблется без экрана или излучает только од­
ной стороной. Таким образом, для излучения значительных мощностей поршень,
малый не еравнению с длиной волны и имеющий малое сопротивление излуче­
ния, должен иметь весьма большие колебательные скорости [см. (19)J.
Рассмотрим излучение поршня, находящегося в бесконечном экране (рис,
И ). Положим, что мы находимся в точке, расположенной па прямой, нд)шгей
под углом а к оси поршня. Если эта точка расположена достаточно далеко 01
поршня, то можно считать, что все прямые, проведенные от различных точея
поверхности поршня к ней, будут идти почти параллельно. Колебания же, рас­
пространяющиеся вдоль этих прямых, придут в эту точку с разными фазами,
Отсюда колебания от крайних точек поршня диаметром d придут в рассматриваемую точку со сдвигом фазы
d
2 n fd
ф = 2л; —— sin а =
sin а .
Л
с
При достаточно большом отношении djk колебания от разных точек ди­
афрагмы будут приходить в фазе или с небольшой разностью фаз только в на­
правлении оси или близком к ней (а мало). Поэтому в этих направлениях бу-
d /X ^lJ S
РИС. 11. Излучение поршня в
разных направлениях относи
тельн'О его оси
дет иметь место заметное изл)тение.
лебаний могут быть такими, что они
в этих направлениях излучение будет
Таким образом, излучаемая звуковая
или менее узкого телесного угла.
18
РИС. 12. Характеристика нап­
равленности при отпошении
1,7-5
В других направлениях разности фаз ко
будут пейтрализовываться. Следовательно
мало или будет совершенно отсутствовать
энергия концентрируется в пределах более
Количественно направленность излучения определяется характеристиками на­
правленности, обычно изображаемыми в полярных координатах. Характеристи­
ка направленности представляет собой графическое изображение относительной
величины звукового давления
развиваемого излучателем в данном направ­
лении, по сравнению с давлением, развиваемым излучателем в направлении осп,
в зависимости от угла, образованного осью излучателя и направлением излучевия. Так, например, измерив на рис. 12 радиус-вектор, получим, что звуковое
давление на любом расстоянии от излучателя под углом 15° к его оси состав­
ляет 0,8 значения звукового давления иа том же расстоянии по оси излучателя.
При излучении поршня без экрана характеристика направленности изображается
косинусоидой (восьмеркой при построении в полярных координатах). На рис. 13
W
>Л7 Jd<'
6Г
Ю гкоо БО'
Г2%
^90
ЭО
РИС. 13. Характеристики направленности излучения поршня в бесконечном эк­
ране при различных отношениях d/k
изображены характеристики направленности излучения поршня, по.мсщенного в
бесконечный экран для различных значений отношения диаметра поршня к дли­
не волны. Направленность излучателя может быть оценена и через так называе­
мый коэффициент концентрации — отношение мощности, излученной направлен­
ным излучателем, развивающим звуковое давление, такое же, как .и у неналравлеиного излучателя на его оси к мощности, излученной последним. Коэффициент
коицентрации для непаправлеиного излучателя равен единице, а для излучателя
с восьмерочнон (коспнусоидалыюп) характеристикой направленности — трем.
Направлениость реальных излучателей в зав'исимости от частоты описывается
более сложным образом и практически опречеляется при измерениях.
ИСКАЖЕНИЯ
Преобразование одного вида энергии в другой, в частности электрической в
акустическую, практически не происходит без искажений. Основными видами
искажений являются: амплитудно-частотные (АЧИ), фазово-частотные (Ф ЧИ),
переходные (ПИ), которые могут быть опречелены через первые два, нелиней­
ные (НИ).
Сущность АЧИ заключается в том, что преобразователь воспроизводит
электрические сигналы разной частоты иеодппаково. Например, при подведении
напряжения 1 В на частоте 100 Гц к данному преобразователю ои будет раз­
вивать на расстоянии 1 м по его оси звуковое давление 0,1 Па, а при подве­
дении напряжения 1 В, но iia частоте 1000 Гц ои будет развивать звуковое дав-
19
ление 0,2 Па. Амплитудно-частотные искажения легко определяются по ампли
тудно-частотной (АЧХ) или чаще для краткости называемой ч ас то то й харак­
теристике, где по оси абсцисс откладывается (как правило, в логарифмическок
масштабе) частота, а по оси ординат такж е в логарифмическом масштабе (а
децибелах) развиваемое звуковое давление в определенной точке пространства я
при заданном режиме подведения напряжения к преобразователю, например пря
неизменном напряжении на всех частотах. Бланки АЧХ стандартизованы ГОСТ
дБ /25 /63
/315
/125
ттт
I
'
/1250
/530
/3150
irrTTI—Г ГТТТ----
ТТ1
I
/6300
Г500
---------------------- Г -П -----------------
25
л
/
20
'л /
15
10
L
JJ_L
W
50
i-l.
1.
100
Ш 500
2000
WOO
3000 ШО 5000
fOODO 200000
РИС. 14. Частотная характеристика акустической системы 35АС-1, изображенная на стандартном бланке АЧХ
16122—78 (рис. 14) и стандартом МЭК (рис. 15). Мерой АЧХ является ее не­
равномерность. Так, представленная на рис. 14 осевая АЧХ имеет неравномер­
ность 15 дБ в диапазоне 40—20 000 Гц. Причинами АЧИ являются частотные
зависимости сопротивления излучения и механических сопротивлений элементов
преобразователя и их комбинаций, а такж е зависимость от частоты электриче­
ского входного сопротивления преобразователя.
50^
йЬ
А5
60
60
75
53
30
03
20
30
20
10
В.
'20
10
50
100
200
500
то
2000
РИС. 15. Бланк АЧХ, стандартизованный МЭК
20
5000
10000 20000
Сущность ФЧИ заключается в том, что сдвиг фазы между подводимым
электрическим напряжением и развиваемым преобразователем звуковым давле­
нием отличен от равномерно растущего с частотой сдвига фаз звукового дав­
ления между двумя точками поля, находящимися на разных расстояниях от ес­
тественного источника. Действительно, как следует из (13), сдвиг фазы пропор­
ционален частоте и расстоянию от источника. Нарушение этой зависимости в
преобразователях при излучении ими звука обусловливается, по существу, теми
же причинами, которые имеют место при АЧИ.
Переходные искажения заключаются в том, что при подведении к преобра­
зователю переменного напряжения излучаемое им звуковое давление не сразу
достигает постоянного значения, а нарастает постепенно и не сразу спадает до
нуля при выключении подводимого напряжения. Причины переходных искаже­
ний— инерция и упругость элементов преобразователя ПИ. Переходные искаже­
ния и ФЧИ отечественныхми стандартами не нормируются.
Нелинейные искажения проявляются в том, что при подведении к преобра­
зователю напряжения одной или нескольких частот в излучаемом им звуке кро­
ме составляющих этих частот появляются еще и другие. Эти частоты могут
быть кратными подводимым частотам (гармоники), или в целое число ,ра.) мень­
ше их (унтертоны или субгармоникн), или являться суммой или разностью
подводимых частот. В последнем случае говорят об иптермодуляционных иска­
жениях. Причинами НИ является то, что смещения, скорости, ускорения элемен­
тов преобразователя под воздействием приложенных к ним сил стаиовягся не­
пропорциональными приложенным силам, что вызывается их нелинейной зави­
симостью. По своей величине НИ оцениваются, во-первых, суммарным коэффи­
циентом гармоник
1
k = -
р \- \- р \- \ - • • •
.
(24)
Pi
где Pi — звуковое давление на частоте подводимого напряжения; рг, рз — звуко­
вые давления в излученном звуке на частотах 2 /ь 3/i и т. д.
Кроме суммарного коэффициента гармоник часто ИИ оцениваются характе­
ристическим коэффициентом гармоник, который отличается от суммарншо ко­
эффициента гармоник тем, что в (24) значение pi заменяется рср [см. (25)].
Другим видом оценки НИ являются коэффициенты интермодуляционных
искажений, определяемые при подведении к преобразователю частот fi п /г как
^ИМ 2 =
( F /2 -f 1 +
kyOA S =
( P j2-2fl +
% + f l ) / P f2,
Pf2-\-2f\)/ Pf2,
где p /2 — звуковое давление на частоте /г; Pfz-fi, Pfz+fi, p iz -z a , pjz+ zji— соот­
ветственно звуковые давления на частотах, указанных в индексах.
Общий коэффициент интермодуляционных искажений
*им — \/~ *им2 + *имЗ •
Следует заметить, что наибольшего значения НИ достигают при увеличении под­
водимой к преобразователю мощности до предельно допустимой.
Близким ИИ видом искажений являются дребезжание и призвуки. И те и
другие хорошо ощущаются при подведении к преобразователю синусоидального
напряжения постепенно изменяющейся частоты.
21
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И НОРМЫ
Акустическая система (АС) любого типа характеризуется по­
казателями, определяющими эффективность и качество ее рабо­
ты. Важнейшие из них: чувствительность (отдача), диапазон вос­
производимых частот и неравномерность АЧХ в этом диапазоне,
номинальная мощность и соответствующий ей коэффициент НИ,
паспортная мощность, форма характеристики направлевдюсти,
входное сопротивление.
Чувствительность А С — звуковое давление, развиваемое АС в
некоторой определенной точ'ке (обычно на расстоянии 1 м по ее
оси) яри подведении к ее заж им ам напряжения в 1 В. Опреде­
ляемая таким образом чувствительность удобна для суждения о
поведении одной и той ж е АС на различных частотах или, иным!
словами, для построения АЧХ чувствительности АС.
И з определения чувствительности ясно. Что частотные харак­
теристики АС следует снимать в режиме постоянного напряжения,
подводимого к их заж им ам . Однако, если понятие чувствительно­
сти удобно для оценки указанной неравномерности, то оно со­
вершенно неприемлемо при сравнении АС, имеющих разное элек­
трическое сопротивление, так как при подведении равного напря­
жения разные АС потребляют разную мощность.
Более удобная характеристика — стандартное звуковое давле­
ние ( С З Д ), под которым подразумевается звуковое давление, раз­
виваемое АС при подведении к ней электрической мощности
0,1 Вт в точке на расстоянии 1 м и расположенной по ее оси.
Подводимое при этом к АС напряжение будет [/ = ]/ 0,1/?, где
jR —’Номинальное электрическое сопротивление. При такой харак­
теристике разные АС сравниваются при одном и том ж е значении
потребляемой мощности. Международной электротехнической ко­
миссией (МЭК) стандартизовано понятие характеристической чув­
ствительности (ХЧ), которая отличается от С З Д лишь тем, что
к АС подводится электрическая мощность не 0,1 Вт, а 1 Вт и со­
ответственно напряжение
Отсюда ХЧ больше С З Д в
У 10 = 3,16 раза, поскольку звуковое давление пропорционально
корню квадратному из мощности.
Помимо этих величин за рубежом часто применяют так назы­
ваемый «уровень характеристической чувствительности», который
представляет собой уровень ХЧ относительно стандартно 1го нуле­
вого уровня звукового давления 2-10“^ Па. Пусть, например, СЗД
данной АС составляет 0,2 Па. Тогда его ХЧ будет 0 ,2 x 3 ,1 6 =
= 0,632 П а,
а
уровень
ХЧ
20 I g - ^ ^ = 20 Ig 0,316-10^ =
= 201g3,16-10^ = 2 0 -4 ,5 = 9 0 дБ.
К ак уже говорилось, для построения частотной характеристи­
ки откладывают либо значение С З Д , либо ЧХ в логарифмиче­
ском масштабе. По этой характеристике легко определить нерав­
номерность характеристики в заданном (номинальном) диапазо­
22
не частот. Численно она равна разности уровней, соответствую­
щих максимальной и минимальной чувствительности. Так, нерав­
номерность частотной характеристики, изображенной на рис. 14,
составляет И дБ . По частотной характеристике определяют т а к ­
же среднее С З Д в номинальном диапазоне
Рср —
Г 7 ! + ^ + - + р ';
п
(25)
рп — С З Д на частотах fi, /2 ........ fn, входящих в диа­
где ри р2 ,
пазон воспроизводимых частот; п — число частот, которые выби­
раются равномерно в логарифмическом масштабе.
Значение НИ тесно связано с номинальной мощностью, под ко­
торой понимается такое значение подводимой мощности, при ко­
тором НИ не превышают заданного значения.
Таблица
1
Норма по группам слож ности
П араметр
1
. Диапазон
2.
3.
4
.
5.
6.
воспроизводимых 31,5—20000
частот, 1 д, не уже
(25-25000)
Отклонение частотных ха­
рактеристик звукового дав­
ления, усредненных в октав­
ных полосах, между любы­
ми двумя акустическими си­
стемами конкретного типа,
дБ, не более
3 (2 )
Среднее звуковое давление
при номинальной электриче­
ской мощности, ИА (дБ ),
не менее в диапазоне ча­
стот:
100—8000 Гц
1(94)
200—4000 Гц
Суммарный характеристиче­
ский коэффициент гармоник
при электрической мощно­
сти, соотвегствующей сред­
нему звуковому давлению аа
4 дК ниже указанного в ц. 3
таблицы значения, %, не бо­
лее в диапазонах частот;
2&0—1000 Гц
2
1006—2000 Гц
2 (1,5)
2000—6300 Гц
1
Электрическое
сопротивле­
ние:
номинальное значение, Ом
допускаемое отклонение ми­
нимального значения моду­
ля полного электрического
сопротивления от номиналь­
ного значения, %, не более
Масса, кг, не более
80(63)
I
50— 16000
(40-16000)
100—8000
80 -12500
(63 -1250Г)
(^)
©,8(92)
1(94)
0 .63(90)
2
2 (1 .5 )
4 (3)
3 (2 .5 )
2
1
4
или
5(4)
4(3)
3
8
20
25(20)
16(12,5)
6 ,3 (5 )
23
Требования к направленности обычно заключаются в том, что
частотные характеристики, снятые под определенным углом к оси
АС и совмещенные с частотной характеристикой, снятой на оси,
не отклонялись бы от последней во всем диапазоне более, чем на
заданное число децибел.
^
Уровень-^среднего
зоркоМо давления,
дБ _________
л
РроВень среднего
здунового давлений
дБ _________
1
1
#1-4.
ча §
И " '
4-
I
1
_ i_ J
L
Ff 50 100
а)
8000 Fz
Частота, Гц
I
//
Гг Рг
fi
5)
Частота, Гц
РИС. 16. Поля допусков частотной характеристики звукового давления АС:
а — высшей (0) группы слолшости; б — 1, 2 и 3 групп сложности
Входное электрическое сопротивление АС такж е нормируется.
Нормы на все указанные параметры АС в настоящее время
стандартизованы отечественными ГОСТ 23262—83 и стандартом
МЭК. Эти нормы приведены, в табл. 1. К таблице могут быть сде­
ланы следующие замечания. Частотные характеристики АС долж ­
ны укладываться в поле допусков, изображенное на рис. 16,а и
16,6. Рисунок 16,а справедлив для АС высшей (0) группы слож­
ности. Д л я этих АС допустимое отклонение частотной характе­
ристики от уровня С З Д не должно превышать ± 4 д Б , на часто­
тах 50 Гц и
допускается спад частотной характеристики от
уровня С З Д до 8 дБ. В диапазоне частот F\ — 50 Гц спад ча­
стотной характеристики устанавливается в ТУ на АС.
Рисунок 16,6 справедлив для АС 1, 2 и 3 групп сложности.
Допустимое отклонение частотной характеристики от уровня
среднего С З Д {N ) не должно превышать ± 4 дБ для 1 группы
сложности и ± 6 дБ для 2 и 3 групп сложности. Частота fi вы­
бирается равной 100 Гц для 1 и 2 групп сложности и 200 Гц —
для 3 группы. Частота /2 выбирается равной 8000 Гц для 1 и 2
групп сложности и 4000 Гц — д л я 3 группы {F i и F 2 — граничные
частоты диапазона воспроизводимых частот, на которых уровень
звукового давления АС на 8 д Б ниже уровня С З Д в диапазоне
h-h).
Номинальную электрическую мощность АС следует выбирать
из ряда: 3, 6, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100 Вт. Частотные характери­
стики АС, снятые под углами ± (20°—30°) к оси в 'горизонтальной
плоскости и ± (5°— 10°) в вертикальной, не должны отличаться
от частотной характеристики, снятой на оси больше, чем на
± 4 дБ.
Требования МЭК « системам высокой верности {H i — F i) в ос­
новном совпадают с требованиями к группе 1, перечисленными
в табл. 1. Требованиям отечественного стандарта должны удов­
24
летворять AC всех видов, основными из которых являются откры­
тые, закрытые, с фазоинвертором и с пассивным излучателем О д­
нако для систем высокой верности применяются только послед­
ние три вида. Их раопространение (в процентах от числа типов)
в разных странах иллюстрирует табл. 2.
Таблица
2
Страна
США
Страны Западной Евро-
Закры ты е
системы,
%
АС с ф азоин­ АС с пассии
ным излуча
вертором,
телем,
%
42,7
60,8
32,4
31,7
8 ,6
6 .5
16,3
1.0
27,9
62.3
9 .8
—
вв
Япония
Д ругие
системы.
Заметим, что воспроизведение столь широких частотных диа­
пазонов, какие указаны в табл. 1, с помощью одною преобразо­
вателя (головки) затруднительно. Поэтому большая часть АС име­
ет головки, предназначенные для воспроизведения различных у ч а ­
стков диапазона: низкочастотного (Н Ч ), средиечастогиого (С Ч ),
высокочастотного (ВЧ).
ГОЛОВКИ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ
Непременная часть любой АС — возбуждаю щ ая ее одна или
несколько головок громкоговорителей. Головки преобразуют под­
водимую к ним электрическую энергию сигнала — музыку и речь —
в энергию колебаний их подвижных систем и далее в излучаемый
звук. Головки громкоговорителей могут различаться по способу
преобразования энергии и по способу их связи с окружающей
средой, которую они возбуждают.
В настоящее время известны следующие способы преобразо­
вания энергии: электродинамический, электромагнитный, электро­
статический, .пьезоэлектрический.
Наиболее распространен электродинамический способ. Ои ис
пользуется в таких конструктивных разновидностях: а) диффузорный, б) с куполообразной диафрагмой, в) изодииамический,
г) ленточный. Существенно реже применяют электростатический
и пьезоэлектрический способы. Только отдельные образцы немно­
гих зарубежных фирм используют ионный способ. Устарел и прак­
тически не используется элекгромагиитпый способ.
По способу связи со средой применяются конструкции: пря­
мого излучения, где подвижный орган (диафрагма, диффузор) из­
лучает непосредственно в среду, и рупорные, где диаф рагм а из­
лучает в среду через рупор.
25
Н аибольшее ярименение в бытовых АС имеют головки пря­
мого излучения. Рупорные же головки используются значительно
реже, главным образом для воспроизведения высокочастотной ча­
сти звукового диапазона (высокочастотные головки). Пример наи­
более распространенной конструкции электродинамической голов­
ки приведен на рис. 17.
В кольцевом воздушном зазоре магнитной цепи, состоящей и
постоянного магнита 1 и магнитопровода 2— 4, в радиальном на­
правлении проходит постоянный магнитный поток. В этом зазо­
ре помещается звуковая катуш ка 5, к которой подводится пере­
менное напряжение звукового сигнала. Ток, проходя через катуш­
ку, взаимодействует с постоянным маг­
нитным потоком, благодаря чему воз­
никает сила, приводящая в колебание
катушку и скрепленную с ней диафраг­
му (диффузор) 6. Диффузор, обычно
бумажный, представляет собой конус,
имеющий в основании окружность или
эллипс и прямую или криволинейную
образуюпзую. По внешнему краю диф­
фузор имеет гофрированный подвес 9.
Назначение подвеса — создать диффу­
зору возможность колебаться поршнеобразпо в более широком диапазоне
частот. У вершины диффузор, а вместе
с ним звуковая катушка удерживают­
ся в коаксиальном относительно зазо­
РИС. 17. Электродинамиче­
ра магнитной цепи положении с помо­
ская головка прямого излу­
щью центрирующей шайбы 8. Эта шай­
чения
ба большей частью такж е гофрирован­
ная, охватывает по внутреннему контуру вершину диффузора и
звуковую катушку, а по внешнему — крепится к специальному коль­
цу. У вершины диффузора к нему прикреплен пылезащитный кол­
пачок.
Магниты изготавливают из материалов с большой магнитной
энергией. В С С СР в настоящее время в основном используются
четыре вида материалов. Это прессованный феррит бария марки
2БА для изготовления прессованных кольцевых магнитов. В по­
следнее -время начали выпускать, хотя и в незначительном объеме,
прессованные магниты из м атериала 3.2БА. М аксимальная удель­
ная матнитная энергия 3.2БА в 1,6 раза больше, чем у 2БА, что
д ает возможность при равном объеме магнита получать индукцию
в зазоре примерно в 1,25 раза большую или же иметь магнит в
1,6 раза меньшего объема.
Д л я литых магнитов применяют сплавы
Ю Н Д К -24 и
Ю НДК-25БА. И з первого, имеющего максимальную удельную маг­
нитную энергию, в 2 раза большую, чем у 2БА, отливают маг­
ниты либо в форме колец (полых цилиндров), либо в форме ци­
линдров, используемых конструктивно как керны. Иногда эти
26
керны отливают с суженной в форме груши верхней частью для
уменьшения утечки магнитного потока. Магниты льют (только
•керновые) такж е из сплава Ю Н Д К -25БА с максим а льиой удель­
ной магнитной энергией, в 3 раза большей, чем у 2БА. Экономи­
чески выгоднее прессованные магниты, несмотря на то что они
имеют меньшую удельную магнитную энергию. Кроме того, в них
1Не входят дефицитные материалы. Но поскольку они составляют
■внешнюю часть магнитной системы, то вокруг громкоговорителей,
частью которых они являются, наблюдается заметный поток р ас­
сеяния, что Нежелательно, если не предусматривать специальных
мер при применении этих громкоговорителей в телевизорах, где
этот поток утечки искаж ает «картину», в радиоприемниках с м аг­
нитной антенной, где он изменяет настройку, и в магнитофонах,
где ;при близком расположении от магнитной ленты он «аашумливает» фонограмму. Эти соображения следует иметь в виду при
выборе громкоговорителя для того или иного применении. Д е ­
тали магнито'провода (фланцы, керп, если он не является магни­
том, полюсный наконечник) делают из матнитохмигкого материала
для уменьшения сопротивления магнитному потоку, например из
малоуглеродистых сталей СТ-3 и СТ-10.
Звуковые катушки изготавливают из медного провода марки
ПЭЛ. Витки катушки скрепляют между собой и каркасохМ (обыч­
но из кабельной бумаги) клеем. Редко для звуковых катушек вы­
сокочастотных головок для уменьшения массы применяют алю ­
миниевый провод.
Диффузор — важнейш ая часть головки. Его форма и материал
оказывают важное влияние на характеристики головки. В насто­
ящее время наиболее часто для его изготовления используют суль­
фатную 'ИЛИ сульфитную целлюлозу, в некоторых случаях с опре­
деленными добавками. Диффузоры изготавливают методом лнгья
(осаждения) водной суспензии размолотых волокон целлюлозы на
сетку, имеющую форму диффузора. После просушивания диф фу­
зоры подвергают уплотнению путем их прессования. В более де­
шевых головках вместе с диффузором отливают* и подвес, конст­
руктивно являющийся его частью, но имеющий меньшую тол­
щину. В более дорогих головках подвес изгота'вливают из спе­
циальных сортов резины или латекса.
Конструкции различных днффузорных электродинамических го­
ловок имеют лишь некоторые конструктивные различия.
Конструкции рупорных головок показаны па рис. 18, а кон­
струкция головки с куполообразной диафрагмой — на рис. 19.
Головка с куполообразной диафрагмой отличается от диффузорной тем, что диафрагм а ее имеет форму купола, что делает ее
более жесткой и более приспособленной для излучения высших
4actOT диапазона. Головки с куполообразной диафрагмой имеют
более широкую диаграмму направленности, что очень важно для
среднечастотных и .высокочастотных головок.
Пример конструкции ленточной головки приведен на рис. 20.
Здесь между полюсными наконечниками /— 1 магнитной системы
П
укреплена тонкая, толщиной в несколько микрометров, гофриро­
ванная (обычно алюминиевая) лента 2, к которой подводится че­
рез трансформатор напряжение звукового сигнала. Б лагодаря вза­
имодействию тока в лепте и магнитного потока между полюсными
наконечниками лента колеблется. Она совмещает в себе функции
РИС. 18. Внешний вид рупорных головок;
а — секционированный рупор; б — рупор с акустической линзой; в — комбини­
рованная система — рупорная головка совмещена с низкочастотной электроди­
намической головкой прямого излучения
диафрагмы и проводника с током. Лен точные головки такж е при­
меняются -в основном как высокочастотные.
Пример конструкции изодинамической головки приведен на
рис. 21. Она состоит из магнитной системы и диафрагмы. Ориги­
нальная магнитная система, в свою очередь, состоит из двух дис­
кообразных магнитов, например из феррита бария, намагниченных
,2
1
РИС. 19. Устройство головки с куполообразной диафрагмой:
I — д и аф р агм а; 2 — зву ко вая катуш ка; 3 — м агнитная цепь
таким образом, что каждый из них имеет три пары полюсов. Ска­
жем, центральная часть, ограниченная окружностью, имеет поляр­
ность N, следующая кольцевая 5 и наруж ная кольцевая N. Та­
ким образо.м, по -поверхности магнита проходят два радиальных
магнитных потока. Так ж е намагничен второй магнит. Магниты
во всей своей плоскости перфорированы, для того чтобы обес­
печить проход звука через отверстия при колебаниях диафрагмы
из синтетической пленки, натянутой между магнита-ми на равных
расстояниях от поверхности каждого из них. П а пленку нанесен
проводник в виде спирали. Б том месте, где встречаю!ся проти28
воположио направленные потоки (окружность, проходящая через
точку А на рис. 21), витки опирали начинают идти в обратном на­
правлении. Таким образом, сохраняется одно и ю ж е взаиморас­
положение магнитного поля и электрического тока. Благодаря то­
му, что диафрагма такой головки возбуждается по всей поверхно­
сти, она очень эффективна, имеет весьма равномерную частотную
характеристику. Однако конструкция изодииамических головок
довольно сложна, и они редко применяются в практических кон­
струкциях бытовых АС.
у:
ш
С
N
rv v v v v ^
и
РИС. 20. У*стройство ленточной
головки
РИС. 21. Устройство
пзодинамической
го­
ловки
ГИС. 22. Устройство
элек тростатической
головки
Принцип действия электростатических голо 1ВОк (цпс. 22) з а ­
ключается в ТОМ, ЧТО между двумя перфорированными пластин­
ками 2 — неподвижными электродами, располагается подвижный
электрод 1 обычно в виде металлизированной пленки. Н а подвиж­
ный электрод подаются переменное напряжение o r источника то­
ков звуковой частоты и постоянное поляризующее напряжение, в
несколько раз большее переменного, что необходимо как для по­
вышения чувствительности, так и для уменьшения специфических
для электростатического способа преобразования нелинейных ис­
кажений по второй гармонике. В -зависимости от мгновенной по­
лярности по переменному напряжению подвижный электрод при­
тягивается то к одному, то к другому неподвижному электроду.
Получаемые таким образом колебания через перфорации непод­
вижных электродов возбуждают окружающую воздушную среду.
Электростатические головки большей частью выполняют как си­
стемы, непосредственно излучающие в среду. Значительно реже
применяют электростатичеокие рупорные головки. Д л я излучения
29
достаточной акустической мощности необходимо, чтобы амплиту­
да колебаний подвижного электрода, особенно па низких часто­
тах, была достаточно больщой. Но для этого необходимо, чтоби
был достаточно велик зазор между подвижным и неподвижныи
электродами. Отсюда следует, что электростатическая головка ма­
лых размеров годится только для воспроизведения высоких ча*
стот. Д л я перекрытия широкого диапазона частот целесообразно
применять многополосиые головки, т. е. совокупность головок,
каж д ая из которых воспроизводит только часть диапазона частот.
Поэтому для воспроизведения низких частот и всего диапазона
в целом электростатические головки должны иметь большие пло­
щади, хотя толщина конструкции может быть сравнительно не­
большой.
Преимущества электростатических преобразователей с о с т о и т е
том, что они возбуждаются по всей поверхности подвижного электрода* благодаря чему все его точки колеблются синфазио, и он
излучает всей поверхностью, что особенно важно при излученин
высоких частот. Поэтому частотная характеристика электроста­
тических преобразователей является весьма протяженной в сторону высоких частот по сравнению с преобразователями, построеннЫхМ'и на других видах преобразования. Недостатками электроста­
тических головок являются прежде всего, как уже упоминалось,
специфические для них виды нелинейных искажений во второй
гармонике, возникающие из-за того, что сила электростатического
притяжения пропорциональна пе приложенному к электродам на­
пряжению, а его квадрату. Эти искажения значительно уменьша­
ются при применении напряжения поляризации и использовании
изображенной выше диффе-ренциальной конструкции. По диффе­
ренциальная конструкция дает необходимый эффект только при
высокой степени симметрии расположения подвижного электрода
между неподвижными. Д ол ж н а соблюдаться и электрическая сим­
метрия, т, е. равенство подаваемых на оба неподвижных электро­
да напряжений.
Не всегда удобно и то, что электростатические головки для
воспроизведения широкого частотного диапазона должны иметь
большую излучающую поверхность. Эго, кроме конструктивны!
неудобств, приводит к тому, что характеристика иаправле-ииостн
такой головки зависит от частоты, сильно обостряясь с ее повы­
шением. Это можно устранить, составляя голо>вку из отдельны!
сравнительно узких панелей, располагаемых в горизонтальной пло­
скости (например, по дуге окружности). Существенный недоста­
ток электростатических головок состоит также в том, что они
являются для питающих их усилителей емкостной нагрузкой, со­
противление которой l/(toC) падает с частотой, и требуют допол­
нительного источника высокого напряжения. Все это усложняет
построение усилителя.
Поэтому электростатические головки в настоящее .время распространены сравнительно мало, хотя их вьшуск в зарубежны!
странах я растет. Наибольщее распространение электростатиче­
30
ские головки получили там в качестве высокочастотных элементов
многополосных систем.
Появившиеся в последние годы (электростатические)
электретные преобразователи имеют то преимущество, что здесь ист
необходимости в источнике поляризующего напряжения, посколь­
ку электроды несут на себе постоянный и довольно стабильный
во времени электрический заряд.
Одним из других способов преобразования, применяемых о г о ­
ловках, является пьезоэлектрический, ставший более используе­
мым благодаря появлению эффективных пьезоэлектрических пле­
нок. Здесь также не требуется напряжения поляризации. В ос­
тальном же и электретныс, и пьезоэлектрические преобразова гели
обладают в принципе теми ж е свойствами, что и электростатиче­
ские. Следует упомянуть и о том, что бытовые электростатические,
электретиые и пьезоэлектрические АС являются двусторонними
излучателями, т. е. имеют восьмерочпую характеристику ианранленности. Поэтому их рекомендуется не располагать у степ поме­
щения, а устанавливать где-то посередине его.
Рассмотрев принципы устройства головок разных видов пре­
образования энергии, остановимся несколько подробнее па наи­
более распространенном виде — электродинамическом. П одвижная
система этого преобразователя, в особенности на низших часто­
тах, может считаться простой колебательной системой, имеющей
три основных параметра — массу то , гибкость Го и акгишюс ме­
ханическое сопротивление Го. Рассчитаем С З Д такой головки ди а­
метром d со звуковой катушкой с длиной проводника I, находя­
щейся в воздушном зазоре, где имеет место индукция В . Ттк как
СЗД определяется для мощности 0,1 Вт, то соответствующее этой
мощности электрическое напряжение, исходя из соотношении 0,1 =
будет и = У 0,1 Д. Используя это соотношение и применяя
выражения (15), (19), (4) и (6) и полагая г = 1 м, получаем
AOnR
Pci
Здесь К — коэффициент концентрации введен под радикал, чтобы
учесть, что излучение может быть направленным. Д а л ее можно
написать
jga /2
z „ 4— —
Q2 /2
= Го 4 -------—
+
j
(со Ш о — So/co) = (ОоШо
ro + B 4 V R ] ^
Wo щ
+
со
СОо ^
СОо
W
/.
называют доброти..сг,ло
Физически эта величина характеризует, насколько быстро затухаS1
ют колебания в возбужденной колебательной системе. Используя
это обозначение и беря модуль выражения
+
получаем
г
рс
к
IPcrl
Значения Гц и К зависят от того, излучает ли головка в обе сто*
роны или односторонне.
Если головка излучает в обе стороны, используя (20) и (22]|
и учитывая, что при этом К = 3 , получаем после несложных пре­
образований
1
Р
с
т
=
л У90
р 'а®
с
(\ -« оУ /
(О
V «о
В®/а
------- --- ------------ ----------------------
т„
^
соо
(О
Соответственно для одностороннего (ненаправленного) излучения
( / ( = 1 ) , используя такж е (2()) и (22), получаем
д а /2
=
1/40
(26)
mо
V
О"
\ «о
О) у
Анализ этих формул приводит к следующим выводам: форма
частотной характеристики двустороннего излучателя зависит от
добротности. Если Q c V z + l / ' 3= 1 ,9 3 , то частотная характери­
стика имеет вид, показанный на рис. 23 (кривая 1), т, е. монотон­
но возрастает теоретически до бесконечности. Однако практиче­
ски такой ход будет иметь место только до верхней границы /гр
поршневого диапазона, которая определяется соотношением
/,p = l,4 c /(n d )
(27)
или, учитывая, 'что скорость звука в нормальных условиях 343 м/с;
/гр=154/с1 (где d, м). Д л я эллиптических головок вместо диамет­
ра d надо подставлять У did 2 , где di и ^2 соответственно значе­
ния большой и малой осей эллипса.
И ная картина будет, если Q > 1 ,9 3 . Ход частотной характери­
стики в этом случае изображен кривой 2 па рис. 23. Как видно,
здесь будет иметь место пик и провал. Разность из уровней бу­
дет тем больше, чем больше добротность. Эта зависимость пред­
ставлена графически кривой N па рис. 24. Там же изображено
отношение соц/шо частоты пика coi к резонансной частоте (оо в за­
висим о*сти от добротности и отношение частоты провала т к ре­
зонансной частоте сооПри ненаправленном излучении (о>(0о (26), т. е. когда коле­
бательная система управляется массой, стандартное звуковое дав­
32
ление становится частотно-независимым. Однако ход часготпон
характеристики стандартного звукового давления в околорсзоиаис•ной области сильно зависит от добротности (рис. 25). При Q = 1
эта характеристика имеет наиболее равномерный ход. При Q > 1
на ней появляется пик тем более высокий, чем больше добро i^1.1
Ц
0)2 1^0
-11
Н
—
1Л - 8
—
а -4
\
ю -0 РИС. 23. Частотные характеристики
электродинамической головки с дву­
сторонним излучением
/
к
/
ч .
8
Q
РИС. 24. Разности уровней ника и
провала и отношение их час ю г к
резонансной частоте в зависимости от
добротности
ность. Чаще всего в литературе рекомендуется Q = 0,707, на резо­
нансной частоте при этом имеет место спад 3 дБ, при Q = 0,5 спад
равен 6 дБ. При Q :^ 0 ,5 колебательная система стаповигся апери­
одической, т. е. неспособной к свободным колебаниям при ее воз­
буждении.
Z
(О /О ) о
РИС. 25. Частотные характери­
стики закрытой АС с различной
добротностью
РИС. 26. Частотные характеристи­
ки модуля полного электрнческо.
го сопротивления электродинами­
ческой головки
Кроме величины С З Д и частотной характеристики электроди
намичеокой головки существенный интерес представляет такж е ее
электрическое сопротивление и его зависимость от частоты — частотная характеристика модуля полного электрического сопротив­
33
ления головки, часто называемого Z-характеристикой. Обы<чны
вид такой характеристики представлен на рис. 26. Ее ход объяс­
няется следующи-м образом. Н а самых низших частотах полное
электрическое сопротивление почти, не отличается от сопротивлеиия звуковой катуш'ки постоянному току. По мере повышения ча­
стоты и ее приближения к резонансной частоте полное сопротив­
ление увеличивается за счет прибавления вносимого сопротивле­
ния [СхМ. (17)] и достигает максимума на частоте резонанса, по­
скольку на ней механическое сопротивление минимально.
Действительно,
ВЧ*
r e - f /(ш то— So/<o)
Величина- {ОоШо
= /?
B*1*IR
U
o)g
носит название электрической добротности Q,
BH^jR
величина 0 о^о/го — механической добротности Qm. Эти величин
связаны с полной добротностью Q подвижной системы соотноше­
нием; 1i/Q=1/Q3+1/Qm.
Используя эти соотношения, имеем
z
= r {\+
*
(О
СОл
(On
CD
Модуль этого выражения
lZ l =
Т)5ычно Qm довольно велико, а Q» — мало. Отсюда на резонан­
се, где о) = (0 о, величина Zcoo^R- Д ал ее полное сопротивление опа­
дает почти до сопротивления постоянному току. По мере даль­
нейшего повышения 'частоты полное электрическое сопротивление'
растет за счет того, что начинает проявляться индуктивное со­
противление звуковой катушки. К ак будет видно дальше, харакгеристика электрического сопротивления оказывается полезной
д л я анализа работы головки.
ОТКРЫТОЕ АКУСТИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ
Открытым акустическим оформлением головки называется та­
кое ее оформление, при котором задняя сторона звукоизлучающей
поверхности диффузора головки не изолирована а-кустически от
передней. В качестве. открытого оформления применяется либо
34
плоский экран (щит), либо ящик, обычно имеющий форму п а р а л ­
лелепипеда, с перфорированной задней стенкой.
Открытое акустическое оформление наиболее распространено
•как в нашей стране, так и за рубежом. Оно используется в теле­
визорах, переносных радиоприемниках всех классов, кассетных
магнитофонах, абонентских громкоговорителях, а также в боль­
шей части катушечных магнитофонов, стационарных радиоприем­
ников и электрофонов. Можно сказать, что за исклкшеиием высо­
кокачественной звуковоспроизводящей радиоаппаратуры с вынос­
ными АС, вся остальная бытовая звуковоспроизво ;,и1цая ап п ара­
тура имеет открытое акустическое оформление.
Достоинство открытых АС — простота и, кроме того, в них ие
имеет места повышение резонансной частоты по сравнению с р е ­
зонансной частотой применяемой головки, а П1)ш т, 11пиалы 10 в о з­
можно и понижение этой частоты, что выгодно отличает откры­
тую АС, например, от закрытой. Недостаток открытой системы —■
сравнительно большие размеры этого оформления, когда требу­
ется воспроизведение низших частот звукового тпапазопа.
Наиболее простой вид открытого оформления — плоский экран.
Д аж е при сравнительно небольших его размерах воспроизведение
низких частот значительно улучшается. Вместе с тем в области
средних и особенно пысоких частот экран уж е не оказы вает су­
щественного влияния. Конструктивно экран рекомендуется вы­
полнять в виде толстой доски или фанеры толщиной 10—20 мМ',
в которой вырезано отверстие по периметру днффузо'родержателя
головки, куда вставляется голоека. Экран выполняется квадрат­
ной или прямоугольной формы. Соотношения сторон прямоуголь­
ного экрана могут колебаться в довольно широких пределах. П ред­
почтительное отношение сторон прямоуголыюги Экрана в преде­
лах от 2 : 1 до 3 : 1.
Размещать головку рекомендуется в центре прямоугольного
экрана. Смещение от центра уменьшает звуковое давление АС и
ухудшает ее частотную характеристику. Д л я квадратшлх экранов
некоторое смещение места установки головки улучшает частот­
ную характеристику, поскольку при симметричном креплении го­
ловки на частотной характеристике появляется глубокий провал
в области средних частот. На рис. 27 показана фор'ма частотной
характеристики при смещении головки.от центра.
На рис. 28 приведена конструкция стандартного акустическо­
го экрана, предусмотренная ГОСТ 16122—78 «Громкоговорители.
Методы электроакустических испытаний и измерений». С помоиин
этой конструкции измеряют параметры головок.
Практически конструкции плоского экрана могут в 1лполнягься,
например, в виде щита, помещаемого в углу комнаты (рис. 29).
Установка щита с головкой в углу комнаты нозиоляег умень­
шить его размеры. Щит в виде треугольника или трапеции подвешийают, например, в углу у потолка. Между верхней кромкой
щита и потолком необходимо оставить широкую щель, а простран­
ство позади щита рекомендуется заполнить звукоиоглоитающих!
материалом. Головку необходимо защитить от возможных повреж ­
дений и пыли.
Встречаются описания АС, в которых головка вставляется в
отверстие в стене комнаты, т. е. стена является экраном. Принц'и25
Ш
f\
го
f/
0 ,3 н 1 м ^
J
У/
15
/
//
//
If
10
!\Р
4
\
\ f
к(
/
\
A \лл\
\/
'\ Г
'ill':'
\ f
\ 11
\1
\f
1t------
\
2
1
V
1
-d—
1
/
/
И
п
1
А
D
50
100
200
300 Ш 500
1000
2000
3000WDO5000
1
\
■А
1
ЮОООЩ
РИС. 27. Частотные характеристики головки при ее центральном расположении
в прямоугольно.м экране (7) и при смещении вдоль длинной стороны (2)
30°
225
8
. \ --L-
1650
а)
РИС. 28. Стандартный акустический экран для измере­
ния головок прямого излучения (а) и способы крепле­
ния головок в экране (б, в)
РИС. 29. Открытое
акустическое оформ­
ление в виде щита,
подвешенного в углу
комнаты
пиально такое конструктивное решение выгодно, но при этом не
надо забывать, что звучание АС будет иметь место не только в
той комнате, в которой АС предназначена работать, но и в той,
куда выходит задняя поверхность головки, что, конечно, не всегда
желательно. Если ж е такое решение возможно, то оно дает з а ­
метное улучшение частотной характеристики и качества звуча­
ния, особенно на низких частотах.
Определим, каким должен быть размер экрана? Ж елателен
такой экран, который позволил бы на нижней граничной частоте
36
воспроизводимого диапазона получить такой ж е уровень звуково­
го давления, как и на верхней границе поршневого диапазона
frp.B зоны его действия, т. е. выровнять звуковое давление на ниж ­
них и средних частотах. Значение /гр.в может быть найдено
из (27). Выбор нижней граничной частоты зависит от добротно­
с т и ' применяемой головки. Ранее отмечалось, что форма частот­
ной характеристики головки при Q<Cl,93 монотонно возрастает, а
при Q ^ l , 9 3 на частотной характеристике появляются провал на
частоте со2 и пик на частоте (Оь Добротность головки при поме­
щении ее в плоский щит практически не меняется. Н еравном ер­
ность частотной, характеристики при Q < 1 ,9 3 и при правильном
выборе размеров экрана определяется только спадом в область
более низких частот. Поэтому за нижнюю граничную частоту при
^ < 1 , 9 3 выбирают резонансную частоту головки (Оо. При Q ^ l , 9 3
за нижнюю граничную частоту обычно выбирают частоту пика o)i
частотной характеристики головки (рис. 23, кривая 2) и неравно­
мерность частотной характеристики в этом случае определяется
провалом на частоте (02 . Однако при этом несколько суж ается
расчетный диапазон воспроизводимых частот по сравнению с его
значением при Q < 1 ,9 3 .
Д л я устранения этого недостатка авторами предложен другой
впособ выбора нижней граничной частоты воспроизводимого д и а ­
пазона, позволяющий снизить ее значение. Суть его заключается
в том, что нижняя граничная частота выбирается на частоте
РИС. 30. Типичная частотная характери­
стика открытого акустического оформле­
ния в области низких частот при Q >1,93
^(Q^=SU)2/b)i
и
1
1
1
1
1
i \/i
1 / 1
I/I 1 1 I
[./ i 1 1
f 1 1 1 1
1 1 1 >
1
1
1
I
1
1 1
1 1
1 1
I I
1 1
' \Q
8
РИС.
от Q
31.
Зависимость
ф(С)
РИС.
от Q
32.
Зависимость
frp.e
©Ccoi, на которой уровень частотной
характеристики равен ее уровню на ч а ­
стоте провала ©2 (рис. 30). В зависи­
мости от значения Q эта частота мо­
ж ет быть несколько выше или ниже ©о.
И сследования показали, что наиболее
рациональная
добротность головки
для открытых АС равна 2,4. При этом
нижняя граничная частота открытой
АС frp.H совпадает с резонансной часто­
той головки ©0 .
37
П лощ адь экрана, исходя из обеспечения наиболее равномер­
ной характеристики, может быть определена как
5 = 0 , 1 5 - - ^ ------- ,
4 . » Ф’' («)
(28)
где ф ( Р ) — некоторая функция от Q, при 1 ,9 3 < Q < 2 ,5 приближен­
но равна Q; /гр.н — определяется но рис. 32. При Q < 1 ,9 3 вы раж е­
ние (28) имеет вид
5= 0 , 1 5 ^ .
(29,
Обычно экраны выполняют меньших размеров, чем рекомендовано
в (28) и (29), Тогда на нижней граничной частоте следует ожи­
дать спада частотной характеристики на
" ® = 1 0 lg - |^ .
(30)
где S — вычисленная по (28) и (29) площадь экрана; S ' — ф ак­
тическая площадь экрана.
Пример расчета экрана. Пусть требуется рассчитать размеры
экрана для головки 0,5ГД-37 со следующими параметрами: /о =
=
Гц; с?= 0,08 м; Q = 2,3; m o=l,2-10~^ кГ, если допустимый
спад частотной характеристики на /гр.н равен 6 дБ. (Величина
т , будет использована в следующем примере.)
1. И з (27) находим: /гр.в==-
= 1920 Гц.
3,14 "0,08
2. По рис. 32 определяем: / гр. н = 3 1 5 Г ц .
3- ф ( Р ) ^ д = 2,3.
4. П лощ адь экрана по (28); S = 0,15-3432/3152-2,3^=0,034 м2.
5. При допустимом спаде частотной характеристики на нижней
граничной частоте, равном 6 дБ, из (30) находим: S ' = 0,017 м2.
6. Выбираем размеры экрана равными (0,1 7 x 0 ,1 ) м2.
Открытый корпус. Самый распространенный вид открытого аку­
стического оформления — ящик, у которого задняя стенка имеет
ряд сквозных отверстий или ж е полностью отсутствует. Головка
устанавливается обычно на передней панели ящика. Его внутрен­
ний объем, как правило, используется для разм ещ ения, деталей
электрической схемы, например радиоприемника. Выносные АС
в виде открытых корпусов применяются реже. Акустическое дей­
ствие. открытого оформления подобно действию экрана. Н аиболь­
шее влия’н ие на частотную характеристику акустической системы
с открытым оформлением оказы вает передняя стенка, т. е. та, на
которой крепится головка. Вопреки довольно распространенному
мнению боковые стенки открытого оформления влияют на ха­
рактеристику открытого оформления мало. Поэтому не рекомен­
дуется делать открытое оформление глубоким, а надо стараться
38
по возможности увеличивать переднюю панель оформления Н а
рцс. 33 тюказаны различные частотные характеристики АС с от­
крытым оформлением в зависимости от его тлубины. Обычно от­
крытое оформление выполняют такой глубины, чтобы головка по­
мещалась в нем с некоторым технологическим запасом (20% от
глубины головки). При этом «вклад» боков1ЫХ стенок в сум мар­
ное звуковое давление открытого корпуса составляет 1— 3 д Б .
в открытом
ной h
оформлении с разной глуби­
ки головки в открытом оформле­
нии с задней стенкой, выполнен­
ной из:
2, 3 — слои поролона
толщ иной
соот­
ветственно 5 и 15 мм; 4 — эл ек тр о к ар ­
Однако авторами было уста­
тона толщ иной 3 мм; 5 — электрокарновлено, что наличие боковых
тона (3 мм) со слоем поролона (20 мм)
(1 — ящ ик без зад н ей стенки)
стенок создает эффект снижения
резонансной частоты открытого
оформления с увеличением его глубины, которое происходит за
счет присоединения части массы воздуха внутри оформления к
массе подвижной системы головки. Резонансная частота в этом
случае
/о
fo2 —
(31)
Р h 5зфф
+
т.
а глубина оформления для получения нужной
стоты
А
V fo2
резонансной
ча­
ГПв
J Р*^эфф
39
Конечно, если сделать оформление очень глубоким, то оно мо­
ж ет действовать как труба, резонирующая на ряде частот, тем
более низких, чем больше длина трубы. Естественно, что это не­
ж елательно, поскольку такие резонансы являются причиной по­
явления пиков и провалов на частотной характеристике АС.
Размеры передней панели, как ‘уже говорилось, ж елательно
иметь как можно больше. Ограничением здесь являются только
соображения удобства размещения и пользования. Что касается
места установки головки на передней панели, то рекомендации
тут такие же, как при .плоском экране.
П лощ адь передней панели открытого акустического оформле­
ния с учетом влияния глубины оформления h может быть найде­
на как
5 = 0 ,1 2 5 cW ? p .h9MQ)],
(32)
где ф ( Р ) и /гр.н определяются так же, как в (28), однако не­
обходимо учитывать, что вместо частоты /о необходим© подстав­
л ять частоту /о2, определяемую из (31).
При Q«<1,93 выражение (32) упрощается
S = 0 ,\ 2 b c N {fl,Q \
(33)
где /о2 определяется из (31).
И меется еще один элемент открытого оформления, который
может влиять на работу открытой АС. Это задняя стенка оформ­
ления, которая служит для защиты элементов схемы радисустройства. Она должна быть по крайней мере такой, чтобы не ухуд­
ш ать акустические парам етры системы. Н а рис. 34 приведены ча­
стотные характеристики АС с открытыми корпусами с задними
стенками, выполненными
из различных материалов
(с разной их толщиной).
К ак видно, м атериал и
25
толщина задней стенки
сильно влияют на частот­
ную характеристику от­
20
крытой системы. Акусти­
ческие параметры откры­
той АС зависят так ж е и
15
от размеров и числа пер­
фораций (отверстий) в
задней стенке.
Ш
Н а рис. 35 приведены
частотные характеристи-
Л
О т к р ы !,^ ш
а
я щ
уВ г
I> J
и к
h
Л
г
\
Г
Ч
-
V
5
II
D
50
40
А
\
^ 8
---------------- 1
Г о л о в к а
W0
= 1 6
F
п
\
“ Г
O
1
s j с т
1
200
1
п р м
1
л в т
1
я
1
300 400 500
Щ
WDO
РИС. 35. Частотные характери­
стики головки в открытом
оформлении с различным чис­
лом отверстий (л) диаметром
26 мм в задней стенке
ки AC в ящ иках с различным числом перфораций в поверхности
задних стенок. Д л я оценки влияния перфораций вводится термин —
степень перфорированности задней стенки, Ао/А — это отношение
общей площади равномерно распределенных отверстий Ао к пло­
щади задней стенки А. Степень перфорированности задней стенки
должна составлять не менее 0,1 для оформлений с объемом оформ­
ления 5 л и 0,15— 0,20 для оформлений с объемом менее 5 л.
Конфигурация оформления оказы вает большое влияние на фор­
му частотной характеристики на средних частотах, вызывая появ­
ление многочисленных пиков и провалов при неудачной конфигу­
рации. Это хорошо видно из рассмотрения графиков на рис. 36,
где приведены частотные характеристики д л я разных конфигура­
ций оформления: сферического (ш ар а), куба, усеченной пирам и­
ды, -параллелепипеда. Н аиболее благоприятная форма — сфера.
Приведенные характеристики следует иметь в виду при выборе
конфигурации оформления, хотя из конструктивных соображений
редко можно применить благоприятную форму из числа приве­
денных -на рис. 36, за исключением параллелепипеда. И з эстегическик соображений размеры оформления в виде параллелепипе­
да часто выбирают так, чтобы размеры лицевой панели (длина
и ширина) и глубины относились как 2 :
1.
Пример расчета. Требуется рассчитать размеры передней п а­
нели открытого оформления глубиной Я = 8 0 м м . д л я головки
в,5ГД-37 (СхМ. предыдущий пример).
аб
AS Np
19
5
\
В
л
-5
-10.100 200 т
/Vi-ч
'
1
f
ООО1000 2000
100 200 Ш 600 1000 Z000Гц,
м
I I I
10
5
О
-5
I I I
к■АА
1i
f
100 200 М 600 10002000 Ги,
-10
Np
1В
5
1
О
0
-5
1
f
-70.
100 200 Ш ООО1000 2000 щ
ТОО 200 Ш 6001000 2000 Ги,
ЛБ N n' '
10
1 1
5 — W t
О
(Г) '
-5
-10
'1 1 '
'I I I
“ П -----i i
1
1i
If
100 200 Ш 600 ЮОО2000 Ги,
1*ИС. 36. Частотные характеристики головки в ящиках различной формы (точ*а обозначает местоположение головки)
41
1. И з (27) находим граничную частоту: /грв= ——— — = 1920 Гц.
3 ,1 4 -0 ,0 8
2. По (31) определяем резонансную частоту головки в открытом
оформлении с учетом его глубины:
= -------
= 262 Гц.
, , 1 ,3 -0 ,0 8 .3 ,1 4 .(0 ,0 4 )2
1 .2 -1 0 -5
3. По графику на рис. 32 находим нижнюю граничную частоту
воспроизводимого диапазона при Q = 2,3; /гр.н ^=5^260 Гц.
4. По графику на рис. 33 находим разность уровней пик — провал:
N = 1 , 0 дБ.
5. 9 (Q )« ^ Q = 2,3.
6. По (32) определяем площадь передней панели оформления:
5 = 0,125-3432/(2602-2,32) =0,041 м2.
При спаде на частоте /г р .н , равном 6 дБ, по (30) находим, что
5 ' = 0,02 м2.
7. Выбираем размер передней панели равным 0 ,1 7 x 0 ,1 2 м2.
ЗАКРЫ ТОЕ АКУСТИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ
Очень большое распространение в последние годы получили
закры тые АС, которые до недавнего времени были единственны.\
видом АС для высококачественного воспроизведения к а к в нашей
стране, так и за рубежом. И только в последние годы АС с фазоинвертором (АС с ФИ) и АС с пассивным излучателем (АС с
П И ) нарушили монополию закрытых АС. Тем не менее закрытые
АС и -в настоящее время являются одной из наиболее распрост­
раненных конструкций высококачественных АС в Западной Е в­
ропе и довольно широко выпускаются в США, как это было вид­
но из табл. 2.
Н а рис. 37 представлена типичная закры тая АС и ее электри­
ческий аналог. Преимущество закрытой АС заключается в том,
что задняя поверхность диффузора головки не излучает и, таким
образом, полностью отсутствует «акустическое короткое зам ы к а­
ние». Недостатком закрытых АС является то, что диффузоры и"^
головок нагружены дополнительной упругостью объема воздуха
внмтри оформления. Наличие дополнительной упругости приводи*"
к повышению резонансной частоты подвижной системы головки
в закрытом оформлении ©oi и, как следствие, к сужению снизу
воспроизводимо.го диапазона частот. Значение до'полнительной уп­
ругости объема воздуха 5в м ож ет быть найдено как
Sя = ypoS^aфф/Vr
(34)
где Y — показатель адиабаты; 5эфф — эффективная площадь диф­
фузора головки; V — внутренний объем корпуса оформления.
42
ВН^
Го
j(omo So/jo)
H I-
:^ 4 Z Z H I=
s/J q)
РИС. 37. Типичная закрытая акустическая система
аналог
=b
и ее электроакустический
Эффективной площадью диффузора считают 50—60% его кон­
структивной площади. Д л я круглого диффузора диаметром d
Sэфф = 0,55S=0,44d^. Это эквивалентно тому, что эффективный д и а ­
метр диффузора составляет 0,8 от конструктивного диаметра. Уп­
ругость Sb суммируется с собственной упругостью подвеса по­
движной системы головки So и в результате резонансная частота
головки в закрытом оформлении
Sb
'01
(35)
где т о — масса подвижной системы головки.
Как видно из (34), упругость воздушного объема внутри оф орм ­
ления обратно пропорциональна этому объему. Упругость подвиж­
ной системы можно такж е выразить через упругость некоторого
эквивалентного объема воздуха Уэ, имеющего упругость So. Отсю­
да резонансная частота головки в закрытом оформлении
(36)
©ti = CDo V \-\-VjV.
Чтобы резонансная частота все ж е не была чрезмерно высо­
кой, иногда применяют голо-вки с более тяжелой подвижной си­
стемой, что позволяет несколько снизить резонансную частоту го­
ловки в закрытом оформлении, как это видно из (35). Однако
следует иметь в виду, что увеличение массы подвижной системы
снижает чувствительность АС, как это видно из формулы для
стандартного звукового давления:
4 /4 0
Woi
/TJq(Oqi
со ■)
= А
®/®0
О)
(Оо
(37)
(^01
(О
■у
43
где А — частотно-независимый множитель; Rr — выходное сопро-.
тивление усилителя (генератора); R k — активное сопротивление
звуковой катушки; а — эффективный радиус головки.
Особенно малой эффективностью обладаю т так называемые
малогабаритные акустические системы (M AC), у которых упру­
гость объема внутри оформления существенно больше упругости
закрепления подвижной системы головки. Такие системы, у ко­
торых упругость подвижной системы определяется упругостью
объема воздуха внутри оформления, называются системами
«с компрессионным подвесом» головки. Стандартное звуковое д а в ­
ление рст такой системы на частотах © > © о ь где pet частотно-не­
зависимо, определяется как
Pex = 2 , 6 5 . 1 0 - 3 | / / p W 7 ,
где Qoi — добротность головки в закрытом оформлении.
К ак следует из (37), неравномерность частотной характери­
стики закры ты х АС в области низких частот так же, как и откры­
тых, определяется их добротностью (рис. 38). При Q o i< 0 ,7 0 7 ч а ­
стотная характеристика АС равномерно понижается с понижени­
ем частоты в область низких частот и неравномерность проявля­
ется как спад на резонансной частоте tooi ло сравнению с высши­
ми частотами. При 0,707C Q o iC I 1,0 частотная характеристика име­
ет небольшой пик на частоте ©i и далее спад на резонансной ча­
стоте шо1- Неравномерность частотной характеристики при этом
определяется подъемом на пике coi и спадом на резонансной ча­
стоте ©01- При Q o i> 1 неравномерность частотной характеристи­
ки определяется только пиком на частоте ©i относительно горизон­
тальной части характеристики.
£?
РИ С. 38. Частотная
закрытой системы
xapaiJTepHCTHKa
0,5
1
Z
3
4
РИС. 39. Зависимость нерав­
номерности частотной характе­
ристики закрытой АС от Qoi
Неравномерность частотной характеристики в зависимости от
добротности закрытой АС приведена на рис. 39. К а к следует и
рисунка, минимальная неравномерность частотной характеристи­
ки закрытых АС имеет место при добротности Qoi = l и составля44
ет 1,3 дБ . Ж ел ател ь н ая ж е добротность самой головки находится
из условия
Исследования авторов показали, что добротность головок,
предназначенных для закрытых АС, не долж на превышать 0,8-—
1,0. В противном случае головка получается «раздемпфированной». Это означает, что при ее возбуждении, т. е. при подаче на
нее напряжения музыкальной или речевой программы, головка
помимо колебаний в такт с поданным напряжением будет коле­
баться и с частотой собственных колебаний, близкой к резонанс­
ной частоте. Д л я слушателей это будет проявляться в том, что
к звучанию программы будет примешиваться звучание этой ч а­
стоты как своего рода «гудение», «нечистота» низких тонов. От­
метим также, что если головка помещена в закрыто.м ящ ике,ухуд­
шается равномерность частотной характеристики в области сред­
них и высоких частот из-за резонансных явлений в оформлении.
Д л я их устранения внутренние поверхности (особенно заднюю
стенк}’’) покрывают звукопоглощающим материалом и заполняют
им часть объема. Кроме того, заполнением внутреннего объема
рыхлым звукопоглощающим материалом преследуют и другую
цель — изменить термодинамический процесс сж атия — расшире­
ния воздуха в оформлении.
Без заполнения процесс сж атия — расширения воздуха внутри
оформления адиабатический. Заполняя оформление рыхлым зву­
копоглощающим материалом можно сделать так, чтобы ад и аб а­
тический процесс сменился на изотермический. В этом случае
внутренний объем оформления как бы увеличивается в 1,4 раза,
так как коэффициент у в (34), составляющий 1,4 для адиабаты,
заменяется значением, равным единице д л я изотермы. Соответ­
ственно снижается и резонансная частота закрытой АС. Это снижение в пределе (для компрессионной АС) достигает У 1,4, так
как для нее можно пренебречь упругостью подвеса головки. В про­
тивном случае резонансная частота головки to'oi может быть най­
дена как
_
Т / 1 - f 0.75 S/So
01-®»* V l+s/s. ■
К ак практически определить, что изотермический процесс с ж а ­
т и я — расширения воздуха внутри оформления достигнут? Процесс
будет достигнут, если при добавленип внутрь оформления новой
порции рыхлого звукопоглощающего материала резонансная ча­
стота закрытой АС уж е не понижается. Исследования авторов по­
казали, что заполнять внутренний объем оформления более, чем
на 60%, нецелесообразно. Вместе с тем количество рыхлого звукопоглощаюшего материала не должно быть чрезмерным, чтобы
активные акустические потери в оформлении и заполнении не бы­
ли значительны. Следует отметить, что степень влияния активных
45
акустических потерь в оформлении (и заполнении) на ход ч а­
стотной характеристики зависит, строго говоря, не от их абсолютеъ:х значений, а от соотношения активных акустических потерь
3 оформлении и полных потерь в головке. Потери в головке — это
собственные акустико-механические активные потери (ло) на внут­
реннее трение в материале головки, трение о воздух при работе,
потери в виде активной составляющей сопротивления излучения
и т. д., а такж е «вносимые» в головку потери (лвн). Авторы реко­
мендуют следующий критерий допустимости активных потерь в
оформлении и заполнении:
(^вн + ^о)/(''оф + ^зап) >
(
3
9
)
где Лоф, Лзап — активные акустические потери в оформлении и в
заполнении соответственно. При меньшем соотношении потерь АС
д о л ж н а быть переделана.
Нахождение значений активных потерь в оформлении и запол­
нении, а такж е способы уменьшения их описаны далее.
Чрезмерные активные акустические потери могут быть в АС
при некачественном (с акустической точки зрения) выполнении
корпуса оформления, креплении головки, при чрезмерном запол­
нении оформления звукопоглощающим материалом, а такж е при
f
чрезмерно малых внутренних объемов
°
оформления ( Е э / Е > 8 ) .
В заключение д л я быстрого расче­
та закрытых АС предлагается граф и­
ческий метод. По граф икам на рис. 40—
45 можно для заданной головки с
присущими ей параметрами подобрать
рациональное оформление, и наоборот,
~Xi
^5
ПО заданному оформлению выбрать под­
ходящую головку. Д л я конкретного расЗависимость woi/coo
используется пара графиков из пред®
ставленных на рис. 40—45. Рисунок 40,
на котором представлена зависимость ©oi/©o от V s lV — общий при
расчете. И з рис. 41— 45 выбирается один — в зависимости от доб­
ротности при.меняемой головки (от 0,4 до 0,8). Н а этих рисунках
-представлены семейства кривых зависимости Уэ!У от Шгр/©о, где
озгр — ниж няя граничная частота воспроизводимого диапазона. П а ­
раметром системы является значение спада частотной характе­
ристики (дБ) на частоте ©гр. Кроме того, на каж дом графике
справа нанесена дополнительная ось, по которой отложено зн а­
чение
У 1 -г У!Уэ, с помощью которого можно определить стан­
дартное звуковое давление закрытой АС на горизонтальной части
характеристики [исходя из (38)] в виде
1-г К/Кэ, А =
= 2 ,6 5 х 10~^У PoVIQ легко вычисляется для заданной головки,
т а к как ©о, Уэ и Q — параметры головки.
Пример расчета. Пусть, например, используется головка с па­
раметрами: Q = 0,4; /о = 3 0 Гц; Гэ=Ю О л. Находим предварительяо А : Л = 2,65 - IQ-^ ] / 3 0 3 - 100-10-3/0,4 = 0,218.
46
УК
VfW,
У/Уэ
ГРщ.
Qo=0,5
13
РИС. 41. Зависимость
(Огр/о)о при Q = 0 ,4
VK
Gq~D,6
Р э/Р
У'нУ/Уз
МБ
РИС. 42. Зависимость Р э /Р о т
fa)rp/fa)o при Q = 0,5
от
У/Уз
ОД - Ш
Qq-
ojoj
2дБ
МБ
1 \^ 0 Д Б
ОБ \ ) ^ Л д Б
- КЗ
КЗ
Л \\1
ОД
\Л \^ ^ О д Б
-V
и
02
(h-n/L._
Г.0
РИС. 43. Зависимость
<1>гр/(0о при Q==0,6
Р э /Р
от
РИС.
44. Зависимость
Р э /Р
oi
(£>rvl(i)o при Q = 0 ,7
4'
Пусть требуется подобрать для этой головки объем оформле­
ния V, при котором спад частотной характеристики долж ен со­
ставлять 6 д Б на граничной частоте АС frp= 40 Гц.
Выбор оформления проводим следующим образом.
По рис. 41 из точки (Огр/соо=4 0 /3 0 = 1,33 на горизонтальной оси
восстанавливаем ординату до пересечения с кривой с отметкой
6 д Б и из этой точки проводим прямую, параллельную оси абс­
цисс до пересечения с осью V/Va. Получаем Г/Гэ = 0,95. Отсюда
Г = 0 ,9 5 Г э = 0 ,95-100 = 95 л. ЭтохМу значению У/Уэ соответствует
по правой вертикальной оси значение ] / И - Г / Г э = 1,4. С ледова­
тельно, рст = 2,18-1,4 = 0,305 П а. По графику на рис. 40 находим
отношение cooi/coo = /oi//o= 1,4. Отсюда /oi = 1,4/о= 1 ,4 X 3 0 = 4 2 Гц.
С помощ ью указанны х графиков могут быть решены и д р у­
гие задачи. ПеречислихМ их, не объясн яя подробно, поскольку ме­
т о д р ассуж ден и я примерно тот ж е. НапрИхМер, м ож ет быть най­
ден сп ад частотной характеристики на граничной частоте frp для
задан н ы х головок и объ ем а офорхмления, м ож ет так ж е реш а 1 ься
за д а ч а п одбора головки из числа имею щ ихся в распоряж ении
и т ..д .
Отметим, что .все сказанное справедливо, если известны точ­
ные значения параметров головки [о, Уэ, Q. Однако обычно, даж е
зная тип головки и значения ее параметров (табличные), невоз­
можно сказать уверенно, каковы параметры данного экземпляра
головки. Д л я решения задач в этом случае используют графики
на рис. 46—48. Единственный параметр, который надо знать точ­
н о ,— резонансная частота головки без оформления /о- Определе­
ние этого парахметра незатруднительно и полученные результаты
обычно устойчивы. Рисунки 46—48 различаются тем, что построе­
ны для фиксированных значений спада частотной характеристики,
не превышающих соответственно 6 , 12 и 18 дБ. Н а каж дом ри­
сунке представлены области изменения значений Q и Уэ/У в з а ­
висимости от /гр//о- Значение Q и Уэ/У могут быть любыми внут­
ри заштрихованных фигур на рисунках.
Пример расчета. Пусть допустимый спад
на частоте /:-р =
= 60 Гц не превышает 6 дБ, fo головки (измеренное) = 3 0 Гц и
Уэ (табличное) = 1 0 0 л.
П ользуясь рис. 46, из точки Шгр/©о=60/30=2 восстанавливаем
ординату, которая пересечет заштрихованные области Q и Уэ/УЗначение Уэ/У можно выбрать в пределах 3— 13, а значение Q в
пределах 0,24— 1,0. Если выбранные значения Q и Уэ/У почемулибо не устраивают, можно менять либо граничную частоту, л и ­
бо спад.
Рассчитать закрытую АС можно не только по г р а ф и к Э х М , но и
по приведеннььм фор!мулам.
Пусть, например, требуется рассчитать объем закрытой АС
с нижней граничной частотой 50 Гц, имеющей головку 10ГД-36
(/о = 38 Гц, Г э = 6 0 л, Q = 0,8).
1. Определяем объем оформления из (36): Г = 6 0 - 1 0 “3/[(50/38)2— 1] =
= 83 л.
48
Рис. 46
РИС. 45. Зависимость Рэ/Р от
согр/соо при Q = 0,8
Р И С 46. Область возможных изме­
нений Q и Р э /Р от frplfo при спаде
6 дБ
Р И С . 47. Область возможных изме­
нений Q и Р э /Р от frplfo при спаде
12 дБ
Р И С . 48. Область возможных изме­
нений Q и Р э /Р от /rp/fo при спаде
18 дБ
Рис 48
49
2. Находим добротность головки в закрытом оформлении из (38):
Qo, = 0,8. V 1 + 6 0 /83 = 1,05.
В соответствии с рис. 39 минимальная неравномерность частот­
ной характеристики имеет место при Q o = l- Так что полученная
неравномерность частотной характеристики из-за пика на частоте
©1 практически минимальна и составляет всего около 1,5 дБ.
П арам етры современных отечественных серийно выпускаемых
закрытых АС приведены в табл. П .2 приложения. Рекомендации
по практическому выполнению АС можно найти далее.
АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С ФАЗОИНВЕРТОРОМ
Закры ты е АС требуют большого объема оформления для до­
статочно хорошего воспроизведения низших частот, поэтому по­
лучаются гром'оздкихми и тяжелыми. Существующие м алогабарит­
ные закрытые АС малочувствительны. Если ж е требуется иметь
закрытую АС меньших габаритных размеро^в, приходится мирить­
ся с тем, что «басов» у нее при этом будет значи­
тельно меньше. В значительной степени этого
недостатка можно избеж ать в АС с ФИ. К ак
видно из табл. 2, в США и Западной Европе чи­
сло таких систем составляет одну треть типов от
общего выпуска, а в Японии — две трети.
РИС. 49. Акустическая система с ФИ:
/ — головка; 2 — к а н а л (труба) ф азоинвертора; 3 — звукопоглощ аю ­
щ ая обивка
Устройство АС С ФИ показано на рис. 49. Эта АС отличается
от закрытой тем, что в корпусе АС с ФИ имеется либо отверстие,
либо отверстие с трубой круглого или прямоугольного сечения.
Упрощенная схема акустического аналога этой системы представ­
лена на рис. 50. (Более подробно об акустическом аналоге см.
приложение 3.) Здесь т — акустическая масса воздуха в отвер­
РИ С. 50. Упрощенная схема
ского аналога АС с ФИ
50
акустиче­
РИС. 51. Зависимость модз’ля полно­
го электрического сопротивления о*^
частоты для АС с ФИ
стии или трубе фазоинвертора; г — активное акустическое сопро­
тивление в отверстии или трубе фазоинвертора и активная состав­
л я ю щ ая сопротивления излучения отверстия.
К а к видно из рис, 50, АС с ФИ — слож ная колебательная систбхма. Б лаго дар я этому и частотная характеристика модуля ее
полного электрического сопротивления такж е сложнее, чем у з а ­
крытой АС и имеет вид, представленный на рис. 51.
Принцип действия АС с ФИ заклю чается в том, что благо­
д а р я наличию контура ms (правая ветвь на схеме аналога) зву ­
ковое давление в отверстии или выходном отверстии трубы уже
не противоп'оложно по ф азе звуковому давлению от передней по­
верхности диффузора низкочастотной головки, а сдвинуто на угол,
во всяком случае меньший 180®. Вследствие этого не происходит
нейтрализации звуковых давлений от передней и задней поверх­
ностей диффузора, как это имело место в открытых системах. При
соответствующем подборе параметров головки, оформления и вы ­
боре отверстия (трубы) фазоинвертора можно получить от АС с
Ф И значительное улучшение воспроизведения низких частот по
сравнению с закрытой АС. Д л я этого контур фазоинвертора на­
страиваю т обычно на частоту, близкую к резонансной частоте
применяемой головки. Исследования авторов показали, что р а с ­
стройка частоты резонанса фазоинвертора относительно частоты
резонанса головки практически не долж на превышать ± 2 / 3 окта­
вы, а часто и совпадать с ней.
Следует такж е иметь в виду, что для АС с ФИ подходят го­
ловки только с низкой добротностью (Q<C0,6). Кроме того, хо­
рошо рассчитанную АС с Ф И не всегда можно конструктивно
выполнить, например, если расчетная длина трубы превысит кон­
структивно-допустимую. Однако в любОхМ случае длина трубы дол ­
ж н а быть меньше Ян/12, где Ян — длина волны на резонансной ч а­
стоте контура ms. Р езонансная ж е частота /ф контура находится
из следующего выражения:
2.4 1 т
Раосчитывая звуковое давление АС с ФИ, целесообразно оп­
ределять не его абсолютную величину рф, а сравнительную со зву­
ковым давлением соответствующей закрытой системы рз, т. е. т а ­
кой, которая имеет равный внутренний объем и одинаковую по
всем парахметрам головку. Это позволяет определить, какой вы ­
игрыш по звуковому давлению обеспечивает АС с ФИ по сравне­
нию с закры той АС.
Исходя из (15) и (18), можно записать, что
(40)
Рз
хо
*
оде Гэф~Гз1-гГе2
Здесь введены следующие обозначения: Xq — средняя об ъ ем ­
н а я скорость поверхности диффузора головки в соответствующем
51
закры том оформлении; Хф— сум марная скорость АС (диффузора
и Ф И ); Гзо — активное акустическое сопротивление излучения го­
ловки в соответствующем закрытом оформлении; Гя\ — полное а к ­
тивное акустическое сопротивление излучения диф фузора головки
с учетом влияния сопротивления излучения отверстия фазоинвер­
тора; Ts2 — полное активное акустическое сопротивление излуче­
ния отверстия фазоинвертора с учетом влияния сопротивления из­
лучения диффузора головки; г^ф — суммарное активное акустиче­
ское сопротивление излучения АС с ФИ.
Несколько слов об активном акустическом сопротивлении из­
лучения АС с ФИ. Эта АС рассм атривается к а к совокупность двух
излучателей, один из которых — собственно головка, а другой —
отверстие фазоинвертора. Если рассматривать работу этих излу­
чателей независихмо друг от друга, то все сравнительно просто,
так к а к активное сопротивление излучения головки в закрытом
оформлении, малом по сравнению с длиной волны, известие [см.
выражение Гк2 в (22)]. Однако при их совместной работе, как это
имеет место в АС с ФИ, излучатели оказы ваю т влияние друг на
друга. Полные сопротивления излучения в этом случае
где 2 ], 22 — соответственно полное сопротивление излучения го­
ловки и отверстия, 2 ц, 222 — соответственно собственное сопрот.чвление излучения головки и отверстия, 212 — вносимое, учитывзющее влияние отверстия на излучение головки, сопротивление излу­
чения, 221 — вносимое, учитывающее влияние головки на излуче­
ние отверстия, сопротивление излучения.
Вещественные части этих выражений являются активными со­
противлениями излучения головки и отверстия при их взаимном
влиянии.
Отметим, что при сближении отверстия и головки сухммарное
сопротивление излучения АС с Ф И возрастает и тем самым уве­
личивается создаваемое системой звуковое давление. Примером
такой АС с ФИ служит конструкция* (рис. 52), в которой го­
ловка расположена внутри отверстия фазоинвертора. При таком
расположении головки отно­
сительно отверстия вноси­
мое сопротивление излуче­
ния будет максимальным.
В основу расчета АС с
ФИ по выражению
(40)
может быть положена схе­
ма акустического аналога
АС с ФИ, представленная
на рис. 52.
РИС. 52. Схематическое изображение ориВыражение ДЛЯ рз за
гинальной конструкции АС с ФИ
крытого оформления дано в
* Иофе
52
в . к ., л и з у НК о в м . в . Акустический агрегат. А. с. № 847521,
J37), Введя в него обозначения: /=©/©о — относительная ч а ­
стота, п= Уъ/У — относительный объем оформления, представим
(37) в виде
J
р= А
(42);
где А — частотно-независимый множитель.
Н ахождение относительного сопротивления излучения АС с
Геф/rso здесь из-за сложности не приводится.
Отметим
ФИ —
лишь, что в зависимости от площадей диф фузора головки и отвер­
стия, их взаимного расположения, а такж е амплитуд и ф аз ко­
лебаний на излучающих поверхностях оно может практически
изменяться от 1,5 до 2,0 и быть частотно-'малозависимым.
Вывод выражения для k —x^jx^ приведен в приложении 4.
Здесь приводится лишь окончательное выражение
{ l — QQф
1)}2 + .
1^1 =
+ {<(<гф+<г
(43)
+
Таким о&разом, выражение д л я рф из (40) имеет следующий
вид:
{1—
Рф = (1,5 .^2,0) Л
1
-f I т ф + Q
)Г
П— 1)Г +
ir);
+•
J
1 V
(44)
При настройке фазоинвертора на резонансную частоту фазоинвертора — колебательной системы, состоящей из гибкости воз­
духа в объеме оформления и массы воздуха в отверстии или грубе
фазоинвертора, что часто имеет место, выражение (44) упрощ а­
ется и принимает вид
53
]
/ t*— n — 1 \ !
--------- )}
4* tQф + Q { —
+ Qф
(45)
Поведение AC с ФИ может быть описано с по-мощью четырех
параметров п, I, Q, Qф. Исследованиям'и авторов установлено, что
число перСхменных можно сократить до трех, так как значение
может быть выбрано фиксированным и в диапазоне Q ф > 1 0
практически не будет влиять, на результаты вычислений.
Здесь, кроме введенных обозначений: / = ©о/«ф — относительная
настройка
фазоинвертора,
Q = -------------- --------------------
(В^/^/1(/?г + /?к)52]} + г „
ность головки, Qф = (iiфm/r — добротность фазоинвертора.
— доброт-
РИС. 53. Семейство частотных характеристик АС с ФИ ( Q o = 0 , l ) . Здесь и на
рис. 54, 55, 56 нанесены следующие кривые:
1 — частотная характеристика соответствую щ ей закры той системы; 2 — частотны е х аракте7ист>ики при настройке ф азоинвертора на резонансную частоту готовки; 3 — при настройке
""азоиквертора ниж е на 1/3 октавы резонансной частоты головки; 4 — при настройке ф а зо ­
инвертора выш е на 1/3 октавы резонансной частоты головки; 5 — при расстройке ф азоинзер то р а ни ж е на 2/3 октавы резонансной частоты головки; 6 — при расстройке ф азоинвер­
тора выш е на 2/3 резонансной частоты головки
54
Следовательно, работа АС с ФИ определяется добротностьюприменяемой головки, объемом оформления и настройкой фазоинвертора при условии поддерж ания добротности фазоинвертора
Qфl> 10.
К ак видно, выражение (44) довольно громоздко. Поэтому для
облегчения нахождения результатов на рис. 53— 56 приводятся
наборы графических зависимостей (семейства частотных х ар ак ­
теристик), построенных по выражению (43). К аж ды й рисунок вый о-0 ,3 ',71-0 ,5
Бо.
n-J,D
Б
Р И С . 54. Се.мейство частотных характеристик АС с Ф И (Q o = 0 ,3 ) . (Обозначе­
ния см. на рис. 53)
РИ С 55. Семейство частотных характеристик АС с ФИ (Q o = 0 ,5 )
о::
полнен для фиксированных значений Q и /г для семейства кривых
с различной расстройкой фазоинвертора относительно резонансной
частоты головки.
С помощью приведенных кривых могут быть решены различ­
ные задачи. Можно, например, задаться ж елаемой формой частот­
ной характеристики АС и подобрать, исходя из нее, параметры
головки и объем оформления. М ожно по имеющейся головке и
йд^О,707;пЧ,0
РИ С . 56. Семейство частотных характеристик АС с ФИ (Qo=0,767)
ориентировочному объем у оформления определить целесообраз­
ность и возможность применения именно этого вида оформления.
Отметим, что для более точного расчета следует пользоваться вы­
ражением (44). По этим ж е кривым можно определить сравни­
тельную (с соответствующим закрытым оформлением) чувстви­
тельность АС с ФИ.
Заметим, однако, что для р'асчета АС с ФИ кроме знания п а­
раметров головки и оформления необходи.мо такж е уметь р а с ­
считывать параметры трубы фазоинвертора с точки зрения допу­
стимости активных потерь в ней.
Экспериментальные исследования авторов позволили найти эмпирическу'-ю зависимость значения активных потерь от параметров
трубы ф — диаметр трубы, / — длина трубы ), на основе которой
получены следующие выражения;
Ь= 2,34 • 10^2/ ( ГГ2ф) — 0,85Z),
/)= 1 ,8 2 -1 0 -4 Г /2 ф []/ 1 ^ 6 , 1 5 - 10^Г/Зф(3ф-Ы],
г д е /ф — резон ансная частота ф азоинвертора (контура m s) оп р е­
дел яется по z -кривым для ф азоинвертора как частота провала на
©Ф м еж д у пиками на частотах ©i и ©о (см . рис. 5 1 ). П о этой ж е
56
кривой можно такж е контролировать значения С^ф. Если <2ф>1{),
то пики на этих кривых будут примерно одинаковы по высоте иих уровень по отношению к уровню провала будет большим. Мо­
дуль величины Qф может быть определен численно с помощью
z-KpHBHx по выражению
_
те
/ф
1
fo
a 'Q
1 / 2 — 2ф
а = { Р 2 - Р ф ){!^ ф - Р г )/ {Р 1Р 2 Ь
2ф
1
1
z=Zo/R
(по
рис. 26),
Зф = гШ
(по рис. 51).
В заключение рассмотрим несколько конструкций АС с ФИ.
Н а рис. 57 показан внутренний вид АС объемом 90 л (780Х
Х 460 Х 2 50 м м). Диаметр низкочастотной голо'вки 320 мм, диаметр
трубы фазоинвертора 70 мм, его длина 100 м'м. Резонансная ч а ­
стота 30 Гц.
Н а рис. 58 показан вид со стороны передней панели со сня­
той декоративной сеткой АС фирмы Akai (Яиония) (внутреннийобъем 60 л, диаметр отверстия фазоинвертора 75 мм, номиналь­
ный диапазон частот 25 Гц—21 кГц).
Н а рис. 59 п оказана конструкция АС фирмы Hitachi (Япония).
Кроме высокочастотной 1, среднечастотной 2, низкочастотной 3, в
корпусе имеется еще одна низкочастотная головка 4, укрепленная
на горизонтальной панели, причем головка непосредственно не
излучает в окружающее пространство, а излучение происходит че­
рез фазоинверторное отверстие 5 на его резонансной частоте.
Н а рис. 60 показана больш ая комбинирсиванная АС фирмы
Altec L ansing (США) с фазоинверторным отверстием прямоуголь­
ной формы в нижней части корпуса. Высокочастотное звено вы­
полнено в виде секционного рупора, низкочастотная головка, кро­
ме того, такж е нагружена на рупор.
РИС. 57. Конструкция АС с ФИ (вид
со снятой задней стенкой)
РИС. 58. Акустические системы с фазо­
инвертором фирмы Akai (Япония):
а — с головками прямого излучения;
б — с рупорной головкой (высокочастот­
ной); в — отдельно рупорная и низко­
частотная головки
РИС. 59. AC с ФИ фирмы Hitachi
(Япония)
РИС. 60. АС с ФИ фирмы Altec L an­
sing (США)
Пример расчета. Пусть имеется головка 50ГД-4 {fo=25 Гц,
Q = 0,3, Уэ = 150 л, йэ.ф=2Ъ см) и Сф = 20.
Необходимо найти .параметры АС с ФИ для хмаксимально ров­
ной частотной характеристики в области низких частот.
Рассмотрим рис. 53 для случая Qo=0,3. К ак -видно, при п =
= 0,5 .получаем частотные характеристики с большой неравномер­
ностью и, кроме того, объем оформления пр;и этом значителен
( Г = 3 0 0 л ) . При « = 1 ,0 , т. е. когда внутренний объем оформле­
ния равен 150 л, кривые наиболее приемлемые, но необходимо
еще сделать выбор относительно настройки ФИ. Можно выбрать
кривую, соответствующую настройке ФИ на частоту на 1/3 о кта­
вы ниже резонансной частоты головки, т. е. на 20 Гц. Частотная
характеристика АС в этом случае равномерно понижается в об­
ласть низких частот со спадом 3—4 дБ до частоты 0,8/о. При не­
обходимости расширить частотную характеристику в область бо­
лее низких частот следует выбрать кривую, соответствующую на­
стройке ФИ на частоту на 2/3 ниже резонансной частоты головки,
т. е. на частоту 16 Гц. В этом случае частотная характеристика
равномерно понижается со спадом 7— 8 д Б до частоты 0,в5/оЭти две кривые наиболее приемлемы. Можно рассмотреть кривые
при п = 2, т. е. когда внутренний объем равен 75 л, но получен­
ные результаты будут значительно скромнее.
Итак, выбираем кривую, которая соответствует АС с ФИ со
саедующими параметрами; /ф = 26 Гц, У = 1 5 0 л.
Д ал ее определим параметры трубы фазоинвертора:
£ )= 1,82-
150- 1 0 - з - 2 0 2 [ |/ 1 ± 6,15-10^(15 0-1 0-3 -20 3-2 0) + 1 ] =
= 6 ,7 2 -1 0 -^ = 6 ,7 см,
I = 2,34 -103 - 6,73 -10-V (150 -10-3 - 20^) — 0,85 - 6,73 -10~2=
= 12-10-2= 12 см.
38
Проверим, не превышает ли длина трубы фазоинвертора кон­
структивно допустимого значения.
Если принять внутренние разхмеры оформления равными 0,8X
X 0 ,5 x 0 ,3 7 м3, то видно, что длина трубы не превышает конст­
руктивно-допустимого значения. По критерию /< C W 12 длина тру­
бы такж е допустима, так как в рассмотренном случае
=
= 1,42 м.
АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С ПАССИВНЫМ
ИЗЛУЧАТЕЛЕМ
Одна из разновидностей фазоинверсной А С —АС с ПИ . О на
отличается от закрытой АС наличием дополнительной подвижной
системы (в простейшем случае — подвижной систехмы низкочастот­
ной головки без катушки и хмагнитной цепи) (рис. 61). Эта си­
стема пассивная и возбуждается колебаниями воздуха в за к р ы ­
том корпусе при работе головки, излучая звуковые волны в об­
ласти низких частот. В результате суммарное звуковое давление,
развиваемое АС с Г]И на низких частотах, может быть значи­
тельно больше, чбхМ закрытой АС равного объема и с той ж е низ­
кочастотной головкой. Конструкция АС с П И -приведена на
рис. 62.
РИС. 61. Головка прямого излечения (а)
и пассивный излучатель (б)
РИС. 62. Конструкция АС с ПИ:
1 — пассивный и з 1учатель; 2 — низкочастотная
головка- 3 — вы сокочастотная головка
По принципу действия АС с П И сходна с АС с ФИ. Единст­
венное различие состоит в том, что масса воздуха в трубе ф азо­
инвертора заменена массой подвижной систехмы пассивного излу­
чателя. И зменяя массу подвижной системы пассивного излучате­
ля, можно значительно проще изменять его резонансную частоту
по сравнению с фазоинвертором, где для этого приходилось ме­
нять размеры отверстия, диаметр или длину трубы.
59
Ранее отмечалось, что АС с ФИ имеет ряд конструктивных
ограничений. Так, при настройке фазоинвертора на низкую резо­
нансную частоту (30— 50 Гц) масса воздуха в трубе долж на быть
достаточно большой, что обычно обеспечивается либо увеличе­
нием ее длины, либо уменьшением диаметра
(при неизменном
внутреннем объеме). В первом случае может получиться, что тру­
ба кенструктивно не поместится в оформление, либо ее длина
превысит критическое значение W 1 2 . Во втором случае могут рез­
ко возрасти акустические потери на трение в трубе, что снизит
эффективность АС с ФИ в области низких частот.
Акустические системы с П И свободны от этих недостатков.
Действительно, как на площ адь пассивного излучателя, которая
обычно выбирается равной площади диффузора головки и даж е
больше, так и на его массу не наклады вается никаких ограниче­
ний. Поэтому при расчете этих систем можно не опасаться тех
трудностей, которые возникают при применении АС с ФИ. Н а ­
стройка пассивного излучателя практически на любую частоту ре­
зонанса /п его массой m и гибкостью объема воздуха 5в не вы­
зывает затруднений. Это видно из следующего выражения:
( 46 )
Следует однако отметить, что собственно пассивный излуча­
тель характеризуется не только хмассой, но так ж е и гибкостью
подвеса s, так что АС с П И является более сложной колебатель­
ной системой, чем АС с ФИ, что, естественно, услож няет ее рас­
чет.
Принцип использования пассивных излучателей для повыше­
ния уровня звукового давления известен давно, однако практи че­
ские конструкции АС с П И стали появляться лишь в 70-х годах.
Можно отметить конструкции АС с П И , выпускаемые фирмами
Kenwood (Япония), Selection (Англия), Ohm (СШ А ). К ак сле­
дует из табл. 1, в настоящее время выпуск этих систем прибли­
ж ается к 10% в развитых капиталистических странах. В нашей
стране такж е начали выпускать такие АС.
При расчете АС с П И так ж е как в АС с ФИ целесообразно
находить не абсолютное значение звукового давления, а его зн а­
чение по сравнению со звуковым давлением соответствующей з а ­
крытой системы. Это позволяет определить тот выигрыш, кото­
рый обеспечивает АС с П И по сравнению с закрытой системой.
Тогда по анатогии с (40) имеем
(47)
=
Рш
io
^
^
где 7'sn = /'si т Ts2З д е с ь в в е д е н ы о б о з н а ч е н и я , а н а л о г и ч н ы е п р и м е н е н н ы м п р и расСхмотрении АС с ФИ.
В основу расчета АС с П И по выражению (46) может быть
положена схема акустического аналога АС с П И , изображенная
60
на рис. 63. Здесь Го — активные потери в головке, г — активные
потери в пассивном излучателе.
Поскольку АС с П И так ж е, как и АС с ФИ может быть р ас­
смотрена как система из двух излучателей, один из которых —
собственно низкочастотная головка, а другой — пассивный излу­
ч а т е л е то расчет выражения
V Гвп/Гво для пассивного излучателя ничем не отличается от
-rw v
^го расчета для фазоинверто­ 0 4 Z Z 3 -C
ра. Единственное отличие со­
стоит в том, что площ адь пас­
сивного
излучателя
может
Sg/Jd) 4= i s/JO)
быть
вы брана
значительно
большей, чем площ адь отвер­
jm
стия фазоинвертора. Расчеты
авторов показали, что д ля АС
с П И значение У Ts^/Tso может РИС. 63. Упрощенная схема акустическосоставлять от 2,0 до 2,35 и оно
аналога АС с ПИ
частотно-малозависимо.
Выражение для ро закрытого оформления подставлявхМ в (47)
Б виде (42).
Вывод выражения для k = Xa/xo приведен в приложении 5.
З д е с ь приводится лишь окончательное выражение:
J
+
n
■+
)
(AA)
K-
■+ Qi
+■
\
/»— 1
ti
tl
(48):
)
В ы раж ение для звукового давления AC с П И (рп) с учетом (47J,
(42) и (48) хможет быть записано как
= ( 2 , 0 ^ 2,35)
(49)
частотно-независимыи множитель.
где А
К ак видно из (49), поведение АС с П И может быть описаио
пятью параметрами: п, I, р, Q, Qn. Здесь кроме параметров, опи­
сывающих АС с ФИ, появился параметр р=^в1в, характеризую ­
щий относительную упругость (подвеса) пассивного излучателя, т. е.
отношение упругости воздуха внутри оформления к упругости
61
подвеса пассивного излучателя. Добротность фазоинвертора Q „
заменяется здесь добротностью пассивного излучателя, равной
Qn~ (ИпУН/Гп'
Исследования авторов показали, что число переменных хможно сократить до четырех, так как значение Qn может быть вы­
брано фиксированным и в диапазоне Q n > 5 практически не влия­
ет на полученные результаты.
Таким образом, характеристики АС с П И зависят от доброт­
ности головки, объема оформления, настройки пассивного излу­
чателя и упругости его подвеса, при условии поддержания доб­
ротности пассивного излучателя Q n > 5 .
Выражение (49) довольно громоздко. Поэтому на рис. 64— 66
приводятся наборы графических зависимостей (семейства частот­
ных характеристик), построенных по выражению (48). Каждый
РИС. 64. Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Qo=0,2, п = 0 ,5 (а)
и Qo=G,2 , /г = 1,0 (б)
Здесь и на рис. 65, 66 нанесены следующие кривые:
---------------закрытое оф орм ление;--------------------Р = 1 , (= 2 ; — X X X — X X X — р = 1
/ = 1 ; — X X — X X р = 1 , / = 0 , 5 ; — X — X — р = 2 , / = 3 ; ------------------------ р = 2 , / = 2 ;
0 —0 —0 — р = 3 , /= 3 ; 0 0 —0 0 —0 0 — р = 3 1=2
РИС. 65. Семейство частотных характеристик .АС с ПИ для Qo = 0,4, п = 0 ,5 fa)
и Qo=0,4, /г=1,0 (б)
62
РИС. 66 . Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Qo = 0,6 , л = 0 ,5 (а)
и Q o = 0 ,6 , л = 1,0 (б)
рисунок выполнен для фиксированных значений Q, Qn, п для се­
мейства кривых с различными значениями настройки пассивного
излучателя и относительными упругостями его подвеса.
К ак видно из приведенных кривых, обычно пассивный излуча­
тель настраивается на частоту в 2— 3 раза ниже резонансной ча­
стоты головки в отличие от настройки фазоинвертора, резонанс­
ная частота которого может лишь незначительно отличаться от
резонансной частоты головки. Что касается добротности исполь­
зуемых головок, то их значение составляет 0,2—0,8 и связано с
объемом оформления. Чем меньше объем оформлений, тем мень­
шую добротность головки необходимо выбирать.
■С помощью приведенных кривых могут быть решены различ­
ные задачи. Например, задавш ись желательной формой частот­
ной характеристики, типом головки и предположительным объ­
емом оформления, выбирают параметры пассивного излучателя
(его массу и гибкость). Если ж ел аем ая форма частотной х ар а к ­
теристики не получается, наиболее просто увеличивать объем
оформления. Однако могут возникнуть такие сочетания доброт­
ности головки и объема оформления, при которых получить ж е­
лательную форму частотной характеристики затруднительно.
В качестве примера рассмотрим двухполосную систему
10АС-10 с пассивным излучателем, изображенную на рис. 62.
В ней в качестве низкочастотного звена 2 использована головка
10ГД-34 0 = 1 0 5 МхМ, а в качестве высокочастотного 3 — головка
ЗГД-31. П ередняя панель квадратная
(315X315 м м ). Корпус
имеет малую глубину (125 м м). Конструкция пассивного излуча­
теля 1 представляет собой диффузор конусной головки ( 0 140 мм)
с добавочной массой. Резонансная частота головки 54 Гц, резо­
нансная частота .пассивного и зл у ч а те л я — 15 Гц.
Заметим, что делают попытки повысить эффективность рабо­
ты к С с П И . Н а рис. 67 изображ ена такая АС с П И . В этой си­
стеме имеется два закры тых объе^ма Vi и Гг- Головка 1 возбуж ­
63
дает объем Vi, а пассивный излучатель частью 2
возбуж дает объем Vi, а частью 3 — объем Vz, ко­
торый полностью заполнен звукопоглощающим м а ­
териалом. Б л агодаря наличию объема Vz и связи
с ним пассивного излучателя снижается резонанс­
ная частота АС с П И и улучшается форма ее ча­
стотной характеристики.
РИС. 67. Схематическое изображение сложной АС с ПИ
Пример расчета. Пусть имеется головка ЗОГД-1 с параметрами:
/о = 25 Гц, Q = 0,2, Уэ=1бО л. Необходимо найти параметры АС
с П И для случая максимально ровной частотной характеристики
системы в области низких частот.
Рассмотрим рис. 64,а, 65,а и 66,п, справедливые для Q = 0,2.
К ак видно, наилучшие результаты могут быть получены при п =
= 2 (рис. 65,п). При этом внутренний объем оформления будет
равен 80 л. Теперь выбираем частоту настройки и гибкость под­
веса пассивного излучателя. Предпочтение след>ет отдавать кри­
вым с параметрами 1= 2, р = 2 и 1= 2, р = Ъ. Х арактеристика при
р = 2 получается наиболее протяженной в область низких ч а ­
стот, спад плавный, но достигающий '--'9 дБ на частоте 23 Гц.
Выигрыш по звуковому давлению составляет 6 дБ. Спад х аракте­
ристики при 1= 2, р = 3 такж е плавный, но составляет
7 д Б до
частоты 25 Гц. Выигрыш по звуковому давлению 7 дБ.
Каковы ж е параметры АС с ПИ ? Пассивный излучатель в обе­
их случаях настраивается на частоту в 2 раза ниже резонансной
частоты головки (/ = 2), т. е. на 22,5 Гц. Относительная упругость
подвеса П И равна соответственно р = 2 и р = 3, т. е. s = Sb/2 h s =
= s J3 . Иными словами, эквивалентный объем излучателя Г^.п
(понятие аналогичное понятию — эквивалентный объем головки)
при р = 2 равен эквивалентному объему головки Уэ, т. е, 160 л,
а при р = 3 равен 3/2Уэ, т. е. 240 л.
П лощ адь П И выбирается равной площади диффузора головки,
а масса определяется из (46) и долж на быть такой, чтобы с уп­
ругостью (Sfi-i-s) обеспечить резонансную частоту П И 22,5 i ц.
Добротность излучателя долж на быть больше 5.
ДРУГИЕ ВИДЫ
АКУСТИЧЕСКОГО ОФОРМЛЕНИЯ ГОЛОВОК
В предыдущих главах рассматривались наиболее часто применявхмые виды АС. Однако существует еще целый ряд видов си­
стем, применяемых значительно реже. Здесь будут рассмотрены:
акустический лабиринт, рупорная акустическая система, электро­
статическая акустическая система, а такж е акустическая система
с электромеханической обратной связью (ЭМ О С).
€4
Д л я того чтобы избеж ать акустического «короткого зам ы к а­
ния», можно использовать акустическое оформление с лабирин­
том. Один из вариантов конструкции этого вида оформления фир­
мы Akai (Япония) приведен на рис. 68. Акустическая система со­
стоит из корпуса, на передней стороне которого укреплена го­
ловка I. З ад н я я сторона диффузора головки работает на обрэзо-
РИС. 68 , Лабиринт
Akai в разрезе
фирмы
РИС. 69. Внешний вид (а) к
разрез (б)- радиального ком­
натного лабиринта
ванный рядом перегородок 2 зигзагообразный звукопровод — л а ­
биринт. Второй конец лабиринта злканчивается выходным отвер­
стием 3 на одной из стенок корпуса. Поперечное сечение лабирин­
т а — обычно прямоугольное или круглое, площадь которого рав­
на эффективной площ ади диффузора головки 5эфф. Выпрямленная
длина лабиринта долж на быть равна 1/2Я на нижней граничной
частоте воспроизводимого диапазона частот. Б л аго д ар я этому из­
лучение из 'ВЫХОДНОГО отверстия лабиринта будет совладать по
фазе с излучением передней стороной диффузора голов-ки. Так,
если нижняя граничная частота воспроизводимого диа'пазона 30 Гц
(дти-ны волны 11,4 м ), то выпрямленная длина трубы лабирин­
та долж на быть 5,7 м. Конечно, если лабиринт будет иметь боль­
ше колен, конструктивная глубина кор'пуса АС будет соответствен­
но меньше. Д л я уменьшения влияния п а частотную характеристи­
ку системы частных (высших) резонансов трубы ее стены ж е л а ­
тельно покрывать звукопоглощающим материалом, н ап р и м ер ,сл а­
бо набитыми и простеганными ватными хматами. Однако конст­
рукции АС с лабиринтом тем не менее довольно громоздки, вслед­
ствие чего редко применяются, несмотря на то, что от них можН( получить хорошие результаты
65
Н а рис. 69 показан разрез другой конструкции с лабиринтом.
Здесь над головкой 3 укреплен рассеиватель 1 для излучения зву­
ка в^горизонтальной плоскости. Звук излучается через отверстия
Электродинамическая головка может быть нагруж ена на ру.
пор. Известны две модификации устройства рупорных головок.
В первой из них, так называемой широкогорлой, горло рупора не­
посредственно примыкает к диффузору головки. З а счет того, что
устье имеет диаметр больше диаметра диффузора головки, на­
правленность такого рупора острее направленности головки. По­
этому звуковая энергия концентрируется на оси рупора и звуко­
вое давление здесь возрастает.
В<э второй модификации (узкогорлой)
рупор сочленяется с
диафрагмой (диффузором) головки через предрупорную камеру,
играющую роль, аналогичную роли электрического согласующего
трансф орм атора. Здесь согласуются механические сопротивления
подвижной системы головки и горла рупора, что увеличивает на­
грузку на диаф рагм у и как бы повышает ее сопротивление излу­
чения, благодаря чему сильно повышается коэффициент полез­
ного действия. Таким образом, это дает возможность получить
большое звуковое давление.
Имеется много различных типов рупоров, но практически наи­
более часто применяют в бытовой аппаратуре экспоненциадтьный
рупор, сечение которого изменяется по закону
5=
(50)
где So — площадь входного отверстия рупора, ^ — показатель экс­
поненты.
Н а рис. 70 приведены различные профили рупоров.
К ак можно вывести из выражейия (50), поперечное сечение
такого рупора увеличивается на одинаковое процентное значение
через каж дую единицу его осевой длины. Значение этого процент­
ного приращения определяет нижнюю граничную частоту рупора.
Н а рис. 71 представлена зависимость процентного приращения
поперечного сечения на 1 см осевой длины от нижней граничной
частоты. Так, например, чтобы обеспечить воспроизведение ру­
пором нижней граничной частоты 60 Гц, площ адь поперечного се­
чения долж на увеличиваться на 2% через каж ды й 1 см его осе­
вой длины. Эту зависимость можно представить и в виде* следу­
ющего выражения;
= 6 ,2 5 -lOMg (0,01 А ;^1),
где /^ — приращение площади поперечного сечения, %.
Д л я низких частот (до 500 Гц) это выражение упрощается и
принимает вид /гр.н = 27^.
Если рупор делается квадратного или круглого сечения, то
сторона квадрата или диаметр круга должны увеличиваться на
каж д ы й 1 см длины рупора на Т ^ процентов. Если ж е его дела­
ют прямоугольного сечения с постоянной высотой, то ширина се66
^ения рупора д олж на увеличиваться на k процентов на каждый
I см его длины.
О днако выдерж ать необходимое процентное увеличение сече­
ная еще недостаточно для хорошего воспроизведения низких ча­
стот. Н уж но иметь достаточную площ адь его выходного отвер­
жу?
800 - к
-
Ш
г
-
/
ТОО
Ё
/
60 -
/
20
8
=
/
4
fzp
I i/m u - 1 и иш — Ljiiim
10
100
1000
Гц
РИС. 70. Профили приме­
няемых pvnopoB
I — конический; 2 — экспоненци­
альны й;
3 — гиперэкспонепциальны й
!стия — устья. Его диаметр
Должен быть
РИС. 71. Зависимость про­
центного приращения пло­
щади поперечного сечения
рупора на 1 см его осевой
длины от нижней граничной
частоты
(или диаметр равновеликого круга)
^ > V p .h/ ^ ~ 110//гр.нТак, для нижней граничной частоты 60 Гц диаметр устья со­
ставит около 1,8 м. Д л я более низких граничных частот размеры
ьч будут еще больше. Кроме того, рупорная головка, хорошо
производя низшие частоты (выше /гр.н), недостаточно хорошо
пэоизводит широкий частотный диапазон. Учитывая это, целе'
сообразно иметь две рупорные головки: одну для воспроизведения
зких, а другую — для высоких чат. Н а рис. 72 представлен внешний
и сечение такой АС с двумя рупори головками и фазоинвертором д л я
произведения частот ниже /гр.н ру£
Применение низкочастотных рупороформлений в жилых помещениях
Чраничено разм ерам и помещения. Одесли так а я возможность имеется,
расчет рупора следует начинать, за**ВШись площ адью устья по выбран7Z Внешний вид {а) и
„
•'о
^
разрез (о) акустической систе^ ниж неи граничной частоте, умень- „ ы с двумя рупорными голов-
сечение на k процентов на каж ды й ками и фазоинвертором
67
I C M осевой длины до тех пор, пока не достигают площади сечения,
равной площади диффузора головки. При этом, для того чтобы со­
прячь головку с широкогорлым рупором, рупор должен иметь сече­
ние той ж е формы, т. е. круглое или эллиптическое. Д л я узкогорлых
рупоров идентичность формы сечения и диафрагмы головки не­
обязательна, так как горло и диаф рагм а сочленяются через поедрупорную камеру. Отметим, что высота камеры долж на быть су­
щественно больше амплитуды колебаний подвижной системы го­
ловки во избежание возникновения сильных нелинейных искаж е­
ний из-за несимметричности деформации объема воздуха в камере.
О днако слишком большая высота предрупорной камеры ухудш ает
воспроизведение высоких частот.
Иногда, чтобы уменьшить габаритные размеры АС, применя­
ют свернутые рупоры, различные конструкции которых показаны
на ри£. 73. Свернутые рупоры рассчитывают практически т а к же,
к а к и обычные. При расчете профиля необходимо следить за тем,
чтобы в местах перехода (сгиба колен) не было резких изменений
сечений, вызывающих нерегулярности в частотной характеристике.
о
о
РИ С . 73. Конструкции свернутых рупоров
Ранее описывалось устройство электростатической головки и
отмечалось, что такие головки используют преимущественно толь­
ко как высокочастотные из-за целого ряда сложностей, возникаю­
щих при конструировании низкочастотных электростатических го-
[ 1'
1,
IMIf II 1 M 1 i 11
10
HIi; 11 1 14 1. 11
1 ii i i I il 11 i 11
■ “Ч 1 III
1 к1
I I 1.111 11 1
1 1и 1 I I I
1 1 i 11 1 1
р ИС. 75. Частотная
ГСШ-1
характеристика
20 ii/i' 11
I
360
190
360
РИ С. 74. Изображение широкополосной
электростатической акустической систе­
мы ГСШ-1
68
ы
ЛОВОК. Здесь описывается конструкция и устройство первой отече­
ственной широкополосной головки (системы) ГСШ-1. Устройство
(рис. 74) выполнено в виде плоской конструкции и состоит из ше­
сти односекционных низкочастотных панелей (7— 3, 7— 9) и одной
трехсекционной — средних и высоких частот, причем секции 4, и
воспроизводят только средние частоты, а секция 5 — средние и
высокие. Чувствительность системы зависит от площади поверх­
ности головки и от площади отверстий в электродах. Зазор мем­
брана-электрод на низкочастотных панелях достигает 2 мм. Д л я
мембраны применяется алюминированная пленка из полиэтилентереф талата толщиной 6 мкм. П анели излучателей монтируются
на деревянную раму, в нижней части которой устанавливаются
элементы блока питания.
Н а рис. 75 представлена частотная характеристика этой злекгростатической системы. Ее основные технические параметры сле­
дующие;
Мощность •..................................................................................................... 20 Вт
Номинальное электрическое
сопротивление на частоте
8 Ом
1000 Гц
.........................................................................
40 Гц — 30 кГц
Нохминальный диапазон ч а с т о т ..............................
0,25 П а
Среднее стандартное звуковое давление
Неравномерность частотной характеристики
8 дБ
Суммарный коэффициент гармоник искажений
1%
87X 69X 60 смз
Габаритные р а з м е р ы ...................................................
Принцип использования электромеханической обратной связи
{ЭМОС) для улучшения частотных характеристик АС известен
давно. Однако .так же, как и к АС ПИ, практический интерес к
этим системам пробудился всего несколько лет н азад (конструк­
ции фирм Philips, M atsushita, Голландия, Япония).
В АС с ЭМОС используется отрицательная обратная связь 07
колебаний подвижной системы головки, ускорение которой про­
порционально звуковому давлению системы. При этом э. д. с., со­
зд ав аем ая за счет колебаний подвижной системы (рис. 76), по­
дается на вход усилителя в противофазе со входным напряжением.
С помощью ЭМОС возможно решить две задачи: расширить вос­
производимый диапазон частот в более низкочастотную область
и уменьшить коэффициент гармоник в области низких частот.
Н а рис. 77 приведены типичные частотные характеристики АС
без ЭМОС ( /) и с ЭМОС (2 ). К ак видно, частотная характери­
стика АС расширяется в сторону более низких частот (в данном
примере со 100 до 32 Гц). Однако введение ЭМОС понижает уро­
вень звукового давтения (в данном примере на 10 д Б ). Поэтому,
чтобы получить прежний уровень звукового давления, необходимо
увеличить мощность оконечного усилителя.
Н а практике применяют комбинированную ЭМОС по колеба­
тельной скорости и колебательнохму ускорению, которая может
быть получена двумя способами. Первый способ прост и не тре­
бует каких-тибо изменений в конструкции головки. Сигнал для
получения ЭМОС снихМается непосредственно со звуковой катуш ­
ки головки. Д л я выделения этого сигнала применяются хмостовые
69
схемы. Н а выходе моста создается напряжение, пропорциональ­
ное скорости подвижной системы головки, которое затем диф ф е­
ренцируется, чтобы получить сигнал, пропорциональный ускоре­
нию и оба напряж ения подаются на вход усилителя. Н едостаток
этого способа — трудность балансир ки моста в достаточно i
роком диапазоне частот.
дБ
ГолоВка
-т
УЗЧ
Цепь ЭМОС
F
В
Датчан
3MDC
РИС. 76. Схема выполнения
ЭМОС
I[
1
1
-го
/Р<
-30
I
11
/
...
./лу/
2
fa
РИС. 77. Частотные характеристи­
ки АС с ЭМОС
Другой способ требует применения дополнительного датчика
измерителя ускорения — акселерометра. Обычно акселерометр
представляет собой пьезокерамический диск диаметром 8— 12 мм
и толщиной 0,5— 1,0 мм. Обе его поверхности металлизированы и
к а ж д ая имеет отвод. Н а наружную поверхность прикреплен (на­
клеен) грузик массой в несколько грам.мов. Д атчик закры вается
защитным кожухом. С помощью датчика снимается сигнал, про­
порциональный ускорению подвижной системы головки, т. е. про­
порциональный звуковому давлению. Этот сигнал после коррек­
ции подается на вход усилителя.
Такой способ получения ЭМОС более сложен, но способен обес­
печить достаточное высокие технические характеристики АС. П р и ­
мером АС с ЭМОС является электрофон 22RH 532 фирмы Philip^,
в низкочастотной головке которого применена ЭМОС. Р езонанс­
ная частота низкочастотной головки без ЭМОС равна 80 Гц. О бъ­
ем закрытого оформления составляет 15 л. Частотная х арактери­
стика этой АС имеет неравномерность 5 д Б и простирается от
30 Гц.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРПУСОВ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Д л я получения требуемых результатов от акустических систем
необходимо не только правильно рассчитать их, но и тщ ательно
изготовить. Здесь даются рекомендации, которые позволят избе­
ж ать наиболее часто встречающихся ошибок
В любом акустическом оформлении прежде всего следует из­
бегать каких-либо щелей или отверстий (за исключением щелей
70
или отверстий в задней стенке у открытого оформления). Особен­
но oinacHbi они на передней панели, поскольку в этом случае име­
ет место акустическое «короткое замыкание» и оформление п р а к ­
тически не работает, что приводит к резкому ухудшению воспро­
изведения низких частот. Поэтому, в частности, рекомендуется ус­
тан авливать головки на передней панели с уплотнением в виде
кольцевой прокладки из микропористой или губчатой резины, ре­
зиновой трубки, пенопласта ПХВЭ и т. д. Этим достигается и
др у гая цель — снижение уровня вибраций панели при работе го­
ловки. Уплотнением могут служить и картонные дужки (сектора)
у головок малых мощностей, которые расположены на диффузородерж ателе. Но тогда необходимо уплотнять щели между ними.
Головки обычно крепят, к оформлению с помощью винтов, шу­
рупов или специальных шпилек. Необходимо следить, чтобы годо вки притягивались к корпусу не очень сильно, так как эго мо­
ж ет покоробить диффузородержатель и тем самым вызвать перекос
подвижной системы. Зад н яя сторона диффузора головки не' дол­
ж на быть закры та деталям и (при конструировании открытого аку­
стического оформления магнитофонов, радиоприемников и т. д .).
М ожно рекомендовать, чтобы детали АС не занимали более 25—
30% внутреннего объема оформления. Несоблюдение этого требо­
вания приводит к снижению звукового давления, развиваемого
АС. М атериал оформления должен обеспечивать жесткость сте­
нок, особенно передней. Н аиболее подходящим материалом я в л я ­
ются деревянные доски, фанера, древесноволокнистые и древес­
ностружечные плиты. При этом, чем больше размер корпуса,
больш е мощность головки, тем более толстый материал оформле­
ния долж ен быть применен. Так, для высококачественных АС объ­
ем ом 50— 100 л следует делать стенки толщиной не менее 20 мм,
особенно переднюю панель оформления, к которой крепятся го­
ловки.
Акустическое оформление рассчитывают, исходя из габарит­
ных размеров низкочастотных или широкополосных головок. Вы­
сокочастотные и среднечастотные головки могут быть помеще­
ны в общее акустическое оформление с низкочастотным.и, ко от­
делены от них акустически (выделены в отдельный отсек или з а ­
крыты сзади специальными колпакам и). Диаметр отверстия для
головки должен быть равен полному диаметру диффузора, вклю­
чая и гофр, чтобы исключить возможность касания гофра стенок
оформления при колебаниях подвижной системы головки. Д иф ф у­
зор головки необходимо защитить от возможного внешнего м еха­
нического повреждения, прикрыв отверстие под декоративной
тканью металлической или пластмассовой сеткой со стороной ячей­
ки 5— 8 мм. Облицовочные и декоративные элементы часто оказы ­
ваю т отрицательное влияние на частотную характеристику голов­
ки. П лотная ткань ухудшает sBVKOBOcnpoiHaBejeHHe в области сред­
них и высоких частот. Значительное влияние может оказать декаративный материал,, закрываю щ ий отверстие фазоинвертора. Тол­
сты е решетки и ж алю зи могут иногда вызывать резонансные я в ­
71
ления, и в частотной характер'истике головки появятся дополни­
тельные 1ПИКИ и провалы.
К ак уж е отмечалось, среднечастотная и высокочастоная голов­
ки при установке в общем оформлении с низкочастотным должны
быть закрыты сзади кожухом из фанеры, пластмассы или м етал­
ла. Такой кожух устраняет воздействие на высокочастотную го­
ловку излучения задней стороны диффузора низкочастотной го­
ловки. Кожух должен плотно прилегать к панели. Щели в самом
кожухе и между ними н панелью недопустимы. Можно для зад ел ­
ки щелей проложить полосы пористой резины или поролона. При
изготовлении АС с ФИ, кроме того, необходимо контролировать,
чтобы труба фазоинвертора плотно входила в переднюю панель
оформления, а имеющиеся щели были заделаны.
При самостоятельном изготовлении корпуса оформления труд­
ности выполнения чистого шипового соединения панелей, особен­
но из древесностружечного материала, можно обойти, связывая
элементы оформления при памощи деревянных брусков или ме­
таллических уголков (рис. 78). Уголки предварительно приклеи­
вают к стенкам оформления.
РИС. 78. Способы соединений стенок корпусов АС
Самой трудной и ответственной является отделка внешних по­
верхностей оформления. Наиболее красиво фанерование этих
поверхностей ценными породами дерева с последующей полиров­
кой поверхностей. Однако так а я работа требует высокой кв ал и ­
фикации. Поэтохму для упрощения рекомендуется использовать
фанерованные древесноволокнистые плиты. П рощ е ж е всего по­
крыть поверхности оформления самоклеящейся пленкой с рисун­
ком дерева ценных пород.
Акустическое оформление должно быть изготовлено так, чтобы
оно по возможности не вибрировало при работе головки. При
чрезмерной вибрации корпуса снижается звуковое давление от си­
стемы и увеличивается суммарный коэффициент гармоник в обл а­
сти низких частот. Кроме того, вибрации порож даю т призвуки, ис­
каж аю щ ие основной сигнал. Д л я борьбы с в'ибрациями рекомен­
дуется устанавливать низкочастотную головку на мягкую коль­
цевую прокладку. Это позволяет снизить уровень вибрации кор­
пуса в области низких частот на 15— 20 дБ. Однако при этом не­
72
обходимо следить, чтобы крепящие болты не соприкасались непо­
средственно о диффузородержателем. Д л я этого под головки бол­
тов и гайки нужно подложить шайбы из мягкой резины.
Одним из основных способов борьбы с вибрацией корпусов яв­
ляется увеличение толщины их стенок. Н аибольш ая разница в
уровнях вибрации наблюдается при изменении толщины стенок от
4 до 8 мм. Средний уровень ускорений на низких частотах при
этом уменьшается на 40—45 дБ, а при увеличении ж е толщины
стенок от 14 до 20 мм уменьшение составляет 5 дБ. Таким об­
разом, существует так а я предельная толщина стенок, при которой
дальнейшее их увеличение практически не влияет на характер ча­
стотной характеристики. Однако эта толщина непостоянна и з а ­
висит от размеров оформления и мощности головки. Отметим т а к ­
ж е, что изменение толщины стенок существенно сказывается на
значениях вибраций в частотном диапазоне до 1000 Гц. Н а болсг
высоких частотах амплитуды вибраций стенок незначительны. Уве­
личение толщины стенок оказы вает наибольшее влияние на виб­
рации верхней и задней стенок.
Другой способ борьбы с вибрациями заклю чается в нанесении
вибропоглощающих покрытий на внутреннюю поверхность кор­
пусов оформлений. Н а низких частотах при нанесении покрытия
не только увеличивается на 5— 10 д Б уровень звукового давл е­
ния, но и частотная характеристика становится более равномер­
ной. В качестве таких вибропоглощающих покрытий применяют,
например, мастику ВМ, пластмассу «Агат» и т. д.
В акустических системах часто заполняют внутренний объем
звукопоглощающим материалом. Этот материал обязательно дол­
ж ен быть пористым. В этом качестве чаще всего применяют хлоп­
чатобумажную, минеральную, стеклянную, KanpoHOiByra вату, по­
ролон, войлок и т. д. Толщина звукопоглощающего покрытия, на­
пример, из паты долж на быть не менее 20—30 хмм. Чтобы нанести
на внутренние поверхности панели звукопоглощающий материал,
из него делают маты. Н а куске марли расклады ваю т вату ровным
слоем, накрывают другим куском марли и равномерно простеги­
вают суровой ниткой. Маты крепят к внутренним поверхностям
оформления гвоздями или шурупами. Если нет возможности вне­
сти много звукопоглощающего материала, то им покрывают з а д ­
нюю стенку и углы ящиков. При достаточном количестве звукоп о п о щ а ю щ е го м атериала его наносят на все внутренние поверх­
ности, за исключением панелей с головками. Д л я предохранения
от попадания звукопоглощающего м атериала на головку рекомен­
дуется одевать специатьный мешочек из акустически прозрачной
ткани, например бязи.
Удобно применять в качестве звукопоглощающего материала
поролон (пенополиуретан) толщиной 20— 50 мм. Отметим, что ес­
ли укреплять звукопоглощающий материал на расстоянии 20— 50 мм
от внутренних поверхностей оформления, звукопоглощение на низ­
ких частотах увеличивается Хорошие результаты дает подвеши­
вание звукопоглотителя в виде валика поперек ящ ика. Р азм ещ ать
73
звукопоглощ аю щ ий материал в корпусе ф азоинвертора, вблизи
внутреннего отверстия ф азоинвертора, нуж но с остор ож н остью ,
так как чрезм ерн о сильное дем пф ирование м ож ет привести к пре­
кращ ению действия ф азоинвертора. РаЗхМещение ж е этих м атери а­
лов в отверстии или тр убе ф азоинвертора недопустим о. Вообщ еж е количество звукопоглощ аю щ его м атериала дол ж н о быть такИхМ, чтобы не превыш ался критерий допустим ости активных аку­
стических потерь в оф ормлении и заполнении.
Что касается значений общих активных потерь в акустиче­
ской системе, включающих в себя активные потери в головке, кор­
пусе, м атериале заполнения, трубе фазоинвертора, то они могут
быть найдены по зависимости модуля полного электрического со­
противления от частоты (Z-характеристики) головки без оформ­
ления и, последовательно, головки в закрытом офор'млении без
заполнения, с заполнением и в фазоинверторном оформлении то­
го ж е объема и с той ж е головкой.
Значение активных акустических потерь Гпот находится из вы ­
раж ения rnoT = (i)oim/Q = s/(cooQ). Однако практически ищут зн а­
чение rnox/m = ©o/Q или Гпот/5= l/(© oQ), поскольку нахождение
точных значений т и s — довольно слож ная задача, а нахож де­
ние значений ©о и Q незатруднительно (по Z-характеристикам ).
Методика измерения этих величин приведена далее.
Значения потерь для различных случаев соответственно р а в ­
ны:
для головки без оформления: акустические потери ro/mo=©o/QM^
полные потери (го + Гвн)/mo=ojo/Q;
для головки в закрытом оформлении: без заполнения (го+Гвн-f
+ Гоф)/то = woi/Qob
с
заполнением
(го+Гвн + ^оФ+^зап)/то ==
=©'oi/Q^oiЗдесь ©'оь Q^oi — резонансная частота и добротность головки
в закрытом оформлении с заполнением.
Д л я фазоинверторных систем (го-ГГвн-Ггоф-ГГтр)/5= l/(©фQф).
Однако целесообразно находить не абсолютное значение ак ­
тивных потерь, а их отношение к потерям в головке. В таком ви­
де и представлены критерии допустимости потерь, например в з а ­
крытом и фазоинверторном оформлениях. Значения их приведены
в соответствующих главах.
Д л я закрытого офорхМления допустимое значение активных аку­
стических потерь определяется из выражения (39), для случая АС
с ФИ это значение определяется как (Гвн + го)/(гоф-ГГзап Ттр)
10
где Гтр — активные акустические потери в трубе или отверстии ф а ­
зоинвертора.
КОНСТРУКЦИЯ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЗА ДА Н Н О Й
НАПРАВЛЕННОСТИ
Очень важно обеспечить необходимую направленность АС.
Действительно, предположим, что система имеет, как это часто
бывает, тупую характеристику направленности на низких часто­
т ах и острую — на высоких. Тогда д аж е при весьма равномерной
частотной характеристике на оси мы получихм под некоторым уг­
лом к ней частотную характеристику с большим спадом в сторо­
ну высоких частот. Разумеется, что получить удовлетворительное
звучание от такой системы для всех направлений, кроме осевого,
невозможно. Поэтому на практике прихменяют разные способы р а с ­
ширения характеристик направленности на высших частотах. П ро­
стейший из них — применение малых по сравнению с длиной вол­
ны излучаемого звука головок. Так, если головка работает в
ооршневом диапазоне, ее направленность изменяется незначитель­
но. В некоторых зарубежных моделях АС для расширения х а р а к ­
теристик направленности на высоких частотах одиночных боль­
ших головок .применяют рассеиватели (рис. 79) или головки с сек­
торными рупорами (рис. 80). Однако среднечастотные и тем более
высокочастотные одиночные головки являются слишком м аломощ ­
ными, и для того чтобы подводить к ним большую мощность на
средних и высоких частотах, приходится применять по нескольку
оловок, соединенных электрически последовательно или п а р ал ­
лельно.
РИ С . 79. Конструкция высокочастотной
головки с рассеивателем
РИС. 80. Высокочастотная
головка с секторным рупо­
ром
Т акая группа головок будет обладать, как мы увидим дальше, д о ­
вольно острой направленностью. Чтобы она не слишком сильно влия­
ла на качество звучания, иногда располагают головки группами, вер­
тикально одна над другой. При этом обостряется направленность
только в вертикальной плоскости, что не причиняет большого вре­
да, если ось группы располагают на высоте ушей слушателей. Н а ­
правленность ж е в горизонтальной плоскости при этом не отли­
чается от направленности одиночной головки. Но такое распо­
ложение не всегда удобно конструктивно, так к а к при этом «р аз­
дувается» высота системы. Н аправленность группы излучателей
75
может быть определена исходя из основной теоремы направлен­
ности, гласящей, что направленность группы Rr{Q ) равна произ­
ведению из направленности, входящей в нее одиночной головки
i?o(0) на направленность R i{Q ) рассматриваемой группе, но со­
ставленной из точечных, т. е. ненаправленных излучателей. Т ак,
для линейной группы, т. е. составленной из ненаправленных из­
лучателей, .расположенных по прямой линии
sin
Rг (6) =
п sm
' ппй
nd
sin 6
'
sin 6
где 6 — угол меж ду перпендикуляром к линии излучателей и на­
правлением на точку наблюдения, п — число головок, d — рассто­
яние между соседними излучателями, Х
длина волны излучаемого звука.
Как видно, направленность группы частотно-зависима, не гово­
ря уж е о том, что зависит такж е от частоты и направленность
составляющих ее головок. Это приводит к обострению направлен­
ности с повышением частоты. Д л я борьбы с этим применяют
включение головок группы через электрические фильтры (см. д а ­
л ее), рассчитанные так, что по мере повышения частоты одни за
другими отключаются крайние головки группы, чтобы сохранить
примерно постоянным отношение ndl'k .
Часто для расширения характеристики направленности р а с ­
полагаю т головки в горизонтальной плоскости по дуге круга. Н а
рис. 81 изображены получающиеся при этом характеристики на­
правленности при угловом разм ере дуги 60° (рис. 81,а), 90°
(рис. 81,6). Цифры над каждой характеристикой обозначают от­
ношение диам етра группы к длине волны излучаемого звука. Эти
характеристики вычислены по довольно громоздкой формуле
fe=-bm
nD
1
COS ( 6 - г ^ а )
+■
2
cos
Rг =
2/71
1
V
к=—т
к=-у-т
ЯD
COS (6 - f ^ а )
2
sin
т ——k
где 6 — угол м еж ду радиусом группы, проведенным через точку
симметрии дуги и направлением на точку наблюдения, 2 т — \ —
число головок, предполагаемое нечетным, D — диаметр группы
с — центральный угол между соседними готовками.
Это выражение выведено для группы, составленной из нена­
правленных головок. Т ак же, как и для линейной группы предот­
вратить обострение направленности при повышении частоты мож ­
но с помощью электрических фильтров, отключающих одни за
другими крайние головки группы.
К аж ды м из описанных способов можно добиться существенно­
го расширения характеристик направленности. Однако малона»
76
прэБленные акустические системы, предназначенны е для в о с п р о
изведения стереоф онических програм м, обеспечиваю т удов л етв о­
рительное воспроизведение их лишь на сравнительно небольш ой
площ ади (см . рис. 8 2 ), примыкающ ей к перпендикуляру, в осста­
новленному к середи не базы — линии, соединяю щ ей центры си-
d/ к - 0,15
Г,О
dK=0,15
d/l.=^0,5
JO
а/Х=0,5
d/?^=7,0
d/'K^j,0
JJ
РИС. 81. Характеристики направленности головок при разных угловых размерах
дуги
стем стереоф онической пары. А если учесть, что наилучш ее впе­
чатление у слуш ателей получается при нахож дении на расстоя­
нии от базы , примерно равном ее длине, то ясно, что площ адь
удовлетворительного восприятия стереоф онического эф ф ек та мо77
«.I
00
0,5
РИС.. 82. Зона стереофонического воеприятия иеиапраплеииых акустичес­
ких систем
О -S -ю -к -7П
220 -/S 4 0 -.У -Л
hO
1,5 X
РИС. 83. Зависимость /г* от х
О -5
-10 -15 -20
дБ
-20 -15 -10 -5
РИС. 84. Образование разности уровней и
разности времени
О
-25-20-15-10 - 5
Чо"
РИС. 85. Оптимальине формы харак­
теристик папранлепиости АС при рас­
стоянии до слушателя 2 м и длине
базы от 1,8 до 2,8 м
О +5 ^
А5
РИС. 86 . Оптимальные формы харак­
теристик направленности АС для
разных расстояний до слушателя при
базе длиной 1,8 м
РИС. 87. Зависимость коэффициен­
та использования площади прослу­
шивания от иаправлеиности громко­
говорителей для разных углов пере­
сечения а к у с т и ч е с к и х осей
ж ет содержать в себе лишь очень небольшое число слушательских
мест. Советскими изобретателями А. В. Борисенко, Ю. А. Ковалгиным, А. П. Коротченко и Ю. П. Берендюковым предложен ин­
тересный способ расширения площади, на которой может на­
блюдаться стереофонический эф ф ект *. Его психоакустической ос­
новой является тот факт, что направление на каж ущ ийся при сте­
реофоническом воспроизведении источник звука зависит как от
разности уровней звукового давления ДА, пришедших от стерео­
фонической пары акустических систем к ушам слушателей, так и
разности времен прихода звука Ат. При этом A L и Ат могут ком­
пенсировать друг друга, т. е. являться эквивалентными. Так, если
каж ущ ийся источник звука подбором какого-то значения AL вы­
веден из срединной точки базы, то при подборе какого-то зн а­
чения Ат этот источник может быть возвращен в первоначальную
точку. Количественно взаим ная компенсация AL и Ат может быть
вы раж ена через коэффициент эквивалентности; кх —АЬ/Атц. И н­
декс X обозначает, что значения k x зависят от бокового смещения
X от оси базы, параллельно ей. Зависимость kx от х представлена
на рис. 83.
К а ж д а я точка слушания характеризуется значением Ат, р аз­
ностью расстояний II и k до акустических систем стереофониче­
ской пары и значением A L, снпределяемым той ж е разностью рас­
стояний и формой характеристики направленности АС, и углом
разворота ф их осей (рис. 8.4). Очевидно, что, подбирая форму
характеристики направленности и угол разворота осей, можно до­
биться д л я каждой точки слушания сохранения стереофонического
эффекта. Количественно условие этого сохранения вы раж ается
урав'нением
;fe,AT-f A L - f AL/? = 0 .
(51)
Здесь A L — разность уровней звукового давления из-за разности
расстояний 1у и k до акустических систем, а
AL« = / ? ( е , ) - / ? ( е 2 ) ,
разность уровней за счет того,, что звук от пары акустических си­
стем, приходящий в точку слушания, излучается под разными уг­
лами к оси каждой АС. Отсюда
j? (e .)-.R (ej=
i№ A ,+ 2 0 ig .iL .
С
Это соотношение хорошо выполняется для
теля, не слишком близких к базе.
Отметим, что соблюдение условий (51)
во всем частотном диапазоне. Достаточно
пазоне от 300— 600 Гц до 3000— 5000 Гц,
фонический эффект.
(52)
1%
всех положений слуш а­
и (52) не обязательно
их соблюдение в диа­
определяющим стерео­
* Дальнейшее изложение настоящей главы дается в соответствии с реко­
мендациями, изложенными более подробно в книге: Л . М. Кононович и Ю. А. Ковалгин. Стереофоническое воспроизведение звука. — М. Радио и связь, 1981.
79
Расчет .по выражению (52) показывает, что оно удовлетворя­
ется не одной формой характеристики направленности, а множе­
ством этих форм. Н а рис. 85 представлены оптимальные формы
характеристики направленности, правой (сплошная линия) и л е ­
вой (пунктирная) АС, расположенных на базах равной длины (от
1,8 до 2,8 м) при расстоянии слушателей от базы 2 м, а на
рис. 86 — 01птимальн 1ые формы характеристик направленности для
разны х расстояний слушателей от базы 1,8 м.
Д л я расширения площади восприятия стереофонического эф ­
фекта можно применять и АС, не направленные в горизонтальной
плоскости, но направленные в вертикальной, с расположением их
выше или ниже ушей слушателей. Использование площади п р о ­
слушивания показано на рис. 87.
Реализация требуемых характеристик направленности может
быть осуществлена только за счет использования специальных
принципов конструирования АС или, точнее, их среднечастотных
звеньев. Н аиболее употребительными конструкциями в настоящее
время являются линейные группы (где центры головок располож е­
ны по прямой) и акустические линзы. Д л я примера приведем дан ­
ные линейной группы, составленной из головок диаметром 0,1 м.
Таблица
3
Р азм ер б азы , м
П ар ам етр
Направленность, определяемая как спад
уровня на
дБ
под углом, “
Необходимое число голов'ок в группе для
достижения требуемой направленности:
в полосе 350—700 Гц
1 .8
2 ,4
3 .0
6
40
8
50
10
60
___
6
....
в полосе 1000 Гц
.—
4
—
в полосе 1000—2000 Гц
—
1—2
—
К ак видно, по мере повышения частоты число головок д о л ж ­
но уменьшаться, что можно выполнить путем отключения край­
них головок с помощью этектрических фильтров (что, вос^ще
говоря, не очень практично). В приведенном примере конструк­
тивная длина группы составит 6X0,1 = 0,6 м. Однако эта длина
может быть уменьшена, как и для групп другой длины, в поло­
вину, если группа будет вплотную приж ата к стене. Такой ж е ре­
зультат получается для групп, направленных в вертикальной п ло­
скости, при их установке на полу.
80
Примером устройства акустической линзы является конструк­
ция, показанная на рис. 88. Она представляет собой набор доста­
точно жестких параллельны х металлических пластин, располагае­
мых под некоторым углом к стереофонической базе. Д л я направ­
ления, совпадающего с плоскостью пластин, линза не оказы вает
существенного влияния, но для
других направлений, как это у ж е
пояснялось ранее, из-за разности
ф а з колебаний от выходов линзы
до точки наблюдения направлен­
ность обостряется. Поэтому, на­
пример, для получения результа­
тов, приведенных в табл. 3, при J2‘
использовании линзы достаточно
в указанны х там полосах иметь
число головок соответственно 3,3
и 2 и наклон пластин линзы от
40° (для базы 1,8 м) до 30° (для
базы 3 м ). При таком небольшом
числе головок электрическое от­
ключение одной или двух из них
можно осуществлять с помощью рис. 88. Устройство акустической
шунтирующего отключаемые го- линзы
ловки конденсатора.
В заключение отметим, что термин «линза» применяется по
аналогии с оптическими линзами, где концентрация или рассеива­
ние света получается за счет того, что лучи проходят в различ­
ных точках линзы разные пути благодаря чему изменяется ф аза
световых колебаний для каждого из лучей.
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫ Е Ф И ЛЬТРЫ
В многаполосных АС головки, предназначенные воспроизво­
дить разные части частотного диапазона, включаются через так
называемые разделительные фильтры. И х назначение заклю чает­
ся в том, чтобы пропускать к каждой головке напряж ение только
нужных частот. Эти фильтры различают по крутизне спада за
пределами высшей или низшей граничной частоты. Обычно при­
меняют фильтры с крутизной спада 6, 12 или 18 д Б на октаву.
П о схеме их разделяю т на фильтры для двухполосных и трехпо­
лосных АС. Исходными данными для расчета являются частота
раздела и сопротивление головки в рабочей полосе фильтра.
Н а рис. 89,а, б, в приведены схемы фильтров с крутизной спада
соответственно 6, 12 и 18 дБ /октава. В верхней части каж дого из
рисунков приводится схема фильтра для двухполосной АС, а в
нижней — для трехполосной. Н а каждом рисунке приведена т а к ­
81
ж е формула д л я определения элементов этих, фильтров. Емкости,
индуктивности и сопротивления соответственно даны в ф арадах,
генри и омах. Конденсаторы фильтров выбирают из номенклату­
ры выпускаемых промышленностью изделий. Больше всего под­
ходят для разделительных фильтров конденсаторы типа МБГО„
парам етры которых приведены в приложении 6.
о J
:
R
<[ЗЧ
Я
<[ВЧ
^=
j
д,
Я/=т=Я <3 од л
Crl/f2%f^n
О
С=1/Z7CfpR
С2^1/гШдп
fg-RjZ7CLi~l/2%RCj
fB=RlZ%Lz =1/Z%RC2
i
=я
X
X
4Л
I
5)
1 г = З В / Щ ',
k-R/6% f^',
Lj=3R/eXfp
Orz/ щ в ; Cz-i/xffR; Сз-1/з%дк
о
РИС. 89. Схемы разделительных фильтров
Что касается катуш ек индуктивности, то их изготавливаю т пу­
тем намотки без железного сердечника во избежание искажений,
обусловленных перемагничиванием. Практически оптимальная в
смысле максимума отношения индуктивности катушки к ее актив­
ному сопротивлению конструкция получается, когда внутренний
диаметр цилиндрической обмотки вдвое больше ее высоты Л, а
внешний диаметр в 4 раза больше Л и в 2 раза больше внутрен­
него диаметра. При этих условиях значение h = V L/7^/0,866 мм
(L, мкГн, R, О м ), длина провода / = 1 8 7 , 3 число витков
= 19,88 I / L /Л, диаметр провода (без изоляции) d = 0,84-/i/]/^7V мм,
масса провода т — {h^f2\,A) -10^ кг.
Пример. Определить данные катушки индуктивностью 3,37 мГн
разделительного фильтра, нагруженного головкой сопротивлением
15 Ом. Активное сопротивление рассчитываемой катушки выби­
раем равным 5% от сопротивления головки. Это соотношение
82
МОЖНО считать вполне приемлемым. Тогда /? = 0,05-15 = 0,75 Ом,
откуда L/J? = 3,37-10^0,75=4500. Высота обмотки к = У 4500/0,866=
= 24,5 мм, длина провода /= 1 8 7 ,3 У 3,37-10^-24,5 = 5 ,3 5 - Ю’* мм =
= 53,5 м, число витков N = 19,88 У 3,37-10^/24,5=233 витка, д и а­
метр провода d —0,84 • 24,5/ У 233 = 1,35 мм, масса провода т =
= (24,53/21,4)-103 = 0,69 кг.
Естественно, полученные числа должны быть округлены, и в
первую очередь диаметр провода, до ближайш его стандартизо­
ванного диаметра. Окончательно индуктивности подгоняют путем
измерения на мостике, отматы вая по нескольку витков обмотки,
намотанной с некоторым превышением числа витков сравнитель­
но с рассчитанным. Катушки можно наматы вать на пластм ассо­
вые, деревянные или картонные каркасы. П рименяется и бескар­
касная намотка (рис. 90), для того чтобы катуш ка не р азв ал и ­
лась, витки после намотки каждого слоя промазывают клеем
БФ-4. Если есть возможность, то для полимеризации клея катуш ­
ку запекаю т в термостате при температуре 140— 160° С в течение
1 ч. Если такой возможности нет, то катуш ка долж на быть вы­
сушена при комнатной температуре в течение суток. Иногда про­
вод, в качестве которого предпочитают мар^
ку П Э Л , бывает покрыт каким-либо мае1
лом. Тогда перед намоткой или в ее процессе провод нужно протереть ваткой, смо­
Б-витн.
ченной смесью из 50% спирта и 50% бен­
зина или, в крайнем случае, чистым бензи­
ном. Собранный и смонтированный фильтр,
Схема бес^
^
каркасной
намотки
т, е. его конденсаторы и катушки, разме- катушки
щают на полочке, укрепленной внутри кор­
пуса АС. Разумеется, все электрические соединения должны быть
хорошо пропаяны во избежание шорохов и тресков, могущих воз­
никнуть из-за плохих контактов.
ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ
АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
В предыдущих разделах мы ознакомились с основными п а р а­
метрами, которые характеризуют работу АС. Эти параметры опре­
деляются с помощью соответствующих измерений, которые могут
быть разделены на две основные группы; электроакустические и
электрические. Первые из них хотя и несут наибольшую инфор­
мацию, вместе с тем и наиболее сложны, так ка к д л я своего вы ­
полнения требуют не только -сложной аппаратуры, но и специаль­
ных условий измерений, которыми могут располагать только хо­
рошо оснащенные специализированные лаборатории, а именно, з а ­
глушенными звукомерными камерами. Устройство таких камер
весьма дорогостояще, особенно если нужно измерять в них АС, н а­
чиная с самых низких частот. В этом случае камера д олж на иметь
83
большие размеры, хотя и меньшие по сравнению с длиной волны,
на этих частотах, но сравнимые с ними (даж е на частоте 50 Гц
длина волны около 7 м ). Стены, потолок и пол камеры должны
быть отделаны звукопоглощающим покрытием, в качестве которого
преимущественно используют клинья из тонкого стекловолокна
(рис. 91). И большие размеры камеры, и ее звукопоглощ ающ ая
отделка служ ат одной цели — исключить в камере отраж ения и
тем самым создать в ней условия свободного пространства. В т а ­
ких кам ерах и определяют основные параметры АС, а именно:
частотные характеристики как осевые, так и под различными уг­
лам и к оси, их неравномерности, стандартное звуковое давление
(характеристическую чувствительность), среднее звуковое д а в л е­
ние, характеристики направленности, нелинейные искажения н др.
Типичная схема измерительной установки приведена на рис. 92.
Н апряж ение от звукового генератора 1 подается на мощный
усилитель 2, выходное напряж ение которого подводится к АС 3.
Звуковое давление, развиваемое
ею, воздействует на измеритель­
7
ный микрофон 4, имеющий весь­
2
F
<3
0 - ■4i---ма ровную частотную х арактери­
4
(J
стику, т. е. чувствительность, м а­
ло зависящую от частоты. Выход­
ное напряжение с микрофона по­
дается на микрофонный усили­
те ть 5, к которому подключено
по ^
устройство
автоматической
запиРИС. 92. Схема измерения частотных
^
^
..
„
характеристик
СИ характеристик 6. Устройство
записи имеет механизм, протя­
гивающий бу-мажную ленту, и пишущее устройство (перо), переме­
щающееся перпендикулярно направлению движения ленты. М еха­
низм протягивания обычно жестко скреплен с валом конденса­
тора переменной емкости звукового генератора, при вращении
84
которого и изменяется (примерно по логарифмическому закону)
частота генератора. Таким образом, и перемещение ленты проис­
ходит по логарифмическому закону в соответствии с изменением
частоты. Перемещение пишущего механизма (пера), благодаря
соответствующей схеме микрофонного (или вспомогательного) уси­
лителя, происходит пропорционально логарифму входного напря­
жения микрофонного усилителя и тем самым логарифм у звуко­
вого давления, воздействующего на микрофон. В результате з а ­
пись на бланке автоматического устройства происходит в двойном
логарифмическом масш табе как по оси ординат (в децибелах),
так и по оси абсцисс. Если на этом бланке записывать не только
осевые частотные характеристики головки или АС, но характе­
ристики под разными углами (рис. 93), то это даст возможность
судить о направленности этой головки или АС.
РИС. 93. Частотные характеристики головки 10ГД-20 под разными углами
Если теперь вместо пиш ущ его устройства В1ключить анализатор
гармоник, то м ож но определить и нелинейные искаж ения.
Частотные характеристики и характеристики направленности
можно определять не только на чистых тонах, т. е. на синусои­
дальных сигналах, но и на полосах шума. Наиболее распростра­
ненными в настоящее время шумовыми сигналами для измерений
являются 1/3 октавные полосы шума. Следует отметить, что наи­
более употребительным расстоянием от испытуемой АС до изме­
рительного микрофона является расстояние 1 м. Однако иногда
берут и другие расстояния, но результаты измерений на них при­
водятся к 1 м. Более полно методика электроакустических изме­
рений устанавливается государственным стандартом 16122— 78
«Громкоговорители. Методы электроакустических испытаний».
85
К ак указывалось, -проведение электроакустических испытаний
доступно лишь хорошо оснащенным специализированным л аб о ра­
ториям. Более доступны измерения электрические. Они даю т воз­
можность проверить АС на отсутствие дребезж ания, определить
е е . сопротивление, резонансную частоту, добротность, эквивалент­
ный объем. Д л я выполнения электрических измерений необходи­
мо иметь лишь звуко 1в ой генератор, усилитель и электронный
вольтметр. Вклю чая звуковой генератор на испытуемую АС через
усилитель и изменяя непрерывно частоту генератора в диапазоне
АС при напряжении, подводимом к системе, можно путем про­
слушивания установить наличие или отсутствие дребезж ания у ис­
пытуемой системы. Электрическое сопротивление АС на какой-то
частоте измеряется с помощью м агазина сопротивлений так. что
на нем подбирают такое сопротивление, что при переключении
вольтметра с него на испытуемую
АС показания
вольтметра не
меняются. Выставленному при
этом на магазине сопротивлению
и равен модуль электрического
сопротивления головки, откры­
той, закрытой АС. Резонансная
частота АС определяется по ч а­
стоте, на которой модуль электри/ ческого сопротивления АС макси­
мален.
fi fo fz
Д л я определения эквивалентРИС. 94. Схема определения доброт
объема головки последованости головки и акустической сисpgjjbi
тельно определяют ее резонанс­
ную частоту без оформления /о и
далее резонансную частоту /01 этой ж е головки, помещенной в з а ­
крытое оформление известного объема V. Тогда эквивалентный
объем Vs может быть определен по формуле V s = V ■{poi/po — 1).
Например, если резонансная частота головки соста-вляет 30 Гц, а
при помещении ее в закрытый объем (100 л ) — 45 Гц, то экви­
валентный объем головки будет составлять Уэ= 100-(452/302— 1) =
= 1 2 5 л.
Несколько сложнее определяется добротность. Д л я этого
(рис. 94) находим сопротивление испытуемой головки на по-стоянном токе (или на весьма низкой частоте) Zi и на резонансной
частоте Zq. Д ал ее находят путем изменения частоты те ее значе­
ния fi, / 2, при которых сопротивчение Z2 = \ ziZq. Тогда искомое
значение добротности будет
Г)
1/ ^1
у
Zo
flfo
( f l — fl)
1л
~
У
го
_____ f l fo___
(/i-/o)(/i+/o)'
Н апример, пусть сопротивление АС на весьма низкой частоте
составляло 4 Ом, а на резонансной частоте 30 Гц — 16 Ом и на
частоте 20 Гц равно 1 /^ 4 '1 6 = 8 Ом. Тогда
86
- A11 = o.55.
16 (30 — 20)-(30 + 25) ~
Отметим, что такое определение резонансной частоты и доб­
ротности справедливо для головок открытых и закрытых АС. Д л я
систем ж е с фазоинверторами и с пассивными излучателями про­
стое понятие добротности не имеет места и поэтому , его не имеет
•смысла определять. О днако по частотной характеристике модуля
полного электрического сопротивления можно судить о степениэффективности АС с ФИ и АС с ПИ, как это указы валось в соот­
ветствующих параграф ах.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. МЕТОД ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИХ АНАЛОГИИ
Д ля анализа АС, кроме метода электромеханических аналогий, описанного*
§ 1, часто используется при расчетах и метод электроакустических аналогий. По
этому методу аналогом звукового давления р считают напряже) 1ие V, аналогом
колебательной скорости V — плотность тока q, а аналогом об 1 .емной скорости
колебаний VS — ток L
Комбинации из акустических и механических систем такж е можно рассмат­
ривать с помощью электроакустических аналогий. При переходе от механиче
ских систем к акустическим все механические сопротивления Zr, необходимо за
менить на соответствующие нм акустические Za, а силы F н скорости V соотвот
ственно на давления р и объемные скорости V -S = V o 6.
Покажем, как это делается. С одной стороны, Zu = F/V. С другой стороны,.
к о б = Г - 5 д , где 5д — эффективная площадь диффузора головки.
Акустическое сопротивление Z a = p /K o 6. Следовательно, Za = Р/(5®дК5®д) =
= Г /(к 5 ® д ) =Zm/S®„. Исходя из последнего равенства, можно показать, чтО'
т м = т а 5 ® д , St^=SвS*f^, Гм=Га5д, где т*,. «м, г„ — соответствен ни механические
масса, упругость и сопротивление. Обычно индексы «м» опускают.
Применяя эти соотношения, можно при расчете, например, АС с ФИ или АС
с ПИ значительно упростить расчетные выражения. Дейсгиительно, испо.тьзуя
акустический аналог механоакустической системы, можно рассчитать указанные
АС с любым соотношением площрдей диффузора головки и огверсгия фазонн
вертора или площади пассивного излучателя, и это никак не усложнит расчета
поскольку все параметры с механической стороны уж е проиормнрованы относи
тельно площади диффузора головки.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ВЫВОД ВЫРАЖЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА
ВЕЛИЧИНЫ к = х ф о ИЗ (40)
Д ля нахождения величины k рассмотрим упрощенную схему акустического
аналога АС с ФИ, изображенного на рис. 50. Обозначим полное акустическое
сопротивление подвижной системы головки zo, полное акустическое сопротивле­
ние разветвления «1» — Zp, входное акустическое сопротивление АС с ФИ — z.j),
входное акустическое сопротивление головки в закрытом оформлении — г^.
Тогда суммарная объемная колебательная скорость АС с ФИ
ВЦ
—
Хф—
B IU
в^р
Zp
1- 2ф
V (Кг + к») 5=
а объемная колебательная скорость на поверхности головки
Х0 =
(RvKRu)
Отсюда
(
B IU
В* Р
{Rr+Rn)S^^
+ г,
)
да /а
I {R r+ R u )S l
хо
(П
да /а
+ гф
S/]
ы
91
Напишем развернутые выражения для всех сопротивлений, входящих в (I):
Zn
---
Za =
+ ''о
+ ''о
{R. + Rn)Sl
+ /
ю
'■(
со
Zp
( г 4 - / to m ) / [ r -J- / (со m — s/ co)];
=
s/j(3i
;
/со
Т огда
2ф — Zq 4* 2 p .
г 4 - / (to m — s/co)
£ 2 /2
I
(/?r4-/?K)s:
Sn/co— s/to) r
+ ''o
{Rr + R ,d Sl
r4"/com
\
.
s
Г + / tom
'I
+ Го ] 4 - / (to mo— so/(o )4 -:------ г- - - — — I
/
/ t o г4~/ (com— s/c o )j
r4 -/(com—s/co)
(2 )
П ровод и м с (2) р я д н еслож ны х п р ео б р азо в ан и й
/ сото— So/сл— 8/(0
Д2/2
+
1 + /
г.
iRr + R^)Sl
V
сотр—8р/(о
-X
S/COq
f
Д 2/2
(г 4 - / ’со т / г )
+ То
1+ / I ~
7 ~ ~ Г + ''о I + /
V (7?г4-/?к)5^
(/?г4-/?к)5^
1+/
/ с о т — s/co
Y
с
)
г
(1 4 - / со тп/г)
X
(3)
с о т — s/co^
1 + /
У читы вая, что С ф =софт/Гф, запиш ем (3) в виде
1 + /Q
/
со
СОо
СОр
со
V
со /
Sp со
упрощ ений
^
14-/Сф'
введем
14-/Q
k=
W iQ
92
Ю
So
со
\I
- ' 7
(
“ф
^
со ___ ^
\СОф
Д л я д альн ей ш и х
Т огд а
СОо
1+ / ^ Ф
eL _
\СОо
S
Q
со
)
о б о зн ач ен и я:
/2—П—1
t
t 4~/ 11 Сф
'Ч"- Г)
14"/Сф|
7
1 + /С ф
/=со/соо;
со
(Оф
)]
\СОф
со
n = s /s o ;
/=соо/соф.
и окончательно
\k\ =
nl/
/2 — л — 1
(4 )
+
’При настройке фазоинвертора на резонансную частоту головки выражение (4)
упрощается и принимает вид
0 — QQф (t*— n - 1)}2+|/ Сф + Q ^ - .....Г ' ~ " ) ^
+ QQф п-
t—
t /
+
-
q
/ р—П—\ \
( —
^ /
1 \
) +«ф ( '- т )
ПРИЛОЖ ЕНИЕ 5. ВЫВОД ВЫРАЖЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА
ВЕЛИЧИНЫ k = x J x o (47)
Д ля нахождения величины k рассмотрим упрощенную схему акустического
аналога АС с ПИ, изображенную на рис. 63.
Обозначим полное акустическое сопротивление подвижной системы головки
Zo, полное акустическое сопротивление разветвления (в точке 1 ) — Zp, входное
акустическое сопротивление АС с П И — Zn и входное акустическое сопротивле­
ние АС без ПИ — Za.
Тогда суммарная объемная колебательная скорость АС с ПИ
Хтг---
ВЦ
Zp
7ц Зк/ / W
{Rr +i- Нк)
R k)
B IU
В* /2
■
гр
s j i (О
(Rr + RA
а объемная колебательная скорость АС без ПИ
B IU
Хо=
ВД /2
{ R t + R kY
Отсюда
Д 2 /2
{Rr + R k) 5 ;
Хо
( 1)
В2 /2
(Кг + K.J
Т
Sk/ / co
Напишем теперь развернутые выражения для всех сопротивлений, входя­
щих в ( 1 )
- z .=
Д2/2
----------------г - + г в
(K,. + R„)Sl
+ /[© Шо— So/©};
93
£2/2
■+ To + / [to mo — So/(0 — s/( 0] ;
Zg ---
r - f / (com— ../to)
/со r -|- /(c o m — s/co— Sp/co)
Zn = Zq4“ Zp .
Тогда выражение (1) примет вид
д а /9
+ То +
(7?г4 -/?к) 5 2
да/а
+
Тр
(7?р 4“ 7?к)
Ч
- 4 - / а mp —
а
-
So ]
+
w
Zq
+ / COW
-
Sk
а
[г 4 - / а m]
(2>
________
г 4 - /( с о т — s/co)
«к
■j [г 4 - / (a m — s / a — 5к /а )1
/со г 4- / (am — s / a — Sr/ co)
Д л я дальнейших упрощений введем следующие обозначения: /= а / а о , л = 5к/Д,
/=ао/соп, P=Sk/s, Q n = a n m /rn = s/a n T n , где ain — резонансная круговая частота
настройки пассивного излучателя, Qn — добротность пассивного излучателя.
П роводя с (2 ) ряд несложных преобразований, получаем
l+ /« n
II
k=
1 4 -/
'(.
а - п - 1МГ. . .^/< 2-1 М
^
t
)1
Окончательное выражение для k может быть записано в виде
/2 _ п _ 1
i4-Q Q n(
4-QQn
Тл / /а / 2 _ 1 ч
/
/ а _ л — 1
/
\
/а
/2 — п — 1
а
)]}’
1 \ ( /а/а— р — 1))
/ / a / a _ i y
7 7 -1
Qr
+ •
и
М Г-)+^Ч(
Г
+
/а /2— 1
-л — 1
и
ЖРИЛОЖЕНИЕ 6. ПАРАМЕТРЫ КОНДЕНСАТОРОВ МБГО
(МЕТАЛЛОБУМАЖНЫЕ, ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЕ, ОДНОСЛОИ
Н ом инальное нап ряж ение, В
Н ом ин альн ая
емкость, мкФ
160
300
400
500
600
Габаритны е разм еры , мм
0.25
0,5
1,0
2,0
4,0
10,0
20,0
30,0
25X 31X 16
25X 31X21
50X 46X 16
50X 46X31
50X 46X 56
25X 31X 11
25X 31X 21
50X 46X 11
50X 46X 21
50X 46X 41
50X 46X 56
25X 31X 16
25X 31X 26
50X 46X 16
50X46X31
50X 46X 61
25X 31X 11
25X 31X 21
50X 46X 11
50X 46X 21
50X 46X 41
50X 46X 76
25X 31X 11
25X 31X 16
25X 31X 26
50X 46X 26
50X 46X 26
50X 46X 56
П р и м е ч а н и я : 1. К онденсаторы на больш ие номинальны е н ап ряж ен и я имеет смысл
применять только в тех сл учаях, когд а нет номиналов конденсаторов на меньш ие емкости
ш н ап ряж ения.
2. П риведенны е разм еры не учитываю т вы ступаю щ ие з а них кон такты в лап ки креп­
ления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белов И. Ф., Дрызго Е. Д., Суханов Ю. И. Справочник по бытовой прием­
но-усилительной аппаратуре. — М.: Сов. радио, 1980.
2. Болотников И. М. Громкоговорители. — М.: Искусство. 1971.
3. Виноградова Э. Л . Конструирование громкоговорителей со сглаженными час­
тотными характери.сти'ка.ми. — М.: Энергия, 1978. — 49 с.
4. Иофе В. К-, Яппольский А. А. Расчетные графики и таблицы по электро­
акустике.— М.—Л.: Госэнергоиздат, 1954. — 522 с.
5. Иофе В. К. Электроакустика. — М.: Связьиздат, 1954.— 184 с.
6 . Иофе В. К., Корольков В. Г., Сапожков М. А. Справочник по акустике.—
М.: Связь, 1979. — 312 с.
7. Иофе В. К., Лизунков М. В. Взаимный подбор головок громкоговорителей
и оформлений для акустических систем. — Техника средств связи. Сер. ТРПА,
1979, вып. 1, с. 61—70.
8 . Кононович Л. М., Ковалгин Ю. А. Стереофоническое воспроизведение зву ­
к а .— М.: Радио и связь, 1981. — 184 с.
9. Лизунков М. В. О рациональном выборе параметров фазоинверторных акус­
тических систем. — Техника средств связи. Сер. ТРПА, 1979, вып 1,
с. 71—82.
10. Лизунков М. В. Методика расчета акустической системы с пассивным излу­
чателем. — Техника кино и телевидения, 1981, Л9 12 , с. 26—29.
1 1 . Римский-Корсаков А. В. Электроакустика.— М.; Связь, 1978. — 272 с.
12. Сапожков М. .А.. Электроакустика. — М.: Св«зь, 1978. — 272 с.
13. Фурдуев В. В. Акустические основы вещания. — .М..: Связьиздат, 1960. —*
320 с.
14. Беранек А. Акустические измерения. — М.; И Л, Г952. — 626 с.
15. Шифман Д . X. Громкоговорители. — М.—Л.: Энергия, 1965. — 248 с.
16. Эфрусси М. М. Гро.мкоговорители и их применение. — М.: Энергия, 1976,—
144 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие
.........................................................................................................................
3
Механические колебательные системы и их а н а л о г и и .........................................
4
Электромеханические преобразователи энергии и их в и д ы ..................................
8
Колебания и волны в с р е д е .............................................................................................. 10
Излучение звука поршневым и з л у ч а т е л е м ..................................................................15
И скаж ен и и ....................................................................................................................................19
Основные требования и н о р м ы ...................................................................................... 22
Головки г р о м к о г о в о р и т е л е й .............................................................................................. 25
Открытое акустическое о ф о р м л е н и е ................................................................................ 31
Закрытое акустическое о ф о р м л е н и е .................................................................................42
Акустическая система с ф а з о и н в е р т о р о м ................................................................. 50
Акустическая система с пассивным и з л у ч а т е л е м ................................................... 59
Другие виды акустического оформления г о л о в о к ................................................... 64
Изготовление корпусов акустических систем
......................................................
70
Конструкция акустических систем заданной направленности
. . . .
75
Разделительные ф и л ь т р ы ......................................................................................................81
Измерение параметров акустических с и с те м .................................................................. 83
П р и л о ж е н и я ............................................................................................................................ 88
Список литературы
..........................................................................................................
95
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
3 633 Кб
Теги
бытовые, система, акустических
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа