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 (ФЧИ), переходные (ПИ), которые
могут быть определены через первые два, нелинейные (НИ).
Сущность АЧИ заключается в том, что преобразователь воспроизводит электрические сигналы разной частоты неодинаково. Например,
при подведении напряжения 1 В на частоте 100 Гц к данному преобразователю он будет развивать на расстоянии 1 м по его оси
звуковое давление 0,1 Па, а при подведении напряжения 1 В, но на частоте 1000 Гц он будет развивать звуковое давление 0,2 Па.
Амплитудно-частотные искажения легко определяются по амплитудно-частотной (АЧХ) или чаще для краткости
называемой частотной характеристике, где по оси абсцисс откладывается (как правило, в логарифмическом масштабе) частота,
а по оси ординат также в логарифмическом масштабе (а децибелах) развиваемое звуковое давление в определенной точке пространства
и при заданном режиме подведения напряжения к преобразователю, например при неизменном напряжении на всех частотах. Бланки
АЧХ стандартизованы ГОСТ
Рис. 14. Частотная характеристика акустической системы 35АС-1, изображенная на стандартном бланке АЧХ
Рис. 15. Бланк АЧХ, стандартизованный МЭК
16122—78 (рис. 14) и стандартом МЭК (рис. 15). Мерой АЧХ является ее неравномерность. Так, представленная на рис. 14
осевая АЧХ имеет неравномерность 15 дБ в диапазоне 40—20 000 Гц. Причинами АЧИ являются частотные зависимости сопротивления
излучения и механических сопротивлений элементов преобразователя и их комбинаций, а также зависимость от частоты электрического
входного сопротивления преобразователя.
Сущность ФЧИ заключается в том, что сдвиг фазы между подводимым электрическим напряжением и развиваемым преобразователем
звуковым давлением отличен от равномерно растущего с частотой сдвига фаз звукового давления между двумя точками поля, находящимися
на разных расстояниях от естественного источника. Действительно, как следует из (13), сдвиг фазы пропорционален 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 преобразователю 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 искажений — инерция и упругость элементов преобразователя ПИ. Переходные искажения и ФЧИ
отечественными стандартами не нормируются.
Нелинейные искажения проявляются в том, что при подведении к преобразователю напряжения одной или нескольких частот в
излучаемом им звуке кроме составляющих этих частот появляются еще и другие. Эти частоты могут быть кратными подводимым частотам
(гармоники), или в целое число раз меньше их (унтертоны или субгармоники), или являться суммой или разностью подводимых
частот. В последнем случае говорят об интермодуляционных искажениях. Причинами НИ является то, что смещения, скорости, ускорения
элементов преобразователя под воздействием приложенных к ним сил становятся непропорциональными приложенным силам, что вызывается
их нелинейной зависимостью. По своей величине НИ оцениваются, во-первых, суммарным коэффициентом гармоник
| (24) |
где p1 — звуковое давление на частоте подводимого напряжения; p2, p3
— звуковые давления в излученном звуке на частотах 2f1 , 3f1 и т. д.
Кроме суммарного коэффициента гармоник часто НИ оцениваются характеристическим коэффициентом гармоник, который отличается
от суммарного коэффициента гармоник тем, что в (24) значение p1 заменяется pср.
Другим видом оценки НИ являются коэффициенты интермодуляционных искажений, определяемые при подведении к преобразователю
частот f1 , f2 как
где pf2 — звуковое давление на частоте f2; pf2-f1, pf2+f1,
pf2-2f1, pf2+2f1 — соответственно звуковые давления на частотах, указанных в индексах.
Общий коэффициент интермодуляционных искажений
Следует заметить, что наибольшего значения НИ достигают при увеличении подводимой к преобразователю мощности до предельно
допустимой.
Близким НИ видом искажений являются дребезжание и призвуки. И те и другие хорошо ощущаются при подведении к преобразователю
синусоидального напряжения постепенно изменяющейся частоты.
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И НОРМЫ
Акустическая система (АС) любого типа характеризуется показателями, определяющими эффективность и качество ее работы.
Важнейшие из них: чувствительность (отдача), диапазон воспроизводимых частот и неравномерность АЧХ в этом диапазоне, номинальная
мощность и соответствующий ей коэффициент НИ, паспортная мощность, форма характеристики направленности, входное сопротивление.
Чувствительность АС — звуковое давление, развиваемое АС в некоторой определенной точке (обычно на расстоянии 1
м по ее оси) при подведении к ее зажимам напряжения в 1 В. Определяемая таким образом чувствительность удобна для суждения
о поведении одной и той же АС на различных частотах или, иными словами, для построения АЧХ чувствительности АС.
Из определения чувствительности ясно, что частотные характеристики АС следует снимать в режиме постоянного напряжения,
подводимого к их зажимам. Однако, если понятие чувствительности удобно для оценки указанной неравномерности, то оно совершенно
неприемлемо при сравнении АС, имеющих разное электрическое сопротивление, так как при подведении равного напряжения разные
АС потребляют разную мощность.
Более удобная характеристика — стандартное звуковое давление (СЗД), под которым подразумевается звуковое давление,
развиваемое 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 U=√0,1R, где R—номинальное электрическое сопротивление.
При такой характеристике разные АС сравниваются при одном и том же значении потребляемой мощности. Международной электротехнической
комиссией (МЭК) стандартизовано понятие характеристической чувствительности (ХЧ), которая отличается от СЗД
лишь тем, что к АС подводится электрическая мощность не 0,1 Вт, а 1 Вт и соответственно напряжение U=√R.
Отсюда ХЧ больше СЗД в √10 = 3,16 раза, поскольку звуковое давление пропорционально корню квадратному из мощности.
Помимо этих величин за рубежом часто применяют так называемый «уровень характеристической чувствительности», который
представляет собой уровень ХЧ относительно стандартного нулевого уровня звукового давления 2·10-5 Па. Пусть,
например, СЗД данной АС составляет 0,2 Па. Тогда его ХЧ будет 0,2·3,16 = = 0,632 Па, а уровень ХЧ 20 lg 0,632 / 2·10-5
= 20 lg 0,316·105 = 201g 3,16·104 = 20·4,5=90 дБ.
Как уже говорилось, для построения частотной характеристики откладывают либо значение СЗД, либо ЧХ в логарифмическом
масштабе. По этой характеристике легко определить неравномерность характеристики в заданном (номинальном) диапазоне
частот. Численно она равна разности уровней, соответствующих максимальной и минимальной чувствительности. Так, неравномерность
частотной характеристики, изображенной на рис. 14, составляет 11 дБ. По частотной характеристике определяют также среднее
СЗД в номинальном диапазоне
где p1, p2, .... рп— СЗД на частотах f1,
f 2..... fn, входящих в диапазон воспроизводимых частот; п — число частот,
которые выбираются равномерно в логарифмическом масштабе.
Таблица 1 |
Параметр |
Норма по группам сложности |
0 |
1 |
2 |
3 |
1. Диапазон воспроизводимых частот, Гц, не уже |
31,5—20000
(25—25000) |
50—16000
(40—16000) |
80—12500
(63—12500) |
100—8000 |
2. Отклонение частотных характеристик звукового
давления, усредненных в октавных полосах, между
любыми двумя акустическими системами
конкретного
типа, дБ, не более |
3(2) |
3 |
(4) |
|
3. Среднее звуковое давление при номинальной
электрической мощности, ПА (дБ), не менее в диапазоне
частот: 100—8000 Гц 200—4000 Гц |
1(94) |
1(94) |
0,8(92) |
0,63(90) |
4. Суммарный характеристический коэффициент
гармоник при электрической мощности,
соответствующей среднему звуковому давлению
на 4
дБ ниже указанного в п.3 таблицы значения,
%, не более в диапазонах частот:
250—1000 Гц
1006—2000 Гц
2000—6300 Гц |
2
2
(1,5) |
2
2
(1,5) |
-1(3)
3(2.5)
1 |
5(4)
4(3)
3 |
5. Электрическое сопротивление: номинальное
значение, Ом допускаемое отклонение минимального
значения модуля
полного электрического
сопротивления от номинального значения, %, не более |
4 или 8
20 |
6. Масса, кг, не более |
80(63) |
25 (20) |
16(12,5) |
6,3(5) |
Значение НИ тесло связано с номинальной мощностью, под которой понимается такое значение подводимой мощности, при котором
НИ не превышают заданного значения.
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.
Рис. 16. Поля допусков частотной характеристики звукового давления АС: а —высшей (0) группы сложности; б — 1, 2 и 3 групп
сложности
Входное электрическое сопротивление АС также 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 сделаны следующие замечания. Частотные характеристики АС должны укладываться
в поле допусков, изображенное на рис. 16,а и 16,6. Рисунок 16,а справедлив для АС высшей (0) группы сложности. Для этих
АС допустимое отклонение частотной характеристики от уровня СЗД не должно превышать ±4 дБ, на частотах 50 Гц и F2
допускается спад частотной характеристики от уровня СЗД до 8 дБ. В диапазоне частот F1 —
50 Гц спад частотной характеристики устанавливается в ТУ на АС.
Рисунок 16,б справедлив для АС 1, 2 и 3 групп сложности. Допустимое отклонение частотной характеристики от уровня среднего
СЗД (N) не должно превышать ±4 дБ для 1 группы сложности и ±6 дБ для 2 и 3 групп сложности. Частота f1
выбирается равной 100 Гц для 1 и 2 групп сложности и 200 Гц — для 3 группы. Частота f2 выбирается
равной 8000 Гц для 1 и 2 групп сложности и 4000 Гц — для 3 группы (F1 и F2 — граничные
частоты диапазона воспроизводимых частот, на которых уровень звукового давления АС на 8 дБ ниже уровня СЗД в диапазоне
f1- f2).
Номинальную электрическую мощность АС следует выбирать из ряда: 3, 6, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100 Вт. Частотные характеристики
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 к системам высокой верности (Hi—Fi) в основном совпадают с требованиями к группе
1, перечисленными в табл. 1. Требованиям отечественного стандарта должны удовлетворять АС всех видов, основными из которых являются
открытые, закрытые, с фазоинвертором и с пассивным излучателем. Однако для систем высокой верности применяются только последние три
вида. Их распространение (в процентах от числа типов) в разных странах иллюстрирует табл. 2.
Таблица 2 |
Страна |
Закрытые системы, % |
АС с фазоинвертором, % |
АС с пассивным излучателем, % |
Другие системы, % |
США |
42,7 |
32.4 |
8,6 |
16,3 |
Страны Западной Европы |
60,8 |
31.7 |
6,5 |
1.0 |
Япония |
27,9 |
62,3 |
9,8 |
— |
Заметим, что воспроизведение столь широких частотных диапазонов, какие указаны в табл. 1, с помощью одною преобразователя
(головки) затруднительно. Поэтому большая часть АС имеет головки, предназначенные для воспроизведения различных участков
диапазона: низкочастотного (НЧ), среднечастотного (СЧ), высокочастотного (ВЧ).
В.К. Иофе, М.В. Лизунков
Часть [1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[5]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
|