Это интересно

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
    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
    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.
    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.
    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.
    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.
    Далее...

Бытовые акустические системы

ГОЛОВКИ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ

Непременная часть любой АС — возбуждающая ее одна или несколько головок громкоговорителей. Головки преобразуют подводимую 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 преобразования энергии: электродинамический, электромагнитный, электростатический, пьезоэлектрический.

Наиболее распространен электродинамический способ. Он используется в таких конструктивных разновидностях: а) диффузорный, б) с куполообразной диафрагмой, и) изодинамический, г) ленточный. Существенно реже применяют электростатический и пьезоэлектрический способы. Только отдельные образцы немногих зарубежных фирм используют ионный способ. Устарел и практически не используется электромагнитный способ.

По способу связи со средой применяются конструкции: прямого излучения, где подвижный орган (диафрагма, диффузор) излучает непосредственно в среду, и рупорные, где диафрагма излучает в среду через рупор.

Наибольшее применение в бытовых АС имеют головки прямого излучения. Рупорные же головки используются значительно реже, главным образом для воспроизведения высокочастотной части звукового диапазона (высокочастотные головки). Пример наиболее распространенной конструкции электродинамической головки приведен на рис. 17.

Рис. 17. Электродинамическая головка прямого излучения

В кольцевом воздушном зазоре магнитной цепи, состоящей из постоянного магнита 1 и магнитопровода 2—4, в радиальном направлении проходит постоянный магнитный поток. В этом зазоре помещается звуковая катушка 5, к которой подводится переменное напряжение звукового сигнала. Ток, проходя через катушку, взаимодействует с постоянным магнитным потоком, благодаря чему возникает сила, приводящая в колебание катушку и скрепленную с ней диафрагму (диффузор) 6. Диффузор, обычно бумажный, представляет собой конус, имеющий в основании окружность или эллипс и прямую или криволинейную образующую. По внешнему краю диффузор имеет гофрированный подвес 9. Назначение подвеса — создать диффузору возможность колебаться поршнеобразно в более широком диапазоне частот. У вершины диффузор, а вместе с ним звуковая катушка удерживаются в коаксиальном относительно зазора магнитной цепи положении с помощью центрирующей шайбы 8. Эта шайба большей частью также гофрированная, охватывает по внутреннему контуру вершину диффузора и звуковую катушку, а по внешнему — крепится к специальному кольцу. У вершины диффузора к нему прикреплен пылезащитный колпачок.

Магниты изготавливают из материалов с большой магнитной энергией. В СССР в настоящее время в основном используются четыре вида материалов. Это прессованный феррит бария марки 2БА для изготовления прессованных кольцевых магнитов. В последнее время начали выпускать, хотя и в незначительном объеме, прессованные магниты из материала 3.2БА. Максимальная удельная магнитная энергия 3.2БА в 1,6 раза больше, чем у 2БА, что дает 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.

Для литых магнитов применяют сплавы ЮНДК-24 и ЮНДК-25БА. Из первого, имеющего максимальную удельную магнитную энергию, в 2 раза большую, чем у 2БА, отливают магниты либо в форме колец (полых цилиндров), либо в форме цилиндров, используемых конструктивно как керны. Иногда эти керны отливают с суженной в форме груши верхней частью для уменьшения утечки магнитного потока. Магниты льют (только керновые) также из сплава ЮНДК-25БА с максимальной удельной магнитной энергией, в 3 раза большей, чем у 2БА. Экономически выгоднее прессованные магниты, несмотря на то что они имеют меньшую удельную магнитную энергию. Кроме того, в них не входят дефицитные материалы. Но поскольку они составляют внешнюю часть магнитной системы, то вокруг громкоговорителей, частью которых они являются, наблюдается заметный поток рассеяния, что нежелательно, если не предусматривать специальных мер при применении этих громкоговорителей в телевизорах, где этот поток утечки искажает «картину», в радиоприемниках с магнитной антенной, где он изменяет настройку, и в магнитофонах, где при близком расположении от магнитной лепты он «зашумливает» фонограмму. Эти соображения следует иметь в виду при выборе громкоговорителя для того или иного применении. Детали матнитопровода (фланцы, керн, если он не является магнитом, полюсный наконечник) делают из магнитомягкого 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 каркасом (обычно из кабельной бумаги) клеем. Редко для звуковых катушек высокочастотных головок для уменьшения массы применяют алюминиевый провод.

Диффузор — важнейшая часть головки. Его форма и материал оказывают важное влияние на характеристики головки. В настоящее время наиболее часто для его изготовления используют сульфатную или сульфитную целлюлозу, в некоторых случаях с определенными добавками. Диффузоры изготавливают методом литья (осаждения) водной суспензии размолотых волокон целлюлозы па сетку, имеющую форму диффузора. После просушивания диффузоры подвергают уплотнению путем их прессования. В более дешевых головках вместе с диффузором отливают и подвес, конструктивно являющийся его частью, но имеющий меньшую толщину. В более дорогих головках подвес изготавливают из специальных сортов резины или латекса.

Конструкции различных диффузорных электродинамических головок имеют лишь некоторые конструктивные различия.

Конструкции рупорных головок показаны на рис. 18, а конструкция головки с куполообразной диафрагмой — на рис. 19.

Головка с куполообразной диафрагмой отличается от диффузорной тем, что диафрагма ее имеет форму купола, что делает ее более жесткой и более приспособленной для излучения высших частот диапазона. Головки с куполообразной диафрагмой имеют более широкую диаграмму направленности, что очень валено для среднечастотных и высокочастотных головок.

Пример конструкции ленточной головки приведен на рис. 20. Здесь между полюсными наконечниками 1—1 магнитной системы укреплена тонкая, толщиной в несколько микрометров, гофрированная (обычно алюминиевая) лента 2, к которой подводится через трансформатор напряжение звукового сигнала. Благодаря взаимодействию тока в ленте и магнитного потока между полюсными наконечниками лента колеблется. Она совмещает в себе функции диафрагмы и проводника с током. Ленточные головки также применяются в основном как высокочастотные.

Рис. 18. Внешний вид рупорных головок:
а — секционированный рупор; б — рупор с акустической линзой;
в — комбинированная система — рупорная головка совмещена с низкочастотной электродинамической головкой прямого излучения

Рис. 19. Устройство головки с куполообразной диафрагмой:
1 — диафрагма; 2 — звуковая катушка; 3 — магнитная цепь

Пример конструкции изодинамической головки приведен на рис. 21. Она состоит из магнитной системы и диафрагмы. Оригинальная магнитная система, в свою очередь, состоит из двух дискообразных магнитов, например из феррита бария, намагниченных таким образом, что каждый из них имеет три пары полюсов. Скажем, центральная часть, ограниченная окружностью, имеет полярность N, следующая кольцевая 5 и наружная кольцевая N. Таким образом, по поверхности магнита проходят два радиальных магнитных потока. Так же намагничен второй магнит. Магниты во всей своей плоскости перфорированы, для того чтобы обеспечить проход звука через отверстия при колебаниях диафрагмы из синтетической пленки, натянутой между магнитами на равных расстояниях от поверхности каждого из них. Па пленку нанесен проводник в виде спирали. В том месте, где встречаются противоположпо направленные потоки (окружность, проходящая через точку А на рис. 21), витки опирали начинают идти в обратном направлении. Таким образом, сохраняется одно и то же взаиморасположение магнитного поля и электрического тока. Благодаря тому, что диафрагма такой головки возбуждается по всей поверхности, она очень эффективна, имеет весьма равномерную частотную характеристику. Однако конструкция изодинамических головок довольно сложна, и они редко применяются в практических конструкциях бытовых АС.

Рис. 20. Устройство ленточной головки

Рис. 21. Устройство изодинамической головки

Рис. 22. Устройство электростатической голoвки

Принцип действия электростатических головок (рис. 22) заключается в том, что между двумя перфорированными пластинками 2 — неподвижными электродами, располагается подвижный электрод 1 обычно в виде металлизированной пленки. На подвижный электрод подаются переменное напряжение oт источника токов звуковой частоты и постоянное поляризующее напряжение, в несколько раз большее переменного, что необходимо как для повышения чувствительности, так и для уменьшения специфических для электростатического способа преобразования нелинейных искажений по второй гармонике. В зависимости от мгновенной полярности по переменному напряжению подвижный электрод притягивается то к одному, то к другому неподвижному электроду. Получаемые таким образом колебания через перфорации неподвижных электродов возбуждают окружающую воздушную среду. Электростатические головки большей частью выполняют как системы, непосредственно излучающие в среду. Значительно реже применяют электростатические рупорные головки. Для излучения достаточной акустической мощности необходимо, чтобы амплитуда колебаний подвижного электрода, особенно па низких частотах, была достаточно большой. Но для этого необходимо, чтобы был достаточно велик зазор между подвижным и неподвижный электродами. Отсюда следует, что электростатическая головка малых размеров годится только для воспроизведения высоких частот. Для перекрытия широкого диапазона частот целесообразно применять многополосные головки, т.е. совокупность головок, каждая из которых воспроизводит только часть диапазона частот, Поэтому для воспроизведения низких частот и всего диапазона в целом электростатические головки должны иметь большие площади, хотя толщина конструкции может быть сравнительно небольшой.

Преимущества электростатических преобразователей состоят в том, что они возбуждаются по всей поверхности подвижного электрода, благодаря чему все его точки колеблются синфазно, и он излучает всей поверхностью, что особенно важно при излучении высоких частот. Поэтому частотная характеристика электростатических преобразователей является весьма протяженной в сторону высоких частот по сравнению с преобразователями, построенными на других видах преобразования. Недостатками электростатических 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 не приложенному к электродам напряжению, а его квадрату. Эти искажения значительно уменьшаются при применении напряжения поляризации и использовании изображенной выше дифференциальной конструкции. Но дифференциальная конструкция дает необходимый эффект только при высокой степени симметрии расположения подвижного электрода между неподвижными. Должна соблюдаться и электрическая симметрия, т.е. равенство подаваемых на оба неподвижных электрода напряжений.

Не всегда удобно и то, что электростатические головки для воспроизведения широкого частотного диапазона должна иметь большую излучающую поверхность. Эго, кроме конструктивных неудобств, приводит к тому, что характеристика направленности такой головки зависит от частоты, сильно обостряясь с ее повышением. Это можно устранить, составляя головку из отдельных сравнительно узких панелей, располагаемых в горизонтальной плоскости (например, по дуге окружности). Существенный недостаток электростатических головок состоит также в том, что они являются для питающих их усилителей емкостной нагрузкой, сопротивление которой 1/(ωС) падает с частотой, и требуют дополнительного источника высокого напряжения. Все это усложняет построение усилителя.

Поэтому электростатические головки в настоящее время распространены сравнительно мало, хотя их выпуск в зарубежных странах я растет. Наибольшее распространение электростатические головки получили там в качестве высокочастотных элементов многополосных систем.

Появившиеся в последние годы (электростатические) электретные преобразователи имеют то преимущество, что здесь нет необходимости в источнике поляризующего напряжения, поскольку электроды несут на себе постоянный и довольно стабильный во времени электрический заряд.

Одним из других способов преобразования, применяемых в головках, является пьезоэлектрический, ставший более используемым благодаря появлению эффективных пьезоэлектрических пленок. Здесь также не требуется напряжения поляризации. В остальном же и электретные, и пьезоэлектрические преобразователи обладают в принципе теми же свойствами, что и электростатические. Следует упомянуть и о том, что бытовые электростатические, электретные и пьезоэлектрические АС являются двусторонними излучателями, т. е. имеют восьмерочную характеристику направленности. Поэтому их рекомендуется не располагать у стен помещения, а устанавливать где-то посередине его.

Рассмотрев принципы устройства головок разных видов преобразования энергии, остановимся несколько подробнее на наиболее распространенном виде — электродинамическом. Подвижная система этого преобразователя, в особенности на низших частотах, может считаться простой колебательной системой, имеющей три основных параметра — массу т₀, гибкость с₀ и активное механическое сопротивление r₀. Рассчитаем СЗД такой головки диаметром d со звуковой катушкой с длиной проводника l, находящейся в воздушном зазоре, где имеет место индукция В. Так как СЗД определяется для мощности 0,1 Вт, то соответствующее этой мощности электрическое напряжение, исходя из соотношения 0,1 = U²/R, будет U = √0,1R. Используя это соотношение и применяя выражения (15), (19), (4) и (6) и полагая r=1 м, получаем

Здесь К — коэффициент концентрации введен под радикал, чтобы учесть, что излучение может быть направленным. Далее можно написать

Величину называют добротностью

Физически эта величина характеризует, насколько быстро затухают колебания в возбужденной колебательной системе. Используя это обозначение и беря модуль выражения z_M + B²l²/R, получаем

Значения r_н и К зависят от того, излучает ли головка в обе стороны или односторонне.

Если головка излучает в обе стороны, используя (20) и (22) и учитывая, что при этом К=3, получаем после несложных преобразований

Соответственно для одностороннего (ненаправленного) излучения (К =1), используя также (20) и (22), получаем

(26)

Анализ этих формул приводит к следующим выводам: форма частотной характеристики двустороннего излучателя зависит от добротности. Если Q<√(2+√3) = 1,93, то частотная характеристика имеет вид, показанный на рис. 23 (кривая 1), т.е. монотонно возрастает теоретически до бесконечности. Однако практически такой ход будет иметь место только до верхней границы f_гр поршневого диапазона, которая определяется соотношением

(27)

или, учитывая, что скорость звука в нормальных условиях 343 м/с: f_гр=154/d (где d, м). Для эллиптических головок вместо диаметра d надо подставлять √d/d₂, где d₁ и d₂ соответственно значения большой и малой осей эллипса.

Иная картина будет, если Q>1,93. Ход частотной характеристики в этом случае изображен кривой 2 на рис. 23. Как видно, здесь будет иметь место пик и провал. Разность из уровней будет тем больше, чем больше добротность. Эта зависимость представлена графически кривой N на рис. 24. Там же изображено отношение ω₁/ ω₀ частоты пика ω₁ к резонансной частоте ω₀ в зависимости от добротности и отношение частоты провала ω₂ к резонансной частоте ω₀

Рис. 23. Частотные характеристики электродинамической головки с двусторонним излучением

Рис. 24. Разности уровней пика и провала и отношение их час юг к
резонансной частоте в зависимости от добротности

При ненаправленном излучении ω>ω₀ (26), т. е. когда колебательная система управляется массой, стандартное звуковое давление становится частотно-независимым. Однако ход частотной характеристики стандартного звукового давления в околорезонансной области сильно зависит or добротности (рис. 25). При Q = l эта характеристика имеет наиболее равномерный ход. При Q>1 на ней появляется пик тем более высокий, чем больше добротность. Чаще всего в литературе рекомендуется Q = 0,707, на резонансной частоте при этом имеет место спад 3 дБ, при Q = 0,5 спад равен 6 дБ. При Q≤0,5 колебательная система становится апериодической, т. е. неспособной к свободным колебаниям при ее возбуждении.

Рис 25. Частотные характеристики закрытой АС с различной добротностью

Рис. 26. Частотные характеристики модуля полного электрического
сопротивления электродинамической головки

Кроме величины СЗД и частотной характеристики электродинамической головки существенный интерес представляет также ее электрическое сопротивление и его зависимость от частоты — частотная характеристика модуля полного электрического сопротивления головки, часто называемого Z-характеристикой. Обычный вид такой характеристики представлен на рис. 26. Ее ход объясняется следующим образом. На самых низших частотах полное электрическое сопротивление почти, не отличается от сопротивления звуковой катушки постоянному току. По мере повышения частоты и ее приближения к резонансной частоте полное сопротивление увеличивается за счет прибавления вносимого сопротивления и достигает максимума на частоте резонанса, поскольку на ней механическое сопротивление минимально. Действительно,

Величина ω₀ m₀/ B²l²/R — носит название электрической добротности Q_э

величина ω₀ m₀/r₀ — механической добротности Q_M. Эти величин связаны с полной добротностью Q подвижной системы соотношением: l/Q=l/Q_э+l/Q_M.

Используя эти соотношения, имеем

Модуль этого выражения

Обычно Q_M довольно велико, a Q_э — мало. Отсюда на резонансе, где ω = ω₀, величина Z ω₀>>R. Далее полное сопротивление опадает почти до сопротивления постоянному току. По мере дальнейшего повышения частоты полное электрическое сопротивление растет за счет того, что начинает проявляться индуктивное сопротивление звуковой катушки. Как будет видно дальше, характеристика электрического сопротивления оказывается полезной для анализа работы головки.

В.К. Иофе, М.В. Лизунков     

Часть [1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [5]  [7]  [8]  [9]  [10]  [11]  [12]  [13]

Статьи

Ламповый звук Тайны лампового звука Волшебство лампового звука [1] [2] Когда лампа лучше, чем транзистор [1] [2] Почему вакуумный триод звучит музыкально Схемотехника ламповых усилителей Лампы или транзисторы? Лампы! Однотактный ламповый усилитель для начинающих Двухтактные ламповые усилители Оконечный пушпульный усилитель - схема Уильямсона-Хафлера-Кероеса Рекомендации по повторению реплики схемы Уильямсона-Хафлера-Кероеса Однотактный усилитель с непосредственной связью. Схема Loftin-White [1] [2] Трехламповый усилитель Губина Однотактник на 300В Усилители низкой частоты Расчет каскада с нагрузкой в аноде Однотактный усилитель на лампе 807 [1] [2] Циклотрон. Мощный усилитель с выходными лампами ГУ-50 SE на RB300 Однотактный усилитель мощности на 300В. Модель WE91 для 90-х годов [1] [2] Как улучшить звучание HI-FI системы [1] [2] [3] [4] [5] [6] Лампы и звук: назад, в будущее [1] [2] [3] [4] [5] Однотактный ламповый ... [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Апгрейд усилителя XD845MKIII [1] [2] "Усилитель" для наушников на SRPP [1] [2] [3] [4] [5] [6] Ламповый High-End [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [...] Обзор журнала Glass Audio за 1998 год [1] [2] Обзор журнала Glass Audio за 1999 год Корректор для винила Компенсированные регуляторы громкости Усилитель НЧ Даешь ONGAKU! Tubesaurus Rex Усилитель НЧ с комбинированной обратной связью Прибор для измерения напряжения накала высоковольтных кенотронов George Ohm живет в Харькове Ревизия однотактного усилителя с межкаскадным трансформатором Усилитель мощности НЧ с высоким КПД Двухканальный усилитель НЧ Усилитель НЧ с клавишным переключателем Радиотрансляционные установки ТУ-50 и ТУ-100 Портативный проигрыватель Усилитель НЧ Усилитель без выходного трансформатора Усилители без выходного трансформатора Лампово-полупроводниковый УМЗЧ Акустика Бытовые акустические системы [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Там, где живут басы [1] [2] [3] [4] [5] [6] The Onken Enclosure Категории слухового восприятия [1] [2] Три взгляда на акустику помещений [1] [2] Акустика в которой мы живем [1] [2] Акустика офисов Мифы звукоизоляции Акустика отделочных материалов Акустический агрегат с объемным звучанием Акустические свойства домашней мебели Акустические линзы для громкоговорителей Акустические измерения в практике радиолюбителя Акустический фазоинвертор Акустика студий [1] [2] Полезные советы разработчиков Hi-End Триод против пентода. Что выбрать? [1] [2] SINGLE-ENDED VS PUSH-PULL [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Одноламповые усилители низкой частоты Как пользоваться характеристиками электронных ламп Многоламповые усилители НЧ на импортных лампах Контактно-резисторный коммутатор входов Как проверять аппаратуру в салоне Что лучше: 4 или 8 Ом акустика? Выходной трансформатор для однотактника. Быть или не быть линейным Простая и быстрая проверка трансформаторов Десять способов усовершенствовать вашу аудиокомнату Испытатель ламп Понижение уровня фона в усилителях Evolution Пять правил рационального питания Трансформаторы в однотактных усилителях Выходные трансформаторы Измерение характеристик выходного трансформатора [1] [2] Однотактный «Magnum» Какая лампа нам нужна Какая лампа нам нужна и будет ли она? Улучшенная конфигурация листов трансформаторной стали Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление? [1] [2] Звук: интересные наблюдения Вся правда об акустике ProAc Немного теории лампового звука О заметности искажений История лампы 300B Краткая история возникновения Hi-Fi Возможен ли "виниловый ренессанс?" [1] [2] [3] Hi-End: Мифы и реальность [1] [2] Как не заблудиться в кабельных джунглях? Побалуйте свои уши! [1] [2] Ограничение сигнала усилителем – можно ли работать в клиппинге? "Хай-Энд" умер, да здравствует "Хай-Энд"! [1] [2] Блестящие звукозаписи [1] [2] [3] Семь слов об ошибках аудиоэкспертизы Частотные, нелинейные и фазовые искажения Внешние факторы, влияющие на восприятие звука Многоканальный окружающий звук [1] [2] [3] [4] Магнитная запись: мифы и реальность Теория схемотехники и звукотехники Для начинающих. Как работает усилитель [1] [2] Принципы схемотехники электронных ламп [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Хрестоматия радиолюбителя, 1963г. [1] [2] [3] [4] [5] Конструктивный расчет входных и выходных трансформаторов [1] [2] Как работают звуковые трансформаторы Элементарная теория схем с обратной связью [1] [2] [3] Теория звукотехники Двухтактно-параллельный усилитель НЧ Особенности стандартов, описывающих мощность в звукотехнике Отрицательная обратная связь в усилителях Классы усилителей мощности Элементарная теория триода [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Как работает лучевой тетрод О мощности, ваттах, децибелах... [1] [2] Теория звука [1] [2] [3] [4] Звук и цифровые технологии [1] [2] [3] [4] [5] [6] Проектирование абсолютно устойчивых усилителей [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Звуковые форматы Описание стандарта MP3 Правильная мощность Начинающим. Радиолампа Высококачественный усилитель низкой частоты Объемный звук [1] [2] [3] Парадоксы электрона Вибратор к гитаре Ламповый авометр Старая и популярная 12АХ7/ЕСС83 Принцип устройства и работы электро-вакуумных приборов Двухэлектродные лампы Трехэлектродные лампы Рабочий режим триода Многоэлектродные и специальные лампы Электронно-лучевые трубки Газоразрядные и индикаторные приборы Фотоэлектронные приборы Собственные шумы электронных ламп Особенности работы электронных ламп на СВЧ Специальные электронные приборы для СВЧ Надежность и испытание электровакуумных приборов Основы схемотехники ламповых усилителей Искажения в усилителях, их измерение, меры по снижению искажений Основные сведения о радиокомпонентах Источники питания Каскады усиления мощности Каскады предварительного усиления Широкополосные усилители Усилительный каскад с катодной нагрузкой [1] [2] Life in Vacuum. EL34 Life in Vacuum. 6H8C, 6H9C Life in Vacuum. SV572 SV6550 6C5C 6C3П/6C4П Двойной триод 6Н3П Пентод 6Ж5П 6П42С / 6П45С Лучевой тетрод 6П1П Пентод 6П14П в оконечном каскаде Двойной триод 6Н14П Кенотрон 1Ц11П Демпферный диод 6Ц10П Что и как мы слышим

Найти на сайте

Информация

Хотите купить новые шторки на свои окна? Посмотрите наш каталог, где представлены шторы европейских производителей.

Сценарии детских праздников

Штрафстоянки с адресами

Кулинарные советы

Это интересно

Открытым акустическим оформлением головки называется такое ее оформление, при котором задняя сторона звукоизлучающей поверхности диффузора головки не изолирована акустически от передней. В качестве открытого оформления применяется либо плоский экран (щит), либо ящик, обычно имеющий форму параллелепипеда, с перфорированной задней стенкой.
    Открытое акустическое оформление наиболее распространено как в нашей стране, так и за рубежом. Оно исполняется в телевизорах, переносных радиоприемниках всех классов, кассетных магнитофонах, абонентских громкоговорителях, а также в большей части катушечных магнитофонов, стационарных радиоприемников и электрофонов. Можно сказать, что за исключением высококачественной звуковоспроизводящей радиоаппаратуры с выносными АС, вся остальная бытовая звуковоспроизводящая аппаратура имеет открытое акустическое оформление.
    Достоинство открытых АС — простота и, кроме того, в них не имеет места повышение резонансной частоты по сравнению с резонансной частотой применяемой головки, а принципиально возможно и понижение этой частоты, что выгодно отличает открытую АС, например, от закрытой. Недостаток открытой системы — сравнительно большие размеры этого оформления, когда требуется воспроизведение низших частот звукового диапазона.
    Наиболее простой вид открытого оформления — плоский экран. Даже при сравнительно небольших его размерах воспроизведение низких частот значительно улучшается. Вместе с тем в области средних и особенно высоких частот экран уже не оказывает существенного влияния. Конструктивно экран рекомендуется выполнять в виде толстой доски или фанеры толщиной 10—20 мм, в которой вырезано отверстие по периметру диффузородержателя головки, куда вставляется головка. Экран выполняется квадратной или прямоугольной формы. Соотношения сторон прямоугольного экрана могут колебаться в довольно широких пределах. Предпочтительное отношение сторон прямоугольного экрана в пределах 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. Для квадратных экранов некоторое смещение места установки головки улучшает частотную характеристику, поскольку при симметричном креплении головки на частотной характеристике появляется глубокий провал в области средних частот. На рис. 27 показана форма частотной характеристики при смещении головки от центра.
    На рис. 28 приведена конструкция стандартного акустического экрана, предусмотренная ГОСТ 16122—78 «Громкоговорители. Методы электроакустических испытаний и измерений». С помощью этой конструкции измеряют параметры головок.
    Практически конструкции плоского экрана могут выполняться, например, в виде щита, помещаемого в углу комнаты (рис. 29).
    Установка щита с головкой в углу комнаты позволяет уменьшить его размеры. Щит в виде треугольника или трапеции подвешивают, например, в углу у потолка. Между верхней кромкой щита и потолком необходимо оставить широкую щель, а пространство позади щита рекомендуется заполнить звукопоглощающим материалом. Головку необходимо защитить от возможных повреждений и пыли.
    Частотные характеристики головки при ее центральном расположении в
    прямоугольном экране (1) и при смещении вдоль длинной стороны (2)
    Стандартный акустический экран для измерения головок прямого
    излучения (а) и способы крепления головок в экране (б, в)
    Открытое акустическое оформление в виде
    щита, подвешенного в углу комнаты
    Встречаются описания АС, в которых головка вставляется в отверстие в стене комнаты, т. е. стена является экраном. Принципиально 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 же такое решение возможно, то оно дает заметное улучшение частотной характеристики и качества звучания, особенно на низких частотах.
    Определим, каким должен быть размер экрана? Желателен такой экран, который позволил бы на нижней граничной частоте воспроизводимого диапазона получить такой же уровень звукового давления, как и на верхней границе поршневого диапазона fгр.в.B зоны его действия, т. е. выровнять звуковое давление на нижних и средних частотах. Значение fгр.в может быть найдено из (27). Выбор нижней граничной частоты зависит от добротности применяемой головки. Ранее отмечалось, что форма частотной характеристики головки при Q l,93 монотонно возрастает, а при Q≥l,93 на частотной характеристике появляются провал на частоте ω2 и пик на частоте ω1. Добротность головки при помещении ее в плоский щит практически не меняется. Неравномерность частотной, характеристики при Q<1,93 и при правильном выборе размеров экрана определяется только спадом в область более низких частот. Поэтому за нижнюю граничную частоту при Q <1,93 выбирают резонансную частоту головки ω0. При Q≥1,93 за нижнюю граничную частоту обычно выбирают частоту пика ω1 частотной характеристики головки (рис. 23, кривая 2) и неравномерность частотной характеристики в этом случае определяется провалом на частоте ω2. Однако при этом несколько сужается расчетный диапазон воспроизводимых частот по сравнению с его значением при Q 1,93.
    Типичная частотная характеристика открытого акустического
    оформления в области низких частот при Q>1,93
    Зависимость φ(Q) от Q
    Зависимость frp.в от Q
    Для устранения этого недостатка авторами предложен другой способ выбора нижней граничной частоты воспроизводимого диапазона, позволяющий снизить ее значение. Суть его заключается в том, что нижняя граничная частота выбирается на частоте ω ω1, на которой уровень частотной характеристики равен ее уровню на частоте провала ω2 (рис. 30). В зависимости от значения Q эта частота может быть несколько выше или ниже ω0. Исследования показали, что наиболее рациональная добротность головки для открытых АС равна 2,4. При этом нижняя граничная частота открытой АС frp.н совпадает с резонансной частотой головки ω0.
    Площадь экрана, исходя из обеспечения наиболее равномерной характеристики, может быть определена как
    где S — вычисленная по (28) и (29) площадь экрана; S'— фактическая площадь экрана.
    Пример расчета экрана. Пусть требуется рассчитать размеры экрана для головки 0,5ГД-37 со следующими параметрами: fo =315 Гц; d = 0,08 м; Q = 2,3; m0=1,2·10-3 кГ, если допустимый спад частотной характеристики на frp.н равен 6 дБ. (Величина m0 будет использована в следующем примере.)
    Частотная характеристика головки в открытом оформлении с разной глубиной h
    Частотные характеристики головки в открытом оформлении
    с задней стенкой, выполненной из:
    2, 3 — слои поролона толщиной соответственно 5 и 15 мм; 4 — электрокартона толщиной 3 мм; 5 — электрокартона (3 мм) со слоем поролона (20 мм) (1 — ящик без задней стенки)
    Однако авторами было установлено, что наличие боковых 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
    а глубина оформления для получения нужной резонансной частоты
    Конечно, если сделать оформление очень глубоким, то оно может действовать как труба, резонирующая на ряде частот, тем более низких, чем больше длина трубы. Естественно, что это нежелательно, поскольку такие резонансы являются причиной появления пиков и провалов на частотной характеристике АС.
    Размеры передней панели, как уже говорилось, желательно 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.
    Площадь передней панели открытого акустического оформления с учетом влияния глубины оформления h может быть найдена как
    где φ(Q) и fгр.н определяются так же, как в (28), однако необходимо учитывать, что вместо частоты f0 необходимо подставлять частоту f02, определяемую из (31).
    Далее...