АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С ПАССИВНЫМ ИЗЛУЧАТЕЛЕМ
Одна из разновидностей фазоинверсной АС — АС с ПИ. Она отличается от закрытой АС наличием дополнительной подвижной системы
(в простейшем случае — подвижной системы низкочастотной головки без катушки и магнитной цепи) (рис. 61). Эта система пассивная
и возбуждается колебаниями воздуха в закрытом корпусе при работе головки, излучая звуковые волны в области низких частот.
В результате суммарное звуковое давление, развиваемое АС с ПИ на низких частотах, может быть значительно больше, чем закрытой
АС равного объема и с той же низкочастотной головкой. Конструкция АС с ПИ -приведена на рис. 62.
Рис. 61. Головка
прямого излечения (а) и пассивный излучатель (б)
Рис. 62. Конструкция АС с ПИ:
1 — пассивный излучатель; 2 — низкочастотная головка- 3—высокочастотная головка
По принципу действия АС с ПИ сходна с АС с ФИ. Единственное различие состоит в том, что масса воздуха в трубе фазоинвертора
заменена массой подвижной системы пассивного излучателя. Изменяя массу подвижной системы пассивного излучателя, можно значительно
проще изменять его резонансную частоту по сравнению с фазоинвертором, где для этого приходилось менять размеры отверстия,
диаметр или длину трубы.
Ранее отмечалось, что АС с ФИ имеет ряд конструктивных ограничений. Так, при настройке фазоинвертора на низкую резонансную
частоту (30—50 Гц) масса воздуха в трубе должна быть достаточна большой, что обычно обеспечивается либо увеличением ее длины,
либо уменьшением диаметра (при неизменном внутреннем объеме). В первом случае может получиться, что труба конструктивно
не поместится в оформление, либо ее длина превысит критическое значение λн/12. Во втором случае могут резко
возрасти акустические потери на трение в трубе, что снизит эффективность АС с ФИ в области низких частот.
Акустические системы с ПИ свободны от этих недостатков. Действительно, как на площадь пассивного излучателя, которая
обычно выбирается равной площади диффузора головки и даже больше, так и на его массу не накладывается никаких ограничений.
Поэтому при расчете этих систем можно не опасаться тех трудностей, которые возникают при применении АС с ФИ. Настройка пассивного
излучателя практически на любую частоту резонанса fп его массой т и гибкостью объема воздуха Sв
не вызывает затруднений. Это видно из следующего выражения:
| (46) |
Следует, однако, отметить, что собственно пассивный излучатель характеризуется не только массой, но также и гибкостью
подвеса s, так что АС с ПИ является более сложной колебательной системой, чем АС с ФИ, что, естественно, усложняет
ее расчет.
Принцип использования пассивных излучателей для повышения уровня звукового давления известен давно, однако практические
конструкции АС с ПИ стали появляться лишь в 70-х годах. Можно отметить конструкции АС с ПИ, выпускаемые фирмами Kenwood (Япония),
Selection (Англия), Ohm (США). Как следует из табл. 1, в настоящее время выпуск этих систем приближается к 10% в развитых
странах. В нашей стране также начали выпускать такие АС.
При расчете АС с ПИ так же как в АС с ФИ целесообразно находить не абсолютное значение звукового давления, а его значение
по сравнению со звуковым давлением соответствующей закрытой системы. Это позволяет определить тот выигрыш, который обеспечивает
АС с ПИ по сравнению с закрытой системой.
Тогда по аналогии с (40) имеем
| (47) |
где rsп= rs1 +rs2.
Здесь введены обозначения, аналогичные примененным при рассмотрении АС с ФИ.
В основу расчета АС с ПИ по выражению (46) может быть положена схема акустического аналога АС с ПИ, изображенная
на рис. 63. Здесь r0 — активные потери в головке, r — активные потери в пассивном излучателе.
Рис. 63.
Упрощенная схема акустического аналога АС с ПИ
Поскольку АС с ПИ так же, как и АС с ФИ может быть рассмотрена как система из двух излучателей, один из которых — собственно
низкочастотная головка, а другой — пассивный излучатель, то расчет выражения √rsп/rs0
для пассивного излучателя ничем не отличается от его расчета для фазоинвертора. Единственное отличие состоит в том, что
площадь пассивного излучателя может быть выбрана значительно большей, чем площадь отверстия фазоинвертора. Расчеты авторов
показали, что для АС с ПИ значение √rsп/rs0 может составлять от 2,0 до 2,35 и оно частотно-малозависимо.
Выражение для р0 закрытого оформления подставляем в (47) в виде (42).
Вывод выражения для k = xп/x0 приведен в приложении 5. Здесь приводится лишь
окончательное выражение:
(48)
Выражение для звукового давления АС с ПИ (рп) с учетом (47), (42) и (48) может быть записано как
| (49) |
где А — частотно-независимый множитель.
Как видно из (49), поведение АС с ПИ может быть описано пятью параметрами: п, l, р, Q,
Qп. Здесь кроме параметров, описывающих АС с ФИ, появился параметр p=sв/s, характеризующий
относительную упругость (подвеса) пассивного излучателя, т. е. отношение упругости воздуха внутри оформления к упругости
подвеса пассивного излучателя. Добротность фазоинвертора Qп заменяется здесь добротностью
пассивного излучателя, равной Qп = ωпm/rп.
Исследования авторов показали, что число переменных можно сократить до четырех, так как значение Qп
может быть выбрано фиксированным и в диапазоне Qп>5 практически не влияет на полученные результаты.
Таким образом, характеристики АС с ПИ зависят от добротности головки, объема оформления, настройки пассивного излучателя
и упругости его подвеса, при условии поддержания добротности пассивного излучателя Qп>5.
Выражение (49) довольно громоздко. Поэтому на рис. 64—66 приводятся наборы графических зависимостей (семейства частотных
характеристик), построенных по выражению (48). Каждый рисунок выполнен для фиксированных значений Q, Qп,
n для семейства кривых с различными значениями настройки пассивного излучателя и относительными упругостями его подвеса.
Рис. 64. Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Qв=0,2, n=0,5 (а)
и Qв=0,2, n=1,0 (б)
Здесь и на рис. 65, 66 нанесены следующие кривые:
- - - - - закрытое оформление; - · - · - p=1, l=2; —×××—×××—
p=1, l=1; —×××—××× p=1, l=0,5; —×—×—
p=1, l=3; ————— р=2, l=2; О—О—О— р=3, l=3; ОО—ОО—ОО— р=3 l=2
Рис. 65. Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Q0 = 0,4, n=0,5 (а) и Q0=0,4,
n=l,0 (б)
Рис. 66. Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Q0 = 0,6, n=0,5 (а) и Q0=O,6,
n=1,0 (б)
Как видно из приведенных кривых, обычно пассивный излучатель настраивается на частоту в 2—3 раза ниже резонансной частоты
головки в отличие от настройки фазоинвертора, резонансная частота которого может лишь незначительно отличаться от резонансной
частоты головки. Что касается добротности используемых головок, то их значение составляет 0,2—0,8 и связано с объемом оформления.
Чем меньше объем оформлений, тем меньшую добротность головки необходимо выбирать.
С помощью приведенных кривых могут быть решены различные задачи. Например, задавшись желательной формой частотной характеристики,
типом головки и предположительным объемом оформления, выбирают параметры пассивного излучателя (его массу и гибкость). Если
желаемая форма частотной характеристики не получается, наиболее просто увеличивать объем оформления. Однако могут возникнуть
такие сочетания добротности головки и объема оформления, при которых получить желательную 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 Ø=105 мм, а в качестве высокочастотного 3
— головка ЗГД-31. Передняя панель квадратная (315×315 мм). Корпус имеет малую глубину (125 мм). Конструкция пассивного
излучателя 1 представляет собой диффузор конусной головки (Ø 140 мм) с добавочной массой. Резонансная частота
головки 54 Гц, резонансная частота пассивного излучателя — 15 Гц.
Заметим, что делают попытки повысить эффективность работы АС с ПИ. На рис. 67 изображена такая АС с ПИ. В этой системе
имеется два закрытых объема V1 и V2. Головка 1 возбуждает
объем V1, а пассивный излучатель частью 2 возбуждает объем V1,
а частью 3 — объем V2, который полностью заполнен звукопоглощающим материалом. Благодаря наличию
объема V2 и связи с ним пассивного излучателя снижается резонансная частота АС с ПИ и улучшается форма
ее частотной характеристики.
Рис. 67. Схематическое изображение сложной АС с ПИ
Пример расчета. Пусть имеется головка 30ГД-1 с параметрами: f0 = 25 Гц, Q = 0,2, Vэ=160
л. Необходимо найти параметры АС с ПИ для случая максимально ровной частотной характеристики системы в области низких частот.
Рассмотрим рис. 64,а, 65,а и 66,а, справедливые для Q=0,2. Как видно, наилучшие результаты могут быть получены
при п =2 (рис. 65,а). При этом внутренний объем оформления будет равен 80 л. Теперь выбираем частоту
настройки и гибкость подвеса пассивного излучателя. Предпочтение следует отдавать кривым с параметрами l = 2,
р = 2 и l = 2, р = 3. Характеристика при р = 2 получается наиболее
протяженной в область низких частот, спад плавный, но достигающий ~ 9 дБ на частоте 23 Гц. Выигрыш по звуковому давлению
составляет 6 дБ. Спад характеристики при l = 2, р = 3 также плавный, но составляет ~ 7 дБ до
частоты 25 Гц. Выигрыш по звуковому давлению 7 дБ.
Каковы же параметры АС с ПИ? Пассивный излучатель в обеих случаях настраивается на частоту в 2 раза ниже резонансной
частоты головки (l = 2), т. е. на 22,5 Гц. Относительная упругость подвеса ПИ равна соответственно р
= 2 и р = 3, т. е. s = sв/2 и s = sв/3. Иными
словами, эквивалентный объем излучателя Vэ.п (понятие аналогичное понятию — эквивалентный
объем головки) при р = 2 равен эквивалентному объему головки Vэ, т. е. 160
л, а при р = 3 равен 3/2 Vэ, т. е. 240 л.
Площадь ПИ выбирается равной площади диффузора головки, а масса определяется из (46) и должна быть такой, чтобы с упругостью
(sв+s) обеспечить резонансную частоту ПИ 22,5 Гц. Добротность излучателя должна быть больше 5.
В.К. Иофе, М.В. Лизунков
Часть [1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[5]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
|