регистрация /  вход

Устройство головок громкоговорителей (стр. 1 из 2)

Устройство головок громкоговорителей


В настоящее время наибольшее распространение получили головки громкоговорителей электродинамической системы, прямого излучения с коническим или купольным диффузором. Первые модели таких головок появились в 1924 г. Внешний вид головки показан на рис.1, а её схематический чертеж – на рис. 2.

Рисунок 1.

1 – звуковая катушка, 2 – диффузор, 3 – гофрированный подвес диффузора, 4 – диффузородержатель, 5 – центрирующая шайба, 6- передний фланец, 7 – магнит, 8 – задний фланец, 9 – керн, 10 – кольцевой зазор, 11 – отверстия.

Рисунок 2.

Источник электрических сигналов создаёт в звуковой катушке ток. В результате взаимодействия тока с магнитным полем в кольцевом зазоре возникает сила

, пропорциональная величине тока
, приложенная к проводникам звуковой катушки и направленная вдоль оси диффузора. Эта сила вызывает механические колебания диффузора и, в конечном результате, создание диффузором звуковых волн.

Для анализа свойств такой системы составим её эквивалентную электрическую схему.

Введем обозначения:

- масса подвижной системы головки, включающая массу звуковой катушки, диффузора и присоединенную массу воздуха;
- гибкость подвеса, учитывающая гибкость гофра, центрирующей шайбы и воздуха под защитным колпачком;
- коэффициент трения, учитывающий трение в гофре, центрирующей шайбе и кольцевом зазоре. Используя методику строим эквивалентную электрическую схему.


Эквивалентная электрическая схема головки громкоговорителя.

Рисунок 3

Определим входное сопротивление головки. Для этого пересчитаем механические сопротивления в электрическую часть схемы:

В знаменателе стоит сумма проводимостей трех элементов: активного

, ёмкости
и индуктивности
. Следовательно, эти элементы соединены параллельно. Таким образом, эквивалентная схема приводится к виду (см. рис. 4):


Рисунок 4.

Теперь нетрудно вычислить входное сопротивление головки громкоговорителя:

.

Как видим, входное сопротивление головки зависит от частоты. Типичный график этой зависимости показан на рис. 5.

Зависимость модуля полного сопротивления головки громкоговорителя электродинамической системы от частоты.

Рисунок 5

На частоте

наблюдается максимум полного сопротивления головки громкоговорителя, обусловленный механическим резонансом подвижной системы.

Эту частоту называют частотой основного резонанса. Она является одной из важнейших характеристик головки и приводится в справочниках. На частоте

наблюдается минимум модуля полного сопротивления, который обусловлен последовательным резонансом.

Значение сопротивления на частоте

указывается в справочниках как номинальное электрическое сопротивление. На частотах выше частоты последовательного резонанса модуль полного сопротивления головки монотонно растет благодаря увеличению индуктивного сопротивления звуковой катушки.

Определим теперь величину звукового давления, создаваемого головкой громкоговорителя на её оси. Будем полагать, что:

- головка громкоговорителя работает в поршневом режиме,

- головка установлена в бесконечно протяженном плоском экране,

- точка наблюдения находится на достаточно большом расстоянии от головки

.

Амплитуда звукового давления на оси головки:

,

где

- амплитуда скорости колебаний,
площадь излучающей поверхности диффузора. В свою очередь сила
, действующая на диффузор, определяется выражением:


.

Подставив эти величины в выражение для амплитуды, получим:

.

Звуковое давление зависит от частоты. Для облегчения анализа выражения частотный диапазон можно разбить на четыре области, в каждой из которых это выражение упрощается.

1.

. В этой области амплитуда звукового давления:

растет с увеличением частоты пропорционально квадрату частоты, т. е. со скоростью 12 дБ/октаву.

2.

. В районе частоты основного резонанса:

,

т.е. растет пропорционально первой степени частоты (6 дБ/октаву).

3.

. В области средних частот:

не зависит от частоты.

4.

, где
- верхняя частота рабочего диапазона головки. В этой области:

звуковое давление убывает обратно пропорционально частоте, т. е. со скоростью –6 дБ/октаву.

Объединив эти четыре зависимости, можно представить амплитудно – частотную характеристику (АЧХ) идеальной головки громкоговорителя (см. рис. 6).

АЧХ идеальной головки громкоговорителя.

Рисунок 6

АЧХ звукового давления реальной головки отличается от АЧХ идеальной головки неравномерностью, которая появляется из-за образования на поверхности диффузора стоячих волн при некоторых значениях частоты. АЧХ реальной головки громкоговорителя 6ГДШ-3 изображена на рис. 7.

Рисунок 7

Из рис. 7 следует, что головка громкоговорителя плохо излучает на частотах ниже частоты основного резонанса. Это необходимо учитывать при подборе головок для акустической системы.

С АЧХ головки громкоговорителя связаны такие понятия как неравномерность частотной характеристики, эффективно воспроизводимый диапазон частот и эффективный рабочий диапазон частот.

Неравномерностью частотной характеристики называют разность максимального и минимального уровней звукового давления в заданном диапазоне частот (пики и провалы характеристики ỳже 1/9 октавы не учитываются).

Эффективно воспроизводимый диапазон частот – диапазон частот, в пределах которого уровень звукового давления, создаваемого громкоговорителем на оси, понижается на 10 дБ по отношению к среднему в октавной полосе частот в области максимальной чувствительности.