Громкоговорители динамики, рупоры и телефоны (стр. 3 из 3)

В этих случаях на высоких частотах основной диффузор перестает работать из-за относительно гибкого соединения его со звуковой катушкой и в работу включается малый диффузор, достаточно жесткий и легкий. Чувствительность (эффективность излучения) громкоговорителя на высоких частотах повышают, уменьшая индуктивность звуковой катушки, например, с помощью вихревых токов Фуко; уменьшение индуктивности снижает ее электрическое сопротивление и приводит к возрастанию тока на высоких частотах. Для этого на керн надевают насадку в виде медного колпачка е разрезом. На низких частотах чувствительность громкоговорителя повышают, применяя специальные акустические оформления.

Направленность одиночных диффузорных громкоговорителей неявно выражена из-за малости поверхности излучения; она проявляется в диапазоне высоких частот.

Наибольшая подводимая к головке электрическая мощность ограничена значением, при котором коэффициент гармоник не превышает нормы, установленной ГОСТом или техническими условиями (обычно не более 5...10% на частотах 100...200 Гц). Этот параметр называют номинальной мощностью, выражают ее в ваттах, указывают в паспорте или другом документе на головку. В настоящее время громкоговорители выпускаются мощностью 0,025...50 Вт. КПД головки громкоговорителя (отношение излучаемой акустической мощности к подводимой электрической)снижается при уменьшении ее размеров, так как одновременно уменьшаются площадь поверхности диффузора, объем провода катушки и индукция в зазоре. Поэтому у малогабаритных громкоговорителей значение КПД очень мало: в основном составляет 0,2...0,5%, не превышая даже у самых мощных 1...2%. Чтобы скомпенсировать уменьшение звуковой отдачи, сопутствующее снижению КПД, к громкоговорителям малогабаритных акустических систем приходится подводить существенно большую мощность. Среднее стандартное звуковое давление, создаваемое современными динамическими головками, составляет 0,1...0,3 Па. Нелинейные искажения в диффузорных громкоговорителях в основном создаются из-за нелинейности механической системы в центрирующей шайбе и подвесе диффузора и из-за неравномерного распределения индукции в зазоре. Коэффициент нелинейных искажений на частотах около 100 Гц доходит до:1О% и более. Для его уменьшения применяют центрирующие шайбы, имеющие сложную конфигурацию и выполненные из специальных материалов, гофрированные подвесы, а также полюсные наконечники такой формы, при которой создается: более равномерное поле в зазоре. Для маломощных громкоговорителей высоту звуковой катушки делают больше высоты зазора, вследствие чего число пересекаемых силовых линий не зависит от амплитуды колебаний. В электродинамических громкоговорителях возможно появление субгармонических искажений, в результате которых создаются составляющие с частотами, равными половине частоты колебаний диффузора. Эти субгармоники появляются в тех случаях, когда образующая диффузора прямолинейна, т.е. когда диффузор имеет коническую форму. Чтобы уменьшить возможность возникновения субгармоник, образующей диффузора придают криволинейную форму (например, экспоненциальную).

Внутреннее сопротивление громкоговорителей обычно составляет несколько ом. Для согласования его с сопротивлением приемника, трансляционной линии и т.п. применяют трансформаторы. При этом входное сопротивление громкоговорителей с трансформатором определяется номинальным напряжением источника мощности и номинальной мощностью громкоговорителя Zbx =Uном/Pном.

Рупорные излучатели. Основным недостатком громкоговорителей непосредственного излучения является их чрезвычайно низкий КПД. Причина этого заключается в несогласованности сопротивлений механической системы и окружающей среды. Для повышения сопротивления излучения нужно увеличивать размеры излучателя, но это повлечет рост механического сопротивления массы излучателя и не даст выигрыша в КПД. Поскольку диффузор выполняет две функции: преобразования механических колебаний в акустические и излучения этих колебаний в окружающую среду, разрешить такое противоречие можно только разделением этих функций, которое осуществляется в рупорных громкоговорителях, Рупор служит также для согласования сопротивлений механической системы и окружающей среды. Рупором называют трубу с переменным сечением. Входное отверстие излучающего рупора (горло) меньше, чем выходное (устье). Выходное отверстие является излучателем, а входное - нагрузкой для механической системы. Таким образом, излучатель может быть сделан сколь угодно большим, а механическая система - небольшой и потому легкой.

Рис. 4. Виды рупоров: а - сдвоенный; б - секционированный.

Рупоры применяют с различным законом изменения поперечного сечения. Наиболее распространены рупоры экспоненциальные; реже применяются конические, так как они имеют значительно менее равномерную амплитудно-частотную характеристику. Для острой направленности и более низкой границы передаваемого диапазона частот следует увеличивать выходное отверстие рупора и выбирать рупор большей длины. Для увеличения длины рупор часто свертывают или складывают (рис. 4). С аналогичными явлением мы сталкиваемся в духовых музыкальных инструментах: чем ниже регистр инструмента, тем длиннее его рупор.

Для концентрации или расстояния звуковых волн применяются акустические линзы, основанные на преломлении звуковых лучей при переходе из одной среды в другую с разными скоростями распространения (например, скорость распространения звуковых волн в пористых материалах или в решетках и жалюзи пластин отличается от скорости распространения в открытом пространстве). К недостаткам рупора можно отнести нелинейные искажения, обусловленные большой величиной и резким изменением амплитуды звукового давления в пределах одной длины волны в горле рупора, а также частотные искажения в рупорах конической формы. Рупорные электродинамические громкоговорители имеют два конструктивных варианта: узко- и широкогорлые. Площадь входного отверстия рупора в узкогорлых громкоговорителях в несколько раз меньше площади поршневой диафрагмы, в широкогорлых - эти площади или одинаковы, или близки друг к другу.

Электростатические громкоговорители делятся на конденсаторные, электретные и пьезогромкоговорители.

Рис. 5. Конденсаторный громкоговоритель:

а - конструкция (1 - массивный электрод; 2 - гибкий электрод с изоляцией; 3 - натягивающий винт); б - схема включению.

На рис.5 , а приведена схематическая конструкция конденсаторного громкоговорителя. На ребристом полуцилиндре с помощью винта натянута тонкая металлическая фольга, с внутренней стороны облицованная диэлектриком, или полимерная пленка, снаружи покрытая металлом. Поверхности полуцилиндра и фольга служат электродами конденсатора. Между электродами приложено поляризующее напряжение U₀. На эти электроды подается еще переменное напряжение U; сила притяжения электродов F = (U₀+ U)² S/8пd² где S - площадь электродов; d - расстояние между ними. При U < U0 можно пренебречь квадратичной составляющей, тогда переменная сила F = СU₀U/d, так как С =. S/4пd Следовательно, сила, действующая на гибкий электрод, определяется отношением поляризующего напряжения к межэлектродному расстоянию U₀/d, емкостью конденсатора С и переменным напряжением. Коэффициент электромеханической связи громкоговорителя обратно пропорционален частоте, а электрическая характеристика i/ U = wС прямо пропорциональна ей, т. е. они компенсируют друг друга, что выравнивает чувствительность на высоких частотах;

Конденсаторный громкоговоритель используют, как правило, в качестве высокочастотного элемента акустических систем. Например, при внешних размерах 15 х 10 см и длине волны не более 8 см (т. е. на частоте 4250 Гц) его коэффициент излучения не зависит от частоты. Для получения частотно-независимой чувствительности частоту резонанса механической системы выбирают на нижней границе передаваемого диапазона частот, последовательно с громкоговорителем, включая активное электрическое сопротивление R6 (рис. 5, б), которое уменьшает падение напряжения на громкоговорителе с увеличением частоты за счет роста тока через емкость. Значение отношения U₀/d ограничено электрической прочностью пленки, поэтому чувствительность зависит только от размеров излучателя. Разработаны громкоговорители конденсаторного типа и на широкий диапазон частот (например, АСЭ-1), но производство их очень дорого.

Электретные громкоговорители отличаются от конденсаторных применением э них электретной пленки, заранее наэлектризованной. Поляризующее напряжение образуется предварительной электризацией одного иэ электродов, изготовляемого из полимеров или керамических поляризующихся материалов и имеющего металлическое покрытие. Оно является электродом конденсатора, а электрет - источником поляризующего напряжения. Поляризация электрета постепенно уменьшается и через несколько лет требуется его замена или повторная поляризация. В этом заключается как недостаток электретного громкоговорителя по сравнению с конденсаторным, так и его достоинство, поскольку для него не требуется источник напряжения. По механическим и акустическим характеристикам электретный громкоговоритель не отличается от конденсаторного.

Пьезогромкоговорители. Край пластинки из сегнетовой соли или пьезокерамики связывают с диффузором и получают громкоговоритель непосредственного излучения, коэффициент электромеханической связи которого такой же, как конденсаторного. Малая климатическая стойкость сегнетовой соли, низкая чувствительность пьезокерамики, большая неравномерность частотной характеристики, высокое входное сопротивление и большие нелинейные искажения ограничивают применение пьезогромкоговорителей.