6.2. Акустические системы

6.2.1. Громкоговорители

Громкоговорители - приборы для преобразования электрических колебаний в акустические колебания воздушной среды - являются последним и одним из наиболее важных звеньев любого акустического тракта, так как их свойства оказывают чрезвычайно большое влияние на качество работы этого тракта в целом.

Составной частью любой акустической системы являются головки громкоговорителей (динамики). Динамики различаются по способам преобразования энергии и их связи с окружающей средой, которую они возбуждают. В настоящее время широко применяются электродинамические диффузорные головки (до 90 % всех преобразователей) и значительно реже (только 10 % от числа всех используемых) электростатические, электретные, пъезопленочные и другие.

В конструкции громкоговорителей наблюдается много совпадений с конструкцией микрофонов. Разработаны, например, громкоговорители конденсаторного типа на широкий диапазон частот (АСЭ-1), но производство их очень дорого. В электретных громкоговорителях применяются заранее наэлектризованные электретные пленки. 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.

В пьезогромкоговорителях пластинка из сегнетовой соли или пьезокерамики связана с диффузором. Малая климатическая стойкость сегнетовой соли, низкая чувствительность пьезокерамики, большая неравномерность частотной характеристики, высокое входное сопротивление и большие нелинейные искажения ограничивают применение пьезогромкоговорителей.

Упрощенная конструкция электродинамической диффузорной головки приведена на рис. 6.4.

Подвижная катушка, намотанная тонким проводом на картонный цилиндр, жестко соединена с диффузором (рассеивателем), находится в магнитном поле постоянного магнита цилиндрической формы. На катушку подается электрический сигнал звукового сопровождения с выхода усилителя мощности радиотехнического устройства. При взаимодействии магнитных полей катушки и постоянного магнита, катушка вибрирует, заставляя вибрировать диффузор. Диффузор создает акустическую волну, пропорциональную силе звука.

Такая конструкция головки относится к прямому типу излучения, так как излучает непосредственно в среду.

К основным параметрам громкоговорителей относятся:

чувствительность – звуковое давление, развиваемое акустической системой по оптической оси на удалении 1 м при подведении к ее зажимам напряжения в 1 В;

стандартное звуковое давление (СЗД) - звуковое давление, развиваемое акустической системой на расстоянии 1 м по ее оси при подведении к ее зажимам мощности в 0,1 Вт (подводимое напряжение ). Международной электрической комиссией (МЭК) введено понятие характеристической чувствительности (ХЧ), которая отличается от СЗД только величиной подводимой мощности – 1 Вт;

АЧХ, представляющая зависимость СЗД или ХЧ от частоты входного сигнала;

номинальная мощность – электрическая мощность, ограниченная тепловой и механической прочностью излучающей головки (выбирается из ряда 0,05, 0,1, 0,25, 0,5 1, 1,5, 2, 3, 4, 6, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 50, 75, 100 Вт). При номинальной мощности подводимого сигнала акустическая система создает номинальное звуковое давление;

электрическое сопротивление (выбирается из ряда 4, 8, 16, 25, 50 Ом);

направленность - зависимость звукового давления, развиваемого громкоговорителем, в точках свободного поля, находящихся на одинаковом расстоянии от рабочего центра, от угла между рабочей осью громкоговорителя и направлением на выбранную точку. Обычно эту характеристику нормируют к осевому звуковому давлению. Характеристика направленности изменяется в зависимости от частоты, поэтому ее измеряют на ряде частот или в заданной полосе частот. Характеристику направленности громкоговорителя, снятую в одной плоскости, называют диаграммой направленности (ДН).

Одним из требований, предъявляемым к акустическим системам, является воспроизведение широкого частотного диапазона. Поскольку с помощью одного преобразователя (головки) выполнить это невозможно, применяются наборы головок, каждая из которых воспроизводит свой диапазон частот. В настоящее время применяются головки широкополосные (ШП), низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные.

Большинство современных акустических систем выполняются закрытыми, т.е. устанавливаются в специальный корпус. Такая система не излучает задней поверхностью диффузора головки, но имеет недостаток – у них наблюдается нагруженность диффузора дополнительной упругостью воздуха внутри корпуса, и как результат, ограничивается снизу воспроизводимый диапазон частот.

Для улучшения качества воспроизведения звука в акустических системах применяют целый комплекс мер как конструктивных, связанных с конструкцией самих головок и элементов корпуса, так и схемных.

У одного из выводов громкоговорителя иногда наносятся знак полярности в виде точки, пукли или знака "+", который помогает правильно осуществить параллельное соединение громкоговорителей.

Обозначение громкоговорителя, например, 1ГД-3-100, расшифровывается так: первая, цифра (1) - мощность, Вт; буквы "ГД" - громкоговоритель динамический; вторая цифра (3) - порядковый номер разработки; последние цифры (100) - значение резонансной частоты, Гц. При маркировке нестандартных громкоговорителей добавляются буквы, указывающие завод изготовитель (например: 3ГД - 6 ВЭФ, 5ГД-3 РРЗ. Электростатические громкоговорители маркируются тремя буквами, характеризующими тип, и цифрами, обозначающими номер разработки, например, ГСВ-1 - громкоговоритель статический высокочастотный или ГСШ-1 - громкоговоритель статический широкополосный).

Требования к значениям параметров для отечественных акустических систем определены нормами по группам сложности (0, 1, 2, 3). Требования к системам высокой верности (НiFi) в основном совпадают с требованиями высшей группы сложности 0.

Международные нормы на высококачественные громкоговорители системы высокой верности (НiFi) коротко формулируются так. Номинальный диапазон рабочих частот - 50 Гц ... 12 кГц. Частотная характеристика, снятая треть октавными полосами розового шума, должна укладываться в допустимую область с неравномерностью не более 8 дБ в диапазоне частот 100 Гц ... 4 кГц и не более 12 дБ на частотах ниже 100 Гц и выше 4 кГц (розовый шум - шумовой сигнал, уровень спектральной плотности энергии которого при повышении частоты снижается с постоянной крутизной 3 дБ/окт в диапазоне частот измерений; октава (окт) - диапазон частот, ограниченный значениями F_min и F_max , для которого F_max /F_min = 2). Частотные характеристики, снятые пол углом 15° к оси вверх, вниз, вправо, влево, не должны отличаться от осевой характеристики при их совмещении больше чем на 4 дБ. Частотные характеристики громкоговорителей для двух каналов стереофонической установки не должны различаться более чем на 2 дБ. Рекомендуемые значения сопротивлений высококачественных громкоговорителей - 4 и 8 Ом.