Тема 2.2 Электроакустическая аппаратура студий

1. Микрофоны, их классификация и характеристики.

2. Устройство и принцип работы электродинамических и электростатических микрофонов.

3. Формирование стереофонических сигналов с помощью микрофонов.

4. Громкоговорители, их классификация и характеристики.

5. Устройство и принцип работы головки динамической прямого излучения. Способы улучшения качества звучания громкоговорителей.

6. Звуковые колонки и акустические системы.

7. Рупорные громкоговорители. Абонентские громкоговорители.

 

2.1. МИКРОФОНЫ

Классификация. Микрофоном называют преобразователь акусти­ческих колебаний в электрические. Микрофоны классифицируют по принципам электромеханического преобразования, приема звука и др.

По принципу электромеханического преобразования микрофоны бывают: электродинамические, электростатические, электромагнит­ные и релейные. Электродинамические по конструкции подвижной системы делятся на катушечные и ленточные. Электростатические делятся на конденсаторные, в том числе электретные и пьезоэлек­трические микрофоны.

По принципу приема звука микрофоны подразделяют на при­емники давления, приемники градиента давления и комбиниро­ванные приемники. В приемниках звукового давления звуковос­принимающий элемент (например, диафрагма) открыт для воздей­ствия звуковых волн только с одной стороны

F ф -Fr~F

Звуковоспринимающий элемент в приемниках градиента давле­ния открыт для воздействия звуковых волн с двух сто­рон.

 

Комбинированные приемники звука представляют собой соче­тание двух микрофонов, расположенных в непосредственной бли­зости друг от друга. Существуют электрически и акустически ком­бинированные приемники. Электрически комбинированные прием­ники состоят из двух самостоятельных микрофонов, расположен­ных близко друг от друга и соединенных между собой электриче­ски. Акустически комбинированные приемники выполняют так, что­бы звуковоспринимающий элемент микрофона был открыт для воз­действия звуковых волн полностью с одной стороны и частично с другой. Такой приемник является сочетанием микро­фонов давления и градиента давления.

Характеристики. Работу микрофонов оценивают многими ха­рактеристиками. Рассмотрим основные из них. Чувствительность — отношение напряжения U на выходе микрофона к звуковому дав­лению р, действующему на микрофон

E=UJp

Стандартный уровень чувствительности — выраженное в лога­рифмических единицах отношение напряжения U, развиваемого на номинальном сопротивлении R при звуковом давлении в 1 Па, к напряжению, соответствующему мощности 1 мВт:

Частотная характеристика — зависимость стандартного уровня чувствительности от частоты. Ее неравномерность определяют в номинальном частотном диапазоне.

Уровень собственного шума — выраженное в логарифмических единицах отношение напряжения шума, развиваемого микрофо­ном в отсутствие звука, к напряжению при звуковом давлении в

0,1 Па.

> Характеристика направленности — зависимость чувствительно­сти микрофона в свободном поле от угла 9 между рабочей осью микрофона и направлением на источник звука. Рабочей осью ми­крофона называют направление, с которого чувствительность ма­ксимальная.

Графическое изображение характеристики направленности —■ диаграмма направленности. Ее часто представляют в полярной си­стеме координат.

 

Рис. 2.2. Диаграммы на­правленности микрофо­нов

 

 

2.2 ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ КАТУШЕЧНЫЕ МИКРОФОНЫ

 

Электродинамические катушечные (динамические) микрофоны могут быть выполнены как приемники давления или комбиниро­ванные.

Принцип работы микрофона основан на электромагнитной ин­дукции. При воздействии звуковых волн диафрагма, а вместе с ней и звуковая катушка колеблются в радиальном магнитном поле, созданном магнитной системой в кольцевом воздушном зазоре меж­ду верхним фланцем и полюсным наконечником. Вследствие этого в звуковой катушке индукцируется ЭДС:

Е=В1и,

(2.4)

 

-длина провода катушки; v — ско-

где В -- индукция в зазоре; / рость колебаний катушки.

Пользуясь (2.4), определяем чувствительность микрофона в ре­жиме холостого хода

E=e/p=Blv/p.

(2.5)

 

Чувствительность динамических микрофонов в режиме холосто­го хода 1,6... 2 мВ/Па, стандартный уровень чувствительности примерно —58 дБ. Неравномерность частотной характеристик;! 12 дБ.

Усложнение конструкции позволяет расширить частотный диапазон микрофона до 50... 10 000 Гц, а для отдельных микро­фонов до 15 000 Гц.

Динамические микрофоны относительно просты по конструк­ции, надежны в работе, могут работать в широком диапазоне тем­ператур и влажности, устойчивы к сотрясениям. Это предопреде­лило их широкое распространение в системах озвучения и звуко­усиления, в аппаратно-студийных комплексах, на станциях провод­ного вещания для передачи речи. Динамические микрофоны обо­значаются буквами МД и цифрами, указывающими номер разра­ботки, например МД-72.

2.3. ЛЕНТОЧНЫЕ МИКРОФОНЫ

Принцип работы ленточных микрофонов, как и динамических, основан на явлении электромагнитной индукции. На рис. 2.5 пока­зана конструкция ленточного микрофона градиента давления. В его составе имеется тонкая гофрированная алюминиевая ленточка 3, выполняющая роль звуковоспринимающего элемента и проводни­ка. Ленточка подвешена на изолирующих планках 4 в зазоре меж­ду полюсными наконечниками 5 подковообразного магнита /.

Ленточка колеблется под действием разностной силы в линей­ном магнитном поле, в результате чего в ней наводится ЭДС. Алю­миниевая ленточка шириной 2... 2,5 мм и длиной 20... 30 мм имеет малое электрическое сопротивление, примерно 0,25...... 0,5 Ом. При таком сопротивлении ЭДС, возникающая на кон­цах ленточки, составляет несколько микровольт. Для повышения напряжения, а также для согласования сопротивления ленточки с сопротивлением нагрузки в конструкцию микрофона входит по­вышающий трансформатор с коэффициентом трансформации бо­лее 50.

Частотный диапазон работы микрофона зависит от резонанс­ной частоты подвижной системы

w_o= 1/Vrne. (2.7;

Рис. 2.5. Конструкция ленточного микрофона

где т — масса; с — гибкость ленточки.

 

 

Параметры ленточ­ных микрофонов примерно одинаковы с динамическими, в полосе частот 50... 15000 Гц можно получить неравномерность частотной характеристики 8 дБ. Ленточные микрофоны по сравнению с дина­мическими более громоздки, чувствительны к вибрациям и элек­тромагнитным полям, использовать их можно только н помеще­ниях. В то же время благодаря наиболее естественному и мягкому звучанию, их применяют в студиях и концертных залах для записи

музыки.

Ленточные микрофоны обозначаются буквами МЛ и цифрами,

указывающими номер разработки, например МЛ-51.

2.4. КОНДЕНСАТОРНЫЕ

II ЭЛЕКТРЕТНЫЕ МИКРОФОНЫ

В состав конденсаторного микрофона входит капсюль, пред­ставляющий собой конденсатор с воздушным диэлектриком. Схема включения капсюля приведена на рис. 2.7. Один из электродов конденсатора массивный 2, а второй — тонкая натянутая мембра­на 1. К конденсатору через резистор R_n приложено поляризующее напряжение Vq. При воздействии на мембрану звуковых волн из­меняется расстояние между электродами, следовательно, изменя­ются емкость конденсатора и напряжение на нем. В результате этого пропорционально звуковому давлению изменяется напряжение на резисторе R,,

U=U_ox/d, (2.8)

где х — смещение мембраны; d — расстояние между обкладками конденсатора.

Рис. 2.7. Схема включения капсюля конденсаторного микрофона

В электретных микрофонах, в отличие от конденсаторных, от­сутствует отдельный источник поляризующего напряжения. Источ­ником этого напряжения служит мембрана, которая выполнена из полимерных материалов (смол), являющихся диэлектриками, но способных в сильном электрическом поле и при высокой темпера­туре заряжаться и сохранять электрический заряд продолжитель­ное время. Такие материалы называют электретами.

В режиме холостого хода чувствительность конденсаторных ми­крофонов

E=U/p=U_ox/dp. (2.9)

Конденсаторные микрофоны имеют высокую чувствительность, равномерную частотную характеристику (неравномерность не бо­лее 6 дБ в диапазоне частот 50... 15000 Гц). В то же время у них высокий уровень собственного шума и высокая стоимость. Несмот­ря на эти недостатки, они получили широкое распространение для записи вещательных передач, используются как измерительные микрофоны. Электретные микрофоны дешевле конденсаторных, не­равномерность частотной характеристики достигает 10... 15 дБ в диапазоне частот 50... 15000 Гц, уровень собственного шума вы­ше, чем у конденсаторных. Их часто используют в бытовых магни­тофонах.

Конденсаторные микрофоны обозначаются буквами МК и цифрами, указы­вающими номер разработки, например MK-I4. Обозначение электретных микро­фонов аналогично, например МКЭ-6.

2.6. ФОРМИРОВАНИИ СТЕРЕОФОНИЧЕСКИХСИГНАЛОВ С ПОМОЩЬЮ МИКРОФОНОВ

Стереофонические системы должны создавать у слушателя наи­более полное впечатление о передаваемой звуковой картине. При этом важно, чтобы впечатление от звучания совпадало с тем, ко­торое ожидает слушатель на основе опыта, накопленного при про­слушивании передач в концертном зале или театре. Решение этой задачи во многом зависит от используемых технических средств и способа формирования стереофонических сигналов (стереосиг­налов).

В двухканальных стереофонических системах стереосигналы могут быть сформированы способами АВ, XY, MS и их комбина­циями. Способ АВ (рис. 2.10,а) часто называют «классическим» или «фазовым». При таком способе формирования стереосигналов микрофоны каналов А и В располагаются друг от друга на рас­стоянии 0,5... б м. Микрофоны имеют одинаковые чувствитель­ности и диаграммы направленности (круг, восьмерка, кардиоида).

В зависимости от месторасположения источника звука на вы­ходе микрофонов получаются электрические сигналы, изменяющиеся по фазе и амплитуде. Наибольшее влияние на стереоэф­фект оказывает различие фаз сигналов. Способ АВ не нашел ши­рокого распространения на практике, так как не позволял про­слушать стереофоническую передачу без дополнительных преобразований на монофонические устройства.

При формировании стереосигналов способом XY (рис. 2.10,6) применяют дна расположенных и непосредственной близости друг от друга одинаковых однотипных микрофона с диаграммами на­правленности в виде восьмерки или кардиоиды. Чаще всего кап­сюли обоих микрофонов объединяют общей конструкцией в виде стереомикрофона. Стереомикрофон (рис. 2.11) состоит из двух микрофонов, совмещенных в единой конструкции так, что звуко-воспринимающие элементы находятся один под другим, при этом микрофоны можно поворачивать относительно друг друга. Стерео­эффект при таком способе получается вследствие различия ин-тенсивностей звука, воспринимаемых обоими микрофонами. Фа­зовые различия между звуковыми волнами, воспринимаемыми микрофонами, практически отсутствуют.

Способ MS (рис. 2.10,е) является частным случаем способа XY. Микрофон канала М имеет диаграмму направленности в виде кру­га, восьмерки или кардиоиды и воспринимает информацию о всем звуковом поле, а микрофон канала S с диаграммой направленности в виде восьмерки воспринимает информацию с левой и правой сторон звукового поля. Способ MS позволяет проще всего обеспе­чить прямую совместимость, так как для этого достаточно инфор­мации, воспринимаемой микрофоном канала М.

Для получения на приемной стороне стереоэффекта при способе MS необходимо суммарно-разностное преобразование сигналов. Принцип работы суммарно-разностного преобразователя (СРП) с использованием мостовой схемы на резисторах иллюстрируется рис. 2.12. При одновременной работе микрофонов каналов М и S через резисторы R протекают два тока. Падение напряжения на резисторах, где токи совпадают по фазе, будет соответствовать сигналу M-f-S, где токи противоположны по фазе, — сигналу М—S. Микрофоны каналов М и S расположены в одной точке звуковою поля, поэтому фазы сигналов на их выходах будет изменяться од­новременно, т. е. па выходе / все время будет сигнал M-f-S, на выходе 2 — М—S. Применение СРП позволяет сравнительно про­сто регулировать стереосигнал и создавать ряд специальных звуко­вых эффектов с помощью изменения ширины базы.

 

 

Рис. 2.1!. Общий вид стереомикрофона

 

2.7. ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ

Классификация. Громкоговорителем называется электроаку­стический преобразователь, предназначенный для излучения звука в окружающее пространство. Составные узлы громкоговорителя: головка, акустическое оформление, пассивные электрические уст­ройства (фильтры, трансформаторы, регуляторы). В головке гром­коговорителя происходит преобразование сигналов звуковых ча­стот из электрической формы в акустическую. Акустическое оформ­ление (акустический экран; закрытый, открытый или фазоинверсный ящик; рупор) повышает эффективность излучения.

По способу преобразования электрической энергии в акусти­ческую громкоговорители делятся на электродинамические, электро­статические (конденсаторные, электретные, пьезоэлектрические), электромагнитные и релейные. Наиболее широкое распространение получили электродинамические громкоговорители. В высококаче ственных громкоговорителях находят применение электростатиче­ские головки (конденсаторные). Электромагнитные громкоговори­тели из-за низкого качества звучания практически не применяются. Релейные (пневматические) громкоговорители преобразуют энер­гию постоянного потока воздуха в акустическую под действием акустических или механических колебаний и применяются в уст­ройствах специального назначения, например, в сиренах.

По способу излучения различают головки прямого излучения и рупорные громкоговорители. В головках прямого излучения звук излучается непосредственно в окружающее пространство. Голов­ки рупорных громкоговорителей излучают звук через рупор.

Электрические и электроакустические характеристики. Работу громкоговорителей оценивают следующими характеристиками.

Номинальная мощность — электрическая мощность, рассеивае­мая на сопротивлении, равном номинальному электрическому со­противлению громкоговорителя, ограниченная возникновением ис­кажений, превышающих заданную норму. Номинальная мощность выпускаемых громкоговорителей 0,1... 100 Вт.

Паспортная мощность — наибольшая неискаженная электриче­ская мощность усилителя, от которого громкоговоритель может удовлетворительно работать на реальном звуковом сигнале без тепловых и механических повреждений. Паспортная мощность всег­да больше номинальной мощности громкоговорителя.

Коэффициент полезного действия —■ отношение излучаемой гром­коговорителем акустической мощности к электрической мощности на частоте f или в полосе частот со среднем'! частотой f.

Номинальное электрическое сопротивление —активное сопро­тивление, которым замещают громкоговоритель при измерении электрической мощности, потребляемой от источника сигнала. Это сопротивление соответствует минимальному значению модуля полного электрического сопротивления громкоговорителя в диа­пазоне частот выше частоты основного резонанса. Номинальное электрическое сопротивление головок составляет 4, 8, 16, 25,50 Ом.

Среднее стандартное звуковое давление — среднее звуковое давление, развиваемое громкоговорителем в номинальном диапа­зоне частот на рабочей оси на расстоянии 1 м от рабочего центра при подведении к нему напряжения, соответствующего мощности в 0,1 Вт. Рабочей осью называют прямую, проходящую через ра­бочий центр (обычно геометрический центр симметрии выходного отверстия излучателя) в направлении преимущественного исполь­зования. Головки динамические развивают стандартное звуковое

давление 0,2... 0,4 Па.

Характеристика, направленности — зависимость звукового дав­ления, развиваемого громкоговорителем в точке свободного поля, от угла между рабочей осью громкоговорителя и направлением на эту точку. Характеристику (диаграмму) направленности для одной плоскости представляют в полярной системе координат. Обычно приводят нормированные диаграммы направленности в виде отношений звукового давления, измеренного под углом 0, к звуковому давлению в равноудаленной точке на рабочей оси, т. е. R(Q) — Рв/Рвмакс- Характеристики направленности громкого­ворителя зависят от частоты, поэтому их измеряют на ряде ча­стот рабочего диапазона. На рис. 2.13 показана часть диаграммы направленности динамической головки прямого излучения. В об­ласти низких частот излучение ненаправленное. Направленным оно становится с повышением частоты. Зависимость направленно­сти излучения от частоты — недостаток подобных излучателей.

 

 

Рис. 2.13. Диаграммы направленности громко­говорителей

 

 

2.8. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ ГОЛОВКА ПРЯМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Электродинамическая головка прямого излучения (головка динамическая) служит для преобразования электрической энер­гии сигналов в акустическую. Конструкция головки

показана на рис. 2.14. Ее можно разделить на две системы: магнитную и по­движную (механическая колебательная).

Магнитная система головки состоит из магнита /,магнитопровода 2 и верхнего фланца 3 агнитную и по­движную (механическая колебательная).

Рис. 2.14. Конструкция элект­родинамической головки пря­мого излучения

В зависимости от конструкции магнита различают открытые и закрытые магнитные системы. В закрытых магнитных системах (рис. 2J14) магнит вы­полняют в виде керна. Подвижная система головки состоит из каркаса со звуковой катушкой 4, находящейся в кольцевом воз­душном зазоре; диффузора 5, являющегося излучателем; гофри­рованного подвеса б, соединяющего диффузор с диффузородер-жателем 8; центрирующей шайбы 9, фиксирующей положение звуковой катушки в зазоре магнитной цепи; колпачка 7, увеличивающего площадь диффузора и его жесткость. Звуковую катушку выпол­няют из тонкого провода, что позволя­ет обеспечить лучшее заполнение воз­душного зазора. Диффузор изготовля­ют из бумажной массы или пенопла­ста методом литья. Угол раскрыва диффузора 90... 120°. При такой кон­струкции диффузора удается получить легкий и достаточно жесткий поршне­вой излучатель. Центрирующую шайбу выполняют из неплотных тканей и гофрируют. Это позволяет уменьшить частотные искажения, которые воз­никли бы из-за замкнутого объема воздуха между центрирующей шайбой и

 

 

диффузородержателем.

Принцип работы динамической го­ловки основан на взаимодействии переменного магнитного потока, созда­ваемого

током, протекающим по зву­ковой катушке, с постоянным магнит­ным потоком, постоян- ным потоком, создаваемым постоян­ным магнитом. В результате их взаимодействия появляется элек­тродинамическая сила

Г=Ш/, (2.1!)

где В — индукция в зазоре магнитной цени; / — длина провода катушки; / — ток в витках звуковой катушки. Под действием электродинамической силы колеблется звуковая катушка, ее ко­лебания передаются диффузору. При колебаниях диффузор при­водит в движение частицы окружающей среды, создавая попере­менно сжатие и разряжение ее. Среда при этом оказывает сопро­тивление возникающим колебаниям. Это сопротивление называют ■сопротивлением излучения.

Звуковая катушка колеблется в магнитном поле, в ней наво­дится ЭДС, которая по правилу Ленца направлена навстречу при­ложенному напряжению. Поэтому ток в звуковой катушке

1=(и-г)/г_эл, (2.12)

где U — напряжение, подводимое к звуковой катушке; е — ЭДС индукции; Z₃it — собственное сопротивление звуковой катушки.

Согласно ГОСТ 9010—78 условное обозначение головки со­стоит из цифр, указывающих номинальную мощность, букв ГД (головка динамическая) и цифр, указывающих порядковый номер разработки. Например, головка динамическая с номинальной мощ­ностью 1 Вт и порядковым номером разработки 52 обозначается 1ГД-52.

2.10. УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЗВУЧАНИЯ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ

Электродинамические громкоговорители воспроизводят полосу частот примерно от 50....60 Гц до 8... 10 кГц с большой нерав­номерностью частотной характеристики (до 12... 18 дБ).

Для расширения рабочего диапазона частот и уменьшения не­равномерности частотной характеристики применяют различные конструктивные усложнения, улучшающие качество работы гром­коговорителя. Остановимся на некоторых из них.

Для устранения дифракции волн от передней и задней стенок диффузора, головки динамические устанавливают в ящик. Ди­фракция звуковых волн зависит от размеров ящика: с их увели­чением влияние звуковой волны от задней стенки диффузора уменьшается.

Получили распространение ящики с открытой и закрытой задней стенкой. В ящиках с закры­той задней стенкой устанавливают динамические головки несколько большей массы по сравнению с головками, применяемыми в ящиках с откры­той задней стенкой. Это необходимо для компен­сации уменьшения гибкости подвижной системы головки, что привело бы к увеличению частоты основного резонанса, а следовательно, к суже­нию рабочего диапазона частот. Громкоговори­тели, расположенные в ящике с закрытой зад­ней стенкой, обеспечивают меньшую неравномер­ность частотной характеристики, однако име­ют низкий КПД.

Улучшить воспроизведение сигналов низких частот можно, используя фазоинверсную си­стему: ящик, в передней стенке которого имеются два отвер­стия (рис. 2.19). В одном отверстии размещается динамиче­ская головка, другое предназначено для выхода звуковой волны от задней стенки диффузора головки. Отверстие и объем воздуха внутри ящика представляют собой дополни­тельные механические колебательные системы, имеющие соб­ственные частоты резонанса. Если выбрать резонансные ча­стоты подвижной системы громкоговорителя и фазоинвертора одинаковыми, то на частотах выше основной частоты резонанса фаза звуковых колебаний в отверстии фазоинвертора отличается от фазы колебаний задней стенки диффузора. На частоте основ­ного резонанса этот сдвиг составляет 90°, а с увеличением часто­ты стремится к 1180°. На частотах, где фазовый сдвиг достигает 180°, волна из отверстия излучается в фазе с волной от передней стенки диффузора головки, усиливая друг друга.

. Чтобы расширить рабочий диа­пазон частот, можно использовать двухдиффузорные динамические головки, конструкция ее показана на рис. 2.20. Диффузор 1 слу­жит для воспроизведения сигналов низких частот. На высоких частотах этот диффузор перестает работать из-за возникновения стоячих волн, в работу включается малый диффузор 2, достаточ­но жесткий и легкий.

Более эффективно расширить рабочий диапазон частот гром­коговорителя можно с помощью двухголосных и трехполосных громкоговорителей (акустических систем). В акустических систе­мах: используется несколько головок динамических, причем каж­дая головка предназначена для воспроизведения сигналов только части рабочего диапазона частот. Головки подключают через разделительные фильтры. Варианты схем фильтров показаны на рис. 2.21. В двухполосных акустических системах частоты разде­ления выбирают от 300 до 500 или от 2000 до 4000 Гц. В трех­полосных акустических системах среднечастотные головки вос­производят диапазон частот примерно от 400 до 4000 Гц. Они могут быть выполнены с куполообразной диафрагмой вместо диф­фузора. Использование куполообразной диафрагмы из пленки алюминия (титана) с нанесенной смесью эпоксидной смолы и во­локон окисла алюминия позволяет существенно улучшить воспро­изведение сигналов высоких частот. Высокочастотные головки могут быть также ленточными. По конструкции они похожи на ленточные микрофоны, но имеют большую поверхность излучателя. Акустические системы категории Hi=Fi воспроизводят диапазон частот не уже 50... 12 500 Гц с неравномерностью частотной ха­рактеристики до 8 дБ.

 

 

Условное обозначение акустических систем состоит из цифр, указывающих номинальную мощность, букв АС (акустическая система) и цифр, указывающих группу сложности, номер разработки. Например, акустическая система с номи налыюй мощностью 35 Вт первой гру азработки 1 обозначается 35АС101

 

В закрытых акустических системах и фазоинверторах внутри ящика могут возникнуть резонансные явления, которые приводят к увеличению неравномерности частотной характеристики. Для устранения этих явлений внутреннюю поверхность ящиков обыч­но заполняют звукопоглощающим материалом.

Равномерную частотную характеристику можно получить при­менением звуковых колонок. Звуковая колонка является группо­вым излучателем, в ее составе несколько однотипных динамиче­ских головок, включенных синфазно. Синфазность работы головок обеспечивается фазировкой: при подключении к звуковым катуш­кам электрического сигнала определенной полярности диффузоры головок должны прогибаться в одну сторону. Головки, входя­щие в состав звуковой колонки, имеют разные частотные харак­теристики. При их совместном действии частотные характеристи­ки усредняются, их неравномерности сглаживаются. Особенно это относится к области частот выше 1000 Гц. Использование звуко­вых колонок, кроме того, повышает направленность излучения и КПД

Условное обозначение звуковых.колонок состоит из цифр, указывающих но­минальную мощность, букв КЗ (колонка зпукопая) и цифр, укапывающих на оформление колонки (нечетные — металлическое; четные — деревянное). Напри­мер, колонка лпукопая с номинальной мощностью 15 Вт и металлическом оформлении обозначается 15K3-I.

.

 

 

Рис. 2.21. Принципиальные схемы разделительных фильтров

Рис. 2.22. Схема включения и конструкция дифференциального конденсаторного гр о м к о го в о р и т ел я

 

 

Улучшить качество звучания можно применением электроста­тических (конденсаторных) громкоговорителей. Возможны схемы конденсаторных громкоговорителей двух вариантов — несиммет­ричная (однотактная) и дифференциальная (двухтактная). Диф­ференциальный громкоговоритель проще по конструкции, вносит малые искажения. На рис. 2.22 показана конструкция дифферен­циального конденсаторного громкоговорителя. Между двумя пер­форированными пластинами 2, являющимися неподвижными электродами, располагается подвижный электрод 1 (мембрана) из пленки толщиной 5... 10 мкм. Поверхности электродов метал­лизированы. К электродам приложены поляризующее напряжение Uo и переменное напряжение электрического сигнала U_. На­пряжение Uo^>>U_ и равно нескольким киловольтам

Качество звучания громкоговорителей зависит от способа раз­мещения их в помещении. Например, в монофонических системах звучание получается лучше, если громкоговорители располагают­ся несимметрично относительно стен и других отражающих по­верхностей. В стереофонических системах для получения макси­мального стереоэффекта их лучше располагать у одной из стен помещения площадью 20... 25 м² на расстоянии 2,5... 3,5 м друг от друга. Рабочие оси громкоговорителей должны при этом пере­секаться под углом 90... 100° на расстоянии 1... 1,5 м от линии их расположения.

2.11. РУПОРНЫЕ

И РАДИАЛЬНЫЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ

Головки динамические выполняют функции преобразования электрических сигналов в акустические и излучения их в окру­жающее пространство. Из-за несогласованности сопротивлений механической колебательной системы и окружающего пространст­ва, головки динамические имеют очень малый КПД, не превы­шающий 1... 2%. Добиться увеличения КПД и тем самым достаточного звукового давления при сравнительно небольшой мощ­ности усилителя

Рис. 2.23. Виды рупорных громкоговорителей

 

 

 

можно, разделив функции преобразования элек­трических колебаний в акустические и излучения их в окружаю­щее пространство. Это разделение функций выполняется в рупорных громкоговорителях.

В составе рупорного электродинамического громкоговорителя имеется излучатель (головка динамическая или диафрагма) и рупор. Рупор представляет собой трубу с экспоненциальным за­коном изменения поперечного сечения (рис. 2.23,а). Входное от­верстие So, в котором располагается излучатель, называется горлом, а выходное отверстие Si, излучающее звук в окружающую среду, — устьем. Звуковые волны излучаются рупором, если ча­стота колебаний излучателя превышает некоторую частоту, на­зываемую критической, о)„р=рс/2, где с — скорость звука; р — показатель расширения — величина, показывающая изменение се­чения рупора на единицу его длины.

Для экспоненциального рупора конечной длины I площадь по­перечного сечения:

Отсюда длина рупора /=l/pln~(S,/So).

Длина рупора влияет на рабочий диапазон частот громкого­ворителя. Для расширения рабочего диапазона необходимо длину рупора увеличить, так как в этом случае будет уменьшаться р, от которого зависит критическая частота и_кр. При большой дли­не рупор выполняют свернутой конструкции (рис. 2.23,6). Коле­бания излучателя, помещенного в горле рупора 3, отражаясь от горла рупора 2, попадают в экспоненциальный наружный рупор /, и, достигая устья, излучаются в пространство. В зависимости от типа излучателя различают широкогорлые и узкогорлые рупор­ные громкоговорители. В узкогорлых рупорных громкоговорителях (рис. 2.23,в) излучателем является легкая диафрагма 2 из лавса­на, жестко соединенная со звуковой катушкой 1, помещенной и магнитное поле. Излучаемые диафрагмой колебания поступают и предрунорную камеру с площадями входного отверстия, равной площади диафрагмы 5_Д и выходного отврестия, равного So. Ка­мера играет роль акустического трансформатора (с коэффициен­том трансформации n = S_fl/S₀), согласующего механическое со­противление подвижной системы диафрагмы с входным механи­ческим сопротивлением рупора. В предупорной камере колеба­тельная скорость в л раз увеличивается, а следовательно, уве­личивается и звуковое давление, создаваемое громкоговорителем. В области высоких частот фазы излучаемых от различных уча­стков диафрагмы звуковых волн оказываются неодинаковыми, что приводит к искажениям звука. Для устранения этого в предру-порной камере располагают вкладыш 3 (рис. 2.23,е).

В широкогорлых рупорных громкоговорителях (рис. 2.24) из­лучателем является мощная головка динамическая, примыкаю­щая к рупору. Увеличение звукового давления на оси по срав­нению с головками прямого излучения достигается в таких гром­коговорителях за счет концентрации звуковой энергии. Так как входное отверстие рупора достаточно велико, то даже при не­большом показателе расширения р удается получить низкую кри­тическую частоту. Из этого следует, что широкогорлые рупорные громкоговорители могут излучать сигналы более низких частот.

Рупорные громкоговорители являются направленными излуча­телями. Для получения заданной диаграммы направленности в диапазоне частот применяют секционированные рупоры (рис. 2.25).

Условное обозначение рупорных громкоговорителей состоит из букв, указы­вающих номинальную мощность, букв ГР (громкоговоритель рупорный) и цифр, указывающих группу сложности и номер разработки. Например, рупорный гром коговоритель с номинальной мощностью К) Вт четвертой группы сложности и номером разработки 5 обозначается 10ГР-45.

Рупорные электродинамические громкоговорители воспроизво­дят сигналы диапазона частот примерно 100... 6000 Гц с нерав­номерностью частотной характеристики до 15 дБ. Мощность ру­порных громкоговорителей достигает 100 Вт. Их применяют в си­стемах передачи речи.

Наряду с рупорными громкоговорителями находят примене­ние радиальные, состоящие из 4... 6 головок динамических, рас­положенных по окружности и наклонных вниз под углом около 45°. Таким образом получается ненаправленное излучение в го­ризонтальной плоскости. Вверх такой громкоговоритель почти не излучаем

 

Рис. 2.24. Широкогорлый рупорный громкоговоритель

 

Рис. 2.25. Секционированный рупор