ОПРЕДЕЛЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ, ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

РАЗДЕЛ 6 ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ И ТЕЛЕФОНЫ

Громкоговоритель и телефон — это уст­ройства для преобразования электрических колебаний в звуковые, акустические колеба­ния воздушной среды. Поскольку громкого­ворители и телефоны являются последними звеньями любого радиовещательного (звуко­воспроизводящего) тракта или линии связи, то их свойства оказывают решающее влия­ние на его качество работы в целом.

По способу преобразования громкоговори­тели и телефоны подразделяются на электро­магнитные (в основном телефоны), электродинамические катушечные, изодинамические, электростатические, пьезоэлектрические и не­которые другие. По виду излучения звука громкоговорители подразделяют на громко­говорители непосредственного излучения (диффузорные, куполообразные, ленточные) и ру­порные. Различают громкоговорители по потребляемой электрической мощности (мощ­ные, маломощные), а также и по чувствитель­ности.

Следует отметить, что диффузорные гром­коговорители без внешнего акустического оформления (так называемые головки гром­коговорителей) по причинам, излагаемым ни­же, нуждаются во внешних оформлениях, совместно с которыми, а также с такими пас­сивными элементами, как трансформаторы, разделительные фильтры, аттенюаторы, об­разуют акустические излучающие системы. Последние обычно и называют громкоговори­телями или акустическими системами. Для озвучения и звукоусиления применяют групповые излучатели — звуковые колонки.

Поскольку телефоны предназначены для работы непосредственно на объем слухового канала и не являются излучающими система­ми, то их характеристики несколько отлича­ются от характеристик громкоговорителей.

Громкоговорители характеризуются зна­чительно большим числом параметров. ГОСТом 16122—84 (Громкоговорители, Мето­ды электроакустических измерений) уста­новлены определения характеристик громко­говорителей и терминов, к ним относящихся, наиболее употребительные из которых при­ведены ниже.

Громкоговоритель — устройство для эф­фективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько головок громкоговори­телей, необходимое акустическое оформле­ние, необходимые электрические устройства (фильтры, трансформаторы, регуляторы и т.п.).

Пассивный громкоговоритель — громкого­воритель, не увеличивающий энергию электри­ческого сигнала, поступающего на вход.

Головка громкоговорителя — пассивный электроакустический преобразователь, пред­назначенный для преобразования сигналов звуковой частотыиз электрической формы в акустическую.

Акустическое оформление — конструктив­ный элемент громкоговорителя, обеспечи­вающий эффективное излучение звука (акус­тический экран, ящик, рупор и т. п.).

Однополосный громкоговоритель — громкоговоритель, все головки которого работают в одном и том же диапазоне частот.

Многополосный громкоговоритель — громкоговоритель, головки которого работают в двух или более разных диапазонах часто'

Абонентский громкоговоритель — громкоговоритель, предназначенный для воспроизведения передач низкочастотного канала сети проводного вещания.

Рупорный громкоговоритель — громкоговоритель, акустическим оформлением которого является жесткий рупор.

Звуковая колонка — громкоговоритель отличающейся направленностью звукоизлучения в различных плоскостях, содержащий по крайней мере одну линейную цепочку однотипных громкоговорителей или головок громкоговорителей и предназначенный для озвучения помещений и открытых пространен

Акустическая система — громкоговоритель, предназначенный для использования в качестве компонента в бытовой радиоэлектронной аппаратуре.

Открытая акустическая система — акустическая система, в которой влияние упругости воздуха в объеме акустического оформления пренебрежимо мало, а излучения передней и тыльной сторон подвижной системы головки громкоговорителя не изолированы друг от друга в области низких частот.

Закрытая акустическая система — акустическая система, в которой упругость воздуха в объеме акустического оформления соизмерима с упругостью подвижной системы головки громкоговорителя, а излучения передней и тыльной сторон подвижной системы изолированы друг от друга во всем диапазоне частот.

Широкополосная головка громкоговорителя — головка, предназначенная для однополосного громкоговорителя.

Узкополосная головка громкоговорителя - головка, предназначенная для многополосного громкоговорителя, которая может быть низкочастотной, среднечастотной или высокочастотной.

Рабочая плоскость — плоскость излучающих отверстий головок громкоговорителей Если рабочая плоскость не указана в нормативно-технической документации на данный громкоговоритель, то для громкоговорителя содержащего несколько излучающих отверстий, не лежащих в одной плоскости, за рабочую плоскость принимается та, на которой расположены излучающие отверстия высокочастотных головок многополосного гром­коговорителя или большинство излучающих отверстий однополосного громкоговорителя.

Рабочий центр — точка, лежащая на ра­бочей плоскости от которой производится отсчет расстояния от громкоговорителя. Если рабочий центр не указан в документации, то за него следует принимать: геометрический центр симметрии излучающего отверстия — для громкоговорителя, имеющего одно излу­чающее отверстие; геометрический центр симметрии излучающих отверстий или проекций этих отверстий на рабочую плоскость — для однополосного громкоговорителя; гео­метрический центр симметрии излучающих отверстий высокочастотных головок громко­говорителей — для многополосного громко­говорителя.

Рабочая ось — прямая, проходящая через рабочий центр громкоговорителя и перпенди­кулярная к рабочей плоскости.

Номинальное электрическое сопротивле­ние — заданное в нормативно-технической документации активное сопротивление, кото­рым замещают сопротивление громкоговори­теля при определении подводимой к нему электрической мощности. Минимальное зна­чение модуля полного электрического сопро­тивления громкоговорителя в заданном диапа­зоне частот не должно быть менее 0,8 R_ном.

Номинальная мощность — заданная электрическая мощность, при которой нелинейные искажения громкоговорителя не должны пре­вышать требуемые.

Максимальная шумовая мощность — элек­трическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, кото­рую громкоговоритель длительно выдержи­вает без тепловых и механических повреж­дений. Максимальная шумовая мощность должна быть не менее номинальной мощности.

Максимальная синусоидальная мощность — электрическая мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель длительно выдерживает без тепловых и механических повреждения. Максимальная синусоидальная мощность должна быть не ме­нее номинальной мощности. Для многополос­ного громкоговорителя может быть указано несколько максимальных синусоидальных мощностей, каждая для своей полосы частот.

Максимальная кратковременная мощ­ность — электрическая мощность специаль­ного шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель выдержи­вает без необратимых механических повреж­дений в течение 1 с (испытания повторяют 60 раз с интервалом 1 мин). Максимальная крат­ковременная мощность должна быть не менее максимальной шумовой мощности громкого­ворителя.

Максимальная долговременная мощность — электрическая мощность специального шумо­вого сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель выдерживает без не­обратимых механических повреждений в те­чение 1 мин (испытания повторяют 10 раз с интервалом в 2 мин). Максимальная долго­временная мощность должна быть не менее максимальной шумовой мощности громкого­ворителя.

Частота основного резонанса головки гром­коговорителя — частота возбуждающего си­нусоидального сигнала, при которой значение модуля полного электрического сопротивле­ния головки громкоговорителя имеет свой первый максимум (при возрастающейчасто­те. См. рис. 6.1). Частота основного резонанса может быть указана и для громкоговорителя.

Добротность головки громкоговорителя — отношение инерционной (упругой) составляю­щей механического сопротивления подвижной системы головки громкоговорителя на частоте основного резонанса к активной составляющей (мера затухания свободных колебаний по­движной системы головки громкоговорителя).

Механическая добротность головки гром­коговорителя — добротность, обусловленная потерями в механических элементах подвиж­ной системы головки громкоговорителя (доб­ротность при отсутствии тока в электрической цепи головки громкоговорителя).

Электрическая добротность головки гром­коговорителя — добротность, обусловленная наличием тока противо-ЭДС в электрической цепи головки громкоговорителя.

Полная добротность головки громкогово­рителя — добротность головки громкого­ворителя, обусловленная суммарным влия­нием механических потерь и тока противо-ЭДС в электрической цепи головки.

Эквивалентный объем головки громкогово­рителя — закрытый объем воздуха, имеющий акустическую гибкость, равную гибкости по­движной системы головки громкоговорителя.

Полярность головки громкоговорителя — оп­ределенная полярность электрического на­пряжения на выводах головки громкоговори­теля, вызывающая движение подвижной сис­темы головки в заданном направлении. По­лярность многополосного громкоговорителя определяется по полярности низкочастотной головки громкоговорителя.

Номинальный диапазон частот — диапа­зон частот, в котором заданы электрические и электроакустические характеристики гром­коговорителя.

Частотная характеристика по звуковому давлению — графическая или численная за­висимость от частоты уровня звукового дав­ления, развиваемого громкоговорителем в оп­ределенной точке свободного поля, находя­щейся на определенном расстоянии от рабо­чего центра, при постоянном значении напря­жения на выводах громкоговорителя.

Среднее звуковое давление — среднеквад­ратичное значение звукового давления, раз­виваемого громкоговорителем в заданных диа­пазоне частот и точке свободного поля при подведении к нему напряжения, соответствующего заданной электрической мощности. Усреднение проводится по значениям звуко­вого давления на частотах (в полосах частот), распределенных равномерно в логарифмичес­ком масштабе.

Характеристическая чувствительность — среднее звуковое давление, развиваемое гром­коговорителем в заданном диапазоне частот на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1 м от рабочего центра и проводимой элек­трической мощности 1 Вт.

Уровень характеристической чувствитель­ности — 20-кратный десятичный логарифм отношения характеристической чувствитель­ности к чувствительности 2•10^-5 Па • Вт^-1/2

Среднее стандартное звуковое давление — среднее звуковое давление, развиваемое гром­коговорителем в заданном диапазоне частот на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1 м от рабочего центра и подводимой элек­трической мощности 0,1 Вт.

Характеристическая мощность — элек­трическая мощность, которую необходимо подвести к громкоговорителю с тем, чтобы обеспечить номинальное среднее звуковое давление, равное 1 Па.

Неравномерность частотной характерис­тики звукового давления — разность макси­мального и минимального значений уровней звукового давления (отношение максималь­ного звукового давления к минимальному, выраженное в децибелах) в заданном диапа­зоне частот. Пики и провалы частотной ха­рактеристики уже 1/8 октавы не учитываются.

Типовая частотная характеристика — графическая зависимость уровня звукового давления от частоты с обозначенным полем допускаемых отклонений и уровнем среднего звукового давления в заданном диапазоне частот, нанесенным в виде прямой горизон­тальной линии.

Диапазон воспроизводимых частот — диа­пазон частот, внутри которого частотная ха­рактеристика звукового давления, усреднен­ная в 1/3 октавных полосах, не выходит за пределы поля допусков.

Диаграмма направленности — графичес­кая зависимость в условиях свободного поля уровня звукового давления для данных час­тоты (полосы частот) и расстояния от рабочего центра громкоговорителя от угла между ра­бочей осью громкоговорителя и направлением в точку измерения.

Коэффициент направленности — отно­шение звукового давления, измеренного под заданным углом относительно рабочей оси, к звуковому давлению на рабочей оси для одной и той же частоты (полосы частот) и при одном и том же расстоянии от рабочего центра громкоговорителя.

Индекс направленности — 20-кратный де­сятичный логарифм коэффициента направлен­ности.

Угол излучения — угол, в пределах кото­рого коэффициент направленности не меньше 0,5.

Коэффициент осевой концентрации — от­ношение квадрата значения звукового давле­ния, измеренного на данной частоте (полосе частот) в условиях свободного поля на рабочей оси на заданном расстоянии от рабочего цент­ра громкоговорителя, к среднему по сфере, в центре которой находится рабочий центр громкоговорителя, квадрату значения звуко­вого давления, измеренному при тех же усло­виях и на том же расстоянии от рабочего цент­ра.

Индекс осевой концентрации — 10-крат­ный десятичный логарифм коэффициента осе­вой концентрации.

Средняя акустическая мощность -— среднее арифметическое значение акустической мощности, излучаемой громкоговорителем в определенном диапазоне частот. Усреднение проводится по значениям акустической мощ­ности на частотах (в полосах частот), распре­деленных равномерно в логарифмическом масштабе.

Приведенный коэффициент полезного дей­ствия — отношение акустической мощности, излучаемой громкоговорителем на данной час­тоте (полосе частот), к проводимой электри­ческой мощности.

Коэффициент гармоник п-го порядка — от­ношение, выраженное в процентах эффектив­ного значения звукового давления сигнала, содержащего частоту возбуждения и все ее гармоники при возбуждении громкоговори­теля синусоидальным сигналом.

Суммарный коэффициент гармоник — ко­рень квадратный из суммы квадратов коэф­фициентов гармоник всех порядков.

Коэффициент интермодуляционных иска­жений п-го порядка — отношение, выраженное в процентах, эффективного значения звуко­вого давления суммы спектральных компо­нент с частотами f₂ ± (п — 1) f₁ к звуковому давлению на частоте f₂, где п — любое целое число, кроме единицы; f₁ и f₂ — частоты под­водимого к громкоговорителю сигнала (f₁ «f₂).

Суммарный коэффициент интермодуля­ционных искажений — корень квадратный из суммы квадратов коэффициентов интермоду­ляционных искажений всех порядков.

Призвук — нелинейные искажения, возни­кающие при возбуждении громкоговорителя синусоидальным сигналом. Субъективно (на слух) воспринимается как тон (группа тонов), звучащий одновременно с тоном частоты воз­буждения.

Дребезжание — нелинейные искажения, возникающие при возбуждении синусоидаль­ным сигналом громкоговорителя, имеющего механические дефекты. Субъективно (на слух) воспринимается как неприятный звук,неимеющий выраженной тональной окраски.

Может показаться, что в стандарте гром­коговоритель характеризуется излишне боль­шим числом параметров, однако это не так. Ведь стандарт рассчитан не только на потре­бителей, но и на разработчиков головок гром­коговорителей и акустических систем. Ряд па­раметров всей выпускаемой продукции конт­ролируют в процессе производства, а ряд па­раметров, проверка которых связана с боль­шой затратой времени, превышающей время выпуска одного изделия, контролируют выбо­рочно из партий изделий, выпущенных раз­ными сменами. Среди перечисленных имеются параметры, которые контролируются в основ­ном на стадии разработки головок громкого­ворителей. Параметры, которые принято счи­тать важнейшими для потребителя, должны приводиться в паспорте на головку громкого­ворителя или акустическую систему.

Поясним кратко значение некоторых параметров.

Номинальное электрическое сопротивле­ние, максимальная шумовая мощность и уро­вень характеристической чувствительности определяют тип усилителя звуковых частот, с которым может работать данная головка громкоговорителя или акустическая система;

частота основного резонанса, наряду со зна­чением полной добротности головки громко­говорителя, определяет низшую эффективно воспроизводимую частоту;

эквивалентный объ­ем головки громкоговорителя определяет объ­ем акустического оформления, т. е. геометри­ческие размеры корпуса громкоговорителя, что во всех случаях является важным потре­бительским параметром;

электрическую эконо­мичность громкоговорителя определяет зна­чение характеристической мощности, кото­рая обратно пропорционально связана с уровнем характеристической чувствитель­ности. Понижение чувствительности на 3 дБ влечет удвоение характеристической мощнос­ти, т. е. и мощности усилителя от которого работает громкоговоритель.

Важнейшим параметром громкоговорителя является его частотная характеристика по звуковому давлению и ее неравномерность. Чем меньше неравномерность частотной харак­теристики, тем выше качество звучания гром­коговорителя при равных прочих параметрах. Применительно к головкам громкоговорителей рекомендация стандарта о неучете пиков и провалов уже 1/8 октавы не является про­грессивной, поскольку наличие на частотной характеристике головки громкоговорителя пиков и провалов свидетельствует о недоб­рокачественном выполнении диффузора, о на­личии в нем стоячих волн, т.е. о недоработке головки громкоговорителя. Стандарт должен быть всегда прогрессивным и призван спо­собствовать повышению качества продукции. Аналогичное замечание можно сделать и к формулировке эффективно воспроизводимого диапазона частот, в которой, по существу, за­ложена допустимость неравномерности частот­ной характеристики 10 дБ. Что касается не­линейных и интермодуляционных искажений, то они должны быть не выше указанных в специальных стандартах, а такие параметры, как призвук или дребезжание, отсутствуют во­обще у громкоговорителей, прошедших ОТК, их наличие свидетельствует о неисправности громкоговорителя.