www.diagram.com.ua
www.diagram.com.ua
Русский: Русская версия English: English version
Translate it!
Поиск по сайту

+ Поиск по журналам
+ Поиск по статьям сайта
+ Поиск по схемам СССР
+ Поиск по Библиотеке

Бесплатная техническая библиотека:
Все статьи А-Я
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Новости науки и техники
Журналы, книги, сборники
Архив статей и поиск
Схемы, сервис-мануалы
Электронные справочники
Инструкции по эксплуатации
Голосования
Ваши истории из жизни
На досуге
Случайные статьи
Отзывы о сайте

Справочник:
Большая энциклопедия для детей и взрослых
Биографии великих ученых
Важнейшие научные открытия
Детская научная лаборатория
Должностные инструкции
Домашняя мастерская
Жизнь замечательных физиков
Заводские технологии на дому
Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
Искусство аудио
Искусство видео
История техники, технологии, предметов вокруг нас
И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
Конспекты лекций, шпаргалки
Крылатые слова, фразеологизмы
Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
Любителям путешествовать - советы туристу
Моделирование
Нормативная документация по охране труда
Опыты по физике
Опыты по химии
Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
Охрана труда
Радиоэлектроника и электротехника
Строителю, домашнему мастеру
Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
Чудеса природы
Шпионские штучки
Электрик в доме
Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
Схемы и сервис-мануалы
Книги, журналы, сборники
Справочники
Параметры радиодеталей
Прошивки
Инструкции по эксплуатации
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(200000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
Ваши истории
Загадки для взрослых и детей
Знаете ли Вы, что...
Зрительные иллюзии
Веселые задачки
Каталог Вивасан
Палиндромы
Сборка кубика Рубика
Форумы
Карта сайта

ДИАГРАММА
© 2000-2021

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

Контакты

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua

сделано в Украине
сделано в Украине

Диаграмма. Бесплатная техническая библиотека

Бесплатная техническая библиотека Бесплатная техническая библиотека, Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Акустическое короткое замыкание в громкоговорителе и его преодоление

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Акустические системы

 Комментарии к статье

Возможно ли иное акустическое оформление громкоговорителя помимо широко распространенных ныне фазоинвертора либо закрытого ящика, а также более дорогих вариантов рупорных и лабиринтных громкоговорителей? В этой статье описан метод расширения полосы эффективно воспроизводимых нижних частот в корпусах открытого типа и приведены практические конструкции громкоговорителей.

В громкоговорителе при колебаниях диффузора головки электродинамического типа его фронтальная и тыльная поверхности приводят в движение воздух, создавая попеременно его сжатие и разрежение. Таким образом, когда с одной стороны диффузора давление возрастает, то с другой стороны, наоборот, уменьшается. На низких частотах, если динамическая головка не имеет акустического оформления (в свободном пространстве), из-за дифракции звуковых волн происходит процесс акустического короткого замыкания и результирующее звуковое давление в окружающем пространстве сильно ослабляется.

Для исключения этого вредного явления динамическую головку помещают в акустический экран, устраняющий компенсирующее действие противофазных колебаний сжатия-разряжения. Основные конструкции таких экранов и их особенности описаны в [1-3]. Напомним кратко эти известные варианты.

Щит, размеры которого должны быть достаточно большими и, по крайней мере, соизмеримы с длиной акустической волны на самой низкой воспроизводимой частоте. На низших частотах (десятки герц) размеры щита велики - несколько метров, что для практических конструкций неприемлемо.

Ящик с открытой задней стенкой представляет собой "свернутый" щит. Такое акустическое оформление громкоговорителя широко применялось в 30-60-х годах минувшего столетия, когда требования к полосе воспроизводимых звуковых колебаний были невелики.

Ящик с лабиринтом, длина которого равна половине длины волны на низких частотах [1], по конструкции и технологии изготовления неоправданно сложен и поэтому практически не распространен.

Рупор, представляющий собой расходящийся волновод, также используется для увеличения звуковой отдачи. На низких же частотах размеры рупора слишком велики.

Закрытый ящик, обычно заполненный звукопоглощающим материалом во избежание стоячих и других волн. При этом акустическая энергия, излучаемая тыльной поверхностью диффузора, рассеивается внутри ящика.

Закрытый ящик с фазоинвертором - ныне один из популярных типов акустического оформления, предложенного еще в 1930 г. Фазоинвертор представляет собой трубу или отверстие, выполненное в ящике. Фазоинвертор работает в очень узкой полосе частот, а при достаточно широком спектре сигналов низких частот происходит затягивание переходных процессов в виде "окрашивания" звуков басового регистра. Вследствие этого различные по тембру музыкальные инструменты звучат весьма сходно, т. е. фазоинвертор фактически искажает реальные звучания. Как и в предыдущем варианте, примерно половина акустической мощности теряется в ящике. Отсутствие другого эффективного акустического оформления заставляет разработчиков акустических систем (АС) использовать это техническое решение [2, 3].

Преодоление акустического короткого замыкания в АС при создании простого и энергетически эффективного акустического оформления громкоговорителей, действующего в широкой полосе звуковых частот практически без звуковых потерь, является в настоящее время важной и нерешенной проблемой [2, 4].

Описываемые в статье технические решения, исключающие акустическое короткое замыкание, позволяют использовать озвучиваемое помещение для повышения эффективности работы АС на низких частотах. При этом снижаются требования к конструкции акустического оформления ввиду исключения в ящике стоячих волн, поскольку звуковая энергия тыльного излучения головки выходит из ящика в пространство, озвучивая его. В этих конструкциях уменьшается или вовсе исчезает влияние упругости воздуха, ограниченного объемом ящика, и возрастание резонансной частоты громкоговорителя.

Звуковая энергия в твердых материалах распространяется в виде потока, причем ортогональное по отношению к оси излучения распространение намного меньше (до -30 дБ), чем по оси излучения [5]. В воздушной среде тоже действуют принципы векторного сложения колебательной скорости вне зависимости от частоты и фазы суммируемых потоков звуковых колебаний. Из теории колебаний [6] известно также, что два гармонических колебания, имеющих одинаковую частоту и произвольную фазу между собой и распространяющихся взаимно перпендикулярно, не взаимодействуют между собой. В ближней зоне излучателей оказываются важными соотношения колебательной скорости и скорости распространения, а также длины волны а и диаметра излучателя d (отверстия излучения). Разделение звуковых потоков прямого и обратного излучения головки и перевод их в ортогональные относительно друг друга потоки позволяет устранить акустическое короткое замыкание излучателя.

Конструктивными мерами - с помощью "волновода" - возможно развернуть звуковой поток, создаваемый тыльной поверхностью диффузора громкоговорителя, на 90 град, так, как это изображено на рис. 1 (вектор В). В окрестностях точки О колебательные скорости тангенциального потока от волновода и потока фронтального излучения головки (вектор А) складываются. Если потоки и колебательные скорости равны, при вычислении равнодействующей R получаем суммарное акустическое давление в 1,41 раза больше каждой из составляющих.

Акустическое короткое замыкание в громкоговорителе и его преодоление

Таким образом, в ближнем от излучателя пространстве акустическое давление р возрастает на 3 дБ. Отдаваемая АС акустическая мощность в помещении [7] удвоится, поэтому для получения одинаковой звуковой мощности для такой АС потребуется УМЗЧ вдвое меньшей мощности:

Ра = p2V/Tc 10-5, Вт (при Rr = 3 м),

где V - объем помещения; Тс - среднее время оптимальной реверберации; Rr - радиус гулкости.

Как видно из формулы, величина акустической мощности Ра заметно возрастает, если отказаться от известных конструктивных решений акустического оформления АС. С учетом влияния звукопоглощающего материала, которым обычно наполняют закрытый ящик громкоговорителя для поглощения энергии, излучаемой тыльной поверхностью диффузора, реальный выигрыш может оказаться еще больше.

Следуя изложенному принципу исключения акустического короткого замыкания, автором были разработаны конструкции акустического оформления, один из вариантов которого приведен на рис. 2.

Акустическое короткое замыкание в громкоговорителе и его преодоление

В корпусе с глухой задней стенкой 1 нижняя часть передней панели 2 ("ломаная дека") наклонена под углом к вертикали, образуя с верхней частью передней панели "волновод" для звуковых волн, создаваемых с тыльной стороны головки громкоговорителя. При расчете конструкции важно выполнить условие, чтобы площадь поперечного сечения волновода, по которому распространяется звуковой поток из ящика, была не менее площади тыльной поверхности диффузора. В противном случае воспроизведение самых низких частот будет ослаблено вследствие остаточной упругости воздуха в ящике.

Измерения, проведенные в безэховой камере Акустического института РАН, подтвердили рассмотренные предположения, что и позволяет сделать излагаемые в этой статье рекомендации. Звук, выходящий из волновода, обеднен в области высоких частот, и он на слух кажется более бархатистым, чем звук фронтального потока. Это отнюдь не ухудшает музыкальности звучания из-за иного направления распространения развернутого потока: помещение также участвует в формировании звукового образа, делая его объемным. Даже если помещение содержит много поглотителей звука, например, ковровых изделий и мягкой мебели, естественность звука и его объемность не теряются.

На основе предложенного метода автором была разработана и изготовлена стереофоническая АС "Цунами". В каждом из громкоговорителей системы использованы низкочастотная 15-дюймовая головка L-3712 (из Германии), имеющая максимальную мощность 100 Вт, и две высокочастотные головки 6ГДВ-4. Звуковой диапазон разделен на две полосы - 20...5000 Гц и 5000...25000 Гц. Измеренная эффективность в режиме излучения НЧ оказалась равной 110 дБ/VBt-m при отличном качестве воспроизведения звука. С помощью этой АС при средней электрической мощности 5 Вт на каждый канал озвучивался зал, где находилось 600 человек.

Результаты экспериментальных исследований образцов громкоговорителей и акустических систем были изложены автором в докладе на Нижегородской Акустической сессии [7].

На рис. 3 показаны еще одна конструкция громкоговорителя и векторная диаграмма распространения звуковых потоков А, В и R.

Акустическое короткое замыкание в громкоговорителе и его преодоление

Звуковой поток А является фронтальным, поток В - тыльным. Вектор R является равнодействующим от сложения векторов А и В. На этом рисунке следующие обозначения элементов: 1 - звуковая головка; 2 - корпус; 3 - волновод для выхода звуковой энергии тыльного излучения; 4 - выходное отверстие волновода; 5 - стенка волновода; 6 - передняя стенка волновода. Такой громкоговоритель обеспечивает более диффузное распространение звука в пространстве. На передней стенке громкоговорителя устанавливают и высокочастотные головки.

Анализ векторных диаграмм, приведенных на рис. 1 и 3, показывает, что предложенный метод исключения акустического замыкания между потоками А и В позволяет преодолеть это вредное явление в звуковых системах с одновременным энергетическим и качественным выигрышем.

Экспериментальные работы были проведены с головками 4А-32 в большом заглушённом помещении с помощью звукового генератора ГЗ-33, вольтметра ВЗ-33, частотомера 43-32 и прецизионного измерителя шумов типа 00017 с конденсаторным микрофоном типа МКД.

Для получения сравнительных параметров была исследована и обычная АС с головкой 4А-32; за прототип взят серийный громкоговоритель 35ГД-4 в закрытом корпусе. Его измеренная частотная характеристика приведена на рис. 4.

Акустическое короткое замыкание в громкоговорителе и его преодоление

В диапазоне частот 80... 12000 Гц средняя характеристическая чувствительность - около 94 дБ/VBt-m при неравномерности до 26 дБ. В корпусе помещен звукопоглощающий материал. Звучание этой АС не отличается высоким качеством.

На рис. 5,а приведены результаты измерений частотной характеристики громкоговорителя "Цунами" (его конструкция аналогична показанной на рис. 1) с той же головкой 4А-32. Средняя эффективность фронтального излучения возросла до 98 дБ/VBt-m в диапазоне частот 40...20000 Гц, неравномерность АЧХ уменьшилась до 9 дБ, полоса воспроизводимых частот расширилась. Выигрыш по электроакустическому коэффициенту полезного действия прототипа и АС "Цунами" оказался равным 6,4 раза!

Акустическое короткое замыкание в громкоговорителе и его преодоление

На рис. 5,6 приведена АЧХ громкоговорителя по вектору В, из которой следует, что полоса излучаемых частот равна 50..J6000 Гц при эффективности 96 дБ/Вт-м и неравномерности в полосе 12 дБ. В АС 35ГД-4 и подобных ей энергия тыльного излучения головки превращается в тепло.

Выполненные автором АС по аналогии с конструкцией на рис. 2 с использованием корпусов от ламповых телевизоров "Рубин", "Электрон" и др. показали прекрасные результаты. Использовались головки 4А-32, 6ГД-2 и др., способные хорошо воспроизводить низкие частоты. Головки с тяжелой подвижной системой автор не использовал в связи с их малой эффективностью и недостаточно широкой полосой рабочих частот. Изготовление предложенных АС, лишенных акустического замыкания, доступно в домашних условиях и представляет интерес при утилизации устаревшей аппаратуры.

Предложенный способ исключения акустического короткого замыкания в громкоговорителе позволяет значительно усовершенствовать и рупорные громкоговорители. На рис. 6 упрощенно показана конструкция рупорного громкоговорителя 1, выполненного на основе обычной (диффузорной) электродинамической головки 2. Прямое излучение звука происходит через рупор 3, а обратное излучение от головки - через симметричный волновод 4. Векторная диаграмма потоков звукового излучения в горизонтальной плоскости приведена там же.

Акустическое короткое замыкание в громкоговорителе и его преодоление

Приведенные в статье конструкции АС, построенные на основе изложенных положений, - лишь малая часть возможного разнообразия вариантов.

Литература
  1. Сапожков М. А. Электроакустика. - М.: Связь, 1978.
  2. Дьяконов Б. П. Бытовая аудиотехника. - Смоленск, Русич, 1997.
  3. Бурко Б. Г., Л ямин П. М. Бытовые акустические системы: эксплуатация, ремонт. - Минск, "Беларусь", 1996,350 с.
  4. Олсон Г., Масса Ф. Прикладная акустика. Перевод с английского под ред. И. Г. Дрейзена и Ю. М. Сухаревского. - М.: Радиоиздат, 1938, с. 349.
  5. Носов В. Н. Исследование и разработка статистических методов акустического контроля горных пород. - М.: МГИ, диссертация на соискание степени кандидата технических наук, 1972, с. 157.
  6. Малов Н. Н. Основы теории колебаний. - М.: Просвещение, 1971. с. 62.
  7. Носов В. Н. Проблемы электроакустики и их решения. Результаты экспериментальных исследований образцов громкоговорителей и акустических систем. - Н. Новгород: Нижегородский Государственный университет Труды Нижегородской Акустической сессии, май 2002 г.
Автор: В.Носов, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Акустические системы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

раздел сайта Электрику. ПУЭ

журналы Elektronika dla Wszystkich (годовые архивы)

книга Физика и геометрия беспорядка. Эфрос А.Л., 1982

книга Измерение временных интервалов. Мирский Г.Я. , 1964

статья Бухгалтер по учету материалов. Должностная инструкция

статья Способы реанимации

сборник Архив схем и сервис-мануалов мобильных телефонов Sharp

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Имя:


E-mail (не обязательно):


Комментарий:

[lol][cry][!][?]



Комментарии к статье:

Евгений
Есть и было лет сорок назад более простое решение без "мудрствования от лукавого. Использовались для настройки первой колонки: ЗГ, осцилограф, МЛ. 19,уши музыкантов. И возможности переделки объема колонки.Её доведения до приемлемого звучания и самой пологой частотки. Экспериментально была найдена и оптимальная отдача НЧ. Использовались так называемые "эффектные" головки,располагающиеся по боковым стенкам кинозала. Ими оснащались широкоформатные кинотеатры. Заказывались с завода. И решение было весьма простым.Раскачивать диффузоры динамиков без сопротивления воздуху сзади.Чуть менялся, доводился центральный диффузородержатель. В ящике колонки делалось заднее отверстие, площадь которого подбиралась по характеристике, по "кривой", естественно. Потом это изделие можно было повторить. В наличии еще есть у владельцев колонки , которые тогда были выполнены. И, примечание. Для воспроизведения использовались усилители собранные по схеме венгерских контрольных акустических агрегатов. Ими оснащались монтажные в радиоцентрах. Приличные студии звукозаписи. Ламповые усилители. Лампы выходных каскадов типа - 1540. Доставались трудновато. Но эти тетроды долговечны и если не перегружать их анодным напряжением - работать в состоянии очень долго. Схема усилителя для контрольного агрегата очень хороша. Отдача в среднем ватт 15. Сейчас уже не помню замеров. Но эта мощность вполне приемлема для помещения метров 150 кубических. При трехполоске. ВЧ. СЧ и НЧ Забыл уже характеристики, но частотка усилителя при нормальном выходнике весьма была широка. Не отсекались обертоны. С обычными динамиками использовались фильтры, отсекающие ВЧ и СЧ.Это было несколько худшим решением. Однако...! Кстати! Совершенно неповторимо звучание, воспроизводство ЗЧ усилителем на двойных триодах типа 6Н5-, 6Н-7. Безтранформаторная схема. Делался на восьмисотомные динамики, выпускаемые RRR, Латвия. К сожалению второй выполнить не удалось. Руки не дошли. А в режиме стерео они были бы очень хороши. Но можно на автотрансе выполнить. Отдача в пике до восьми ватт. Зря забыты панельные излучатели. Выпускались у нас, в СССР. Очень приличное было воспроизведение. Даже МОТОРОЛЛА их пыталась у нас скопировать. Да что-то не пошло. Хотя у них, у полосатых, агрегаты воспроизведения были отменными. Для небольшого помещения и приличной колонки усилители на двойных мощных триодах были вполне... Один такой усилитель тоже до сей поры работает. Тогда мы, экспериментировавшие с вопроизведением высокого качества звука считались чудаками. Играет и играет. Поет и поет. Потом вдруг спохватились о высоком качестве звучания! Бывший экспонент и дипломант 17-й радиовыставки.


Бесплатная техническая библиотека Бесплатная техническая документация для любителей и профессионалов