Конструирование громкоговорителя с ортогональными потоками излучения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Акустические системы

 Комментарии к статье

В статье предложен вариант упрощенного расчета конструкции громкоговорителя с ортогональными потоками прямого и обратного излучения. Об особенностях работы этого громкоговорителя рассказано в статье "Акустическое короткое замыкание в громкоговорителе и его преодоление" ("Радио", 2003, № 1). Одно из достоинств такого акустического оформления - резонансная частота головки НЧ в ящике практически не повышается.

Одним из вариантов преодоления акустического короткого замыкания в АС с электродинамическими головками является предложенное автором [1] конструктивное оформление с ортогональным прямому излучению потоком обратного излучения (для краткости назовем такое оформление типа "ORTHO"). Акустические волны обратного (тыльного) излучения головки, распространяющиеся в объеме корпуса АС, в процессе отражения изменяют свое направление на угол до 270° на всех излучаемых частотах и приобретают временную задержку по отношению к фронтально излучаемым волнам (векторы А и В на рис. 1). Если волновод обратного излучения головки исключить, то при открытом АО возникнет акустическая компенсация колебаний, излучаемых внешней и тыльной поверхностями диффузора громкоговорителя. В корпусе и особенно в волноводе громкоговорителя целесообразно сгладить углы "обтекателями", как показано на рис. 1 штриховыми линиями.

Передняя панель 2 размещена в корпусе 1 под некоторым углом так, чтобы сглаживать акустические резонансы, возникающие при отражении акустических колебаний в поперечной плоскости корпуса, а также для согласования внутреннего объема с волноводом. Установка деки концертного аккордеона под углом, отличным от прямого, впервые была использована немецкой фирмой HOHNER еще в конце 30-х годов прошлого века. Такая "ломаная" дека, формируя тембр инструмента, придает звучанию мягкость и бархатистость.

В громкоговорителях с ортогональными потоками прямого излучения головки и волновода суммарное излучение можно рассматривать как звуковые колебания от некоего эквивалентного излучателя. Например, для гармонических сигналов на разных частотах действуют переменные фазы ортогонального потока акустических колебаний, и в результате возникают выраженные направления ("полюсы") суммарного излучения (его математический анализ весьма сложен). Из-за неоднозначности фазы обратного излучения и различного затухания в волноводе (для широкой полосы частот) полюсы подвижны и поэтому не локализуются на слух.

Формулы для расчета известных вариантов АО [2, 3] оказались непригодными при конструировании громкоговорителей, предложенных в статье [ 1 ]. При поиске удобной и наглядной методики расчета конструкции было решено взять за основу проектирования внешний диаметр D электродинамической головки и выразить все размеры конструкции громкоговорителя через этот параметр. Это оказалось очень удобным для практики конструирования, когда нет соответствующей технической литературы.

В результате большого объема экспериментальных работ установлены зависимости, используя которые, можно определить любой размер корпуса громкоговорителя "ORTHO".

Обозначения приведены в соответствии с рис. 1:

Н = (2...2,4)D - высота ящика; В = 1,2D - ширина передней панели; F = 0,9D - высота экрана волновода 3; h = 0,7D - расстояние от центра головки 5 до нижней кромки передней панели; Do - 0,9D - диаметр отверстия под головку; G = В - глубина корпуса 1; С = 1,8D - высота панели 2; М - расстояние между передней панелью и стенками ящика; b - толщина материала корпуса; S ≥ 0,5D2= М(В - 2Ь) - допустимая площадь проходных сечений волновода 3.

На панель 2 можно установить две и более динамических головок, тогда размеры корпуса придется скорректировать с учетом соотношений площади диффузоров и сечения волновода.

В отличие от закрытого корпуса, в этой конструкции акустическое воздействие тыльного звукового потока слабее, потому что практически вся акустическая энергия обратного излучения головки выходит через волновод в озвучиваемое пространство. В связи с этим в качестве материала для громкоговорителя можно использовать древесностружечную плиту (ДСП) или фанеру толщиной 8... 16 мм (больший размер указан для громкоговорителя мощностью 100 Вт). Это позволяет снизить массу корпуса АС. Его элементы связаны между собой с помощью реек, клея, пригодного для склеивания дерева, и шурупов. Диаметр отверстия Do под головку выбирают равным внешнему диаметру гофра диффузора. Отверстие располагают по вертикальной оси симметрии передней панели.

Решетку для громкоговорителя и отделку корпуса можно выполнить исходя из художественного вкуса и возможностей радиолюбителя. Для защитной решетки автор использовал мелкоячеистую сетку, вырезанную в виде квадрата и натянутую на точечных опорах. Защитную ткань приклеивают к металлическому кольцу, закрепленному внутри отверстия в панели. Тыльная крышка 6 должна быть жесткой; ее закрепляют шурупами к рейкам 7, установленным на стенках корпуса 1. При этом сопрягаемые поверхности уплотняют лентой из тонкой листовой резины. Под корпусом 1 имеются опоры 4 из брусков жесткой резины. Заметим, что установка корпуса громкоговорителя на подставку высотой до 1 м предпочтительнее размещения его непосредственно на полу. Акустическое оформление типа "ORTHO" достаточно эффективно для установки в стене и даже на потолке.

Громкоговорители АС могут быть выполнены пассивными или активными (с встроенными УМЗЧ). Электрические разъемы устанавливают в нижней части задней стенки.

Особо следует сделать некоторые замечания по выбору головок для таких громкоговорителей. Автор рекомендует использовать отечественные динамические головки, перечень и технические характеристики которых можно найти в [4]. В сравнении с известными типами АО, построенный громкоговоритель типа "ORTHO" развивает в ближнем пространстве почти удвоенную акустическую мощность. За счет получения двух ортогональных потоков излучения такое акустическое оформление позволяет получить в помещении прослушивания более "объемное" звучание.

Если головка 5 (НЧ-СЧ) недостаточно широкополосная, на внешний экран волновода можно установить высокочастотную динамическую головку, подключаемую к УМЗЧ через ФВЧ. Там же можно установить и индикатор перегрузки АС.

В таком громкоговорителе можно устанавливать электродинамические головки диаметром от 100 до 450 мм. Автор рекомендует использовать широкополосные головки с низкой механической добротностью и большим диаметром диффузора. Если головка имеет заметный подъем АЧХ на частоте электромеханического резонанса, то изготовитель АС должен понимать, что этим создает себе много ненужных хлопот и работ.

Подавление резонанса можно осуществить электрически и механически. В первом случае последовательно с катушкой головки должен быть включен параллельный колебательный контур, настроенный на частоту электромеханического резонанса. Добротность контура должна соответствовать добротности используемой головки. Чтобы выполнить соответствующие измерения, нужно иметь генератор звуковых частот, вольтметр, конденсаторный микрофон, частотомер, измеритель индуктивности и емкости, используя методику по ГОСТ 16122-70. Но следует иметь в виду, что добротность головки - величина отнюдь не постоянная; она зависит от амплитуды колебаний диффузора и ограниченной гибкости механического подвеса.

Другой способ подавления электромеханического резонанса осуществляют введением в громкоговоритель акустических потерь, наполняя корпус ватой, войлоком или другими подобными материалами, либо резонаторов, настроенных на частоту электромеханического резонанса громкоговорителя.

Расчет частоты резонатора Гельмголыда проводят по формуле

fr = 0,5/π-Cv√s/(Vl),

где V - объем корпуса резонатора, м³; s - площадь выходного отверстия резонатора, м2; l - длина отверстия резонатора в метрах; Cv - скорость распространения звука в воздухе, 340 м/с.

По своей конструкции резонатор Гельмгольца напоминает бутылку. Кстати, корпус АС, снабженный фазоинвертором, также представляет собой резонатор. Именно это и приводит к искажению воспроизведения низкочастотных звуков, излучаемых АС. Встроенный резонатор был установлен в АС радиолы "Симфония", которая воспроизводит низкие частоты весьма однообразно: в виде бухающих звуков, независимо от типа музыкального инструмента. Это, по-видимому, и привело к отказу от использования такой конструкции АС, которая применялась еще в 30-е годы прошлого века в радиоприемниках, имеющих открытый корпус [6].

Громкоговоритель "ORTHO" излучает фактически два звуковых потока: А и В (рис. 1). Следовательно, и акустические измерения должны отличаться от общепринятой методики, определенной указанным выше ГОСТом. Звуковое давление каждого потока измеряют порознь в безэховой камере, большом заглушённом помещении или просто на воздухе в тихую погоду с использованием перечисленной выше аппаратуры. Размещение измерительного микрофона и громкоговорителя показано на рис. 2, а структурная схема стенда для измерения характеристической чувствительности (эффективности) громкоговорителя измерения АЧХ приведена на рис. 3.

В качестве генератора сигналов, возбуждающих громкоговоритель, можно использовать мощный генератор шума, например, типа Г2-12, имеющий низкоомный выход. Если использовать маломощный генератор шума, то необходим УМЗЧ, лучше бестрансформаторный. Следует иметь в виду, что форма АЧХ АС будет значительно сглаженной, что вполне соответствует действительному положению дел, поскольку спектры речи и музыки являются широкополосными, а сигналы подобны шумовым.

Расстояние между громкоговорителем и измерительным микрофоном выбирают в пределах r = (2...4)d, где d - средний размер диффузора громкоговорителя. Чаще всего используется r = 1 м [2].

Напряжение, подводимое к громкоговорителю, вычисляют по формуле

U=√0,1PномRhom, (3)

где Pном - номинальная мощность громкоговорителя; Rhom - номинальное входное сопротивление громкоговорителя.

При испытаниях на номинальную мощность синусоидальное напряжение устанавливают равным номинальному, а шумовое - 0,707 от номинального.

Измерителем звукового давления является конденсаторный микрофон ВМ1, подключенный к входу милливольтметра PV2 (например, ВЗ-33). Звуковое давление зависит от частоты, поэтому измерения проводят не менее чем в десяти точках АЧХ. Если измерения проводят с помощью шумовых сигналов, то в измерительный стенд по схеме на рис. 3 вводят третьоктавныи фильтр, на средней частоте которого и производят измерения звукового давления. Число этих фильтров определяется шириной АЧХ. Если на АЧХ имеются провалы и пики уже 1/8 октавы, их в расчет не принимают.

Величина измеренного акустического давления определяется по формуле

р = Uo/Eoc,

где Uo - напряжение на выходе измерительного микрофона, мВ; Eoc - чувствительность измерительного микрофона вдоль оси на измеряемой частоте, мВ/Па.

Для повышения точности измерений желательно, чтобы диаметр микрофона был бы как можно меньше, потому что приближает метод к измерениям в плоской волне. Использование электродинамических микрофонов, имеющих большую неравномерность АЧХ, позволяет получить результаты измерений, носящих только качественный характер. Несколько лучшими характеристиками обладают электретные конденсаторные микрофоны, а также ленточные. Измерительный микрофон должен иметь паспорт, выданный метрологической организацией. Среднее звуковое давление по полученной АЧХ определяют по формуле

где рк - звуковое давление, развиваемое громкоговорителем на частоте fk или средней частоте k-го третьоктавного фильтра; п - число частот или полос измерения (их должно быть не менее 10).

При неравномерности частотной характеристики менее 12 дБ среднеарифметическое значение определяется по формуле

Характеристическую чувствительность громкоговорителя Ех, полученную на расстоянии 1 м на рабочей оси между измерительным микрофоном и громкоговорителем (при подводимой мощности 1 Вт), определяют по формуле

Еx = Рср/(l√P), где рср - среднее звуковое давление, Па, развиваемое громкоговорителем в номинальном диапазоне частот; l - расстояние от рабочего центра головки до измерительного микрофона, м; Р - электрическая мощность, Вт, подаваемая на громкоговоритель.

Эффективно воспроизводимый диапазон частот находят по АЧХ громкоговорителя путем определения частот, соответствующих точкам пересечения прямой, параллельной оси частот, с частотной характеристикой громкоговорителя. Прямую линию проводят на 10 дБ ниже среднего звукового давления в октавной полосе частот pср.окт, соответствующей максимальной чувствительности громкоговорителя. Этот уровень определяют по формуле

где ро = 2-10^-5 Па - порог слышимости на частоте 1000 Гц.

Для синусоидального сигнала количество точек отсчета должно быть не менее 7 (через 1/6 октавы), для третьоктавных фильтров - не менее 3.

Неравномерность АЧХ определяют в номинальном и рабочем диапазонах частот.

Характеристику направленности получают в заглушенной камере или на открытом воздухе путем поворота АС относительно неподвижно установленного измерительного микрофона на расстоянии 1 м через 5-10° в диапазоне значений 0-360°. Ширину характеристики направленности определяют по графику на уровне 0,707 (-3 дБ). Направленность определяют на одной или нескольких частотах либо на средних частотах третьоктавных фильтров при проведении измерений на шумовых сигналах.

Как следует из указанного выше, для квалифицированной оценки параметров АС или АО нужно провести значительный объем метрологических работ и вычислений. Если учесть, что для оценки эффективности акустического оформления необходимо измерить электроакустический коэффициент полезного действия

Kea=Pa/Pe

где Ра - акустическая мощность; Ре - входная электрическая мощность, то число измерений оказывается достаточно большим.

Акустическую мощность можно определить по формуле

Ра = 4πр²r²рсko,

где р - акустическое давление на расстоянии r, Па; р - плотность воздуха; с - скорость распространения звука, равная 340 м/с; К, - коэффициент концентрации, который можно принять равным 1 ...3 в зависимости от частоты.

При конструировании громкоговорителя типа "ORTHO" следует иметь в виду, что перечисленные выше электроакустические параметры в значительной степени зависят от применяемых динамических головок. Если головка, допустим, не воспроизводит низких частот, то никакая конструкция корпуса не сможет компенсировать этот недостаток. Такое акустическое оформление не "портит" АЧХ громкоговорителя, и это оказывается одним из решающих преимуществ по сравнению с известными конструкциями АС. В предложенном акустическом оформлении можно применять головки с диффузорами круглой, прямоугольной или эллиптической конфигурации. Установив на переднюю панель две головки, можно увеличить номинальную мощность, сопротивление излучения, снизить неравномерность АЧХ.

Литература

1. Носов В. Н. Акустическое короткое замыкание в громкоговорителе и его преодоление. - Радио, 2003, № 1, с. 14-16.
2. Иофе В. К., Корольков Б. Г., Сапожков М. А. Справочник по акустике. - М.: Связь, 1979
3. Акустика. Справочник. Под ред. М. А. Сапожкова. - М.: Радио и связь, 1989.
4. Бурко В. Г., Лямин П. М. Бытовые акустические системы. Справочное пособие. - Минск, Беларусь, 1996.
5. Носов В. Н. Новый подход к проектированию звуковых систем. Сборник трудов X сессии Российского акустического общества, том 2. - М.. 2000, с. 177-185.
6. Олсон Г. и Масса Ф. Прикладная акустика. - М.: Гос. издательство по вопросам радио, 1938, с. 171, рис. 27.

Автор: В.Носов, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Акустические системы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Полностью защищенный промышленный бизнес-планшет Fujitsu Stylistic V535 06.03.2015 Компания Fujitsu представила полностью защищенный бизнес-планшет промышленного класса Fujitsu Stylistic V535. Планшет Stylistic V535, устойчивый к механическим воздействиям, влаге, вибрациям и царапинам, создан для работы в условиях, неприемлемых для планшетов потребительского класса, и защищен от попадания жидкостей, пыли, от ударов и даже от падения с высоты 1,8 метра (в комплектации с опциональной жесткой рамкой). Помимо прочного корпуса, новый планшет отличается широкой функциональностью. Fujitsu остановила свой выбор на полнофункциональной операционной системе Microsoft Windows 8.1 и на новейшем четырехъядерном процессоре Atom, чтобы предоставить компаниям естественную поддержку Windows-приложений для бизнеса. Более того, планшет повышенной прочности оснащен коммуникационными средствами корпоративного класса благодаря встроенному опциональному устройству широкополосного доступа с поддержкой сетей 4G/LTE и глобальных навигационных систем GPS и GLONASS. Stylistic V535 предназначен для использования в таких отраслях, как авиация, складское хозяйство и логистика; он поддерживает технологию NFC, которая предлагает способ отслеживания инвентарных запасов без необходимости сканировать штрих-коды. Бесконтактная аутентификация позволяет пользователям входить в систему, даже не снимая перчатки или другие средства защиты. Кроме того, планшет Stylistic V535 способен работать в более широком диапазоне температур: от -10 °C до +50 °C. Новинка оснащена ярким мультисенсорным дисплеем Stylistic V535, которым можно управлять даже в перчатках, и закаленным стеклом Gorilla Glass 3. Батарея работает в обычном режиме без подзарядки около 8 часов с возможностью замены пользователем при необходимости. Концепция Smart Shell компании Fujitsu позволяет заказчикам внедрять планшеты в специализированные промышленные среды. Эта концепция предлагает целый набор заменяемых пользователем чехлов, которые позволяют легко интегрировать Stylistic в рабочую среду путем простой установки на трехсторонний поворотный кронштейн. Чехол Smart Shell с опцией Hexmount позволяет стационарно закрепить устройство для использования в логистике, а Smart Shell со считывателем смарт-карт обеспечивает защищенную аппаратную идентификацию и аутентификацию.

Другие интересные новости:

▪ Километровая солнечная электростанция над конвейерной лентой завода

▪ Солнечная стена

▪ Беспроводные наушники Bragi The Headphone

▪ Intel покажет новый Tablet PC

▪ Недорогой эмулятор для семейства C2000 DSP

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Усилители мощности. Подборка статей

▪ статья Воронья слободка. Крылатое выражение

▪ статья Почему на флаге островов недалеко от Антарктиды можно увидеть северного оленя? Подробный ответ

▪ статья Первая доврачебная помощь при переломах. Медицинская помощь

▪ статья Принцип действия устройства защитного отключения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Бесконтактное отключение пусковой обмотки электродвигателя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026