Расчет громкоговорителя

1. ОБЩИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Принцип действия динамических громкоговорителей

Динамический диффузорный громкоговоритель (рис. 1.1) представляет собой электроакустический преобразователь, пред¬назначенный для излучения звука в свободное воздушное простран¬ство.

Рисунок 1.1 – Динамический громкоговоритель с кольцевым магнитом:

1 – звуковая катушка; 2 – диффузор; 3 – диффузородержатель; 4 – картонные секторы; 5 – шайба; 6 – переходные контакты; 7 – проводники; 8 – выходные контакты; 9, 11 – фланцы; 10 – постоянный магнит; 12 – керн; 13 – подвес; 14 – воротник.

Он состоит из излучающей части — конического диффузора 2 и звуковой катушки, помещенной в постоянное магнитное поле. Переменный ток звуковой частоты, протекающий через цилиндри¬ческую звуковую катушку, взаимодействует с постоянным магнит¬ным полем, в которое помещена эта катушка. Под действием воз¬никающей силы диффузор колеблется как поршень, излучая всей своей поверхностью. Так работает диффузор на низших частотах до определенной критической частоты. Эта область частотного диа¬пазона называется поршневым участком колебаний диффузора. На высших частотах он излучает не весь, а «противофазными остров¬ками», что приводит к изрезанности характеристики направлен¬ности и неравномерности частотной характеристики громкоговори¬теля.

1.2 Основные характеристики громкоговорителей

Динамические громкоговорители имеют следующие основные характеристики:

1) полное электрическое сопротивление громкоговорителя Zем —отношение переменного гармонического напряжения на за¬жимах звуковой катушки к протекающему через нее току. Полное сопротивление является комплексным и зависит от частоты питаю¬щего напряжения. Примерная зависимость полного электрического сопротивления динамического диффузорного громкоговорителя от частоты показана на рис. 1.2;

Рисунок 1.2 – Частотная характеристика полного сопративления

2) резонансная частота fo подвижной системы громкоговорителя — частота, при которой полное сопротивление максимально;

3) частотная характеристика громкоговорителя по звуковому давлению—зависимость звукового давления от частоты в точке, находящейся на фиксированном расстоянии от громкоговорителя вдоль его оси, при постоянном напряжении, подводимом к громкоговорителю (см. рис. 1.5, б). Неравномерность частотной характе¬ристики оценивается отношением максимального звукового дав¬ления к минимальному и выражается в децибелах;

4) полоса воспроизводимых частот — диапазон частот, в пре¬делах которого неравномерность частотной характеристики не пре¬вышает заданной величины;

5) стандартное звуковое давление рСТ — звуковое давление, развиваемое громкоговорителем на расстоянии 1 м вдоль его оси при подведении к нему напряжения, соответствующего мощности 0.1 В • А на частоте 1000 Гц;

6) характеристика направленности громкоговорителя — зави¬симость звукового давления в точке, находящейся на фиксирован¬ном расстоянии от центра внешней поверхности диффузора, от угла  между осью громкоговорителя и направлением на данную точку. Характеристика направленности громкоговорителя зависит от час¬тоты (рис. 1.3). Она расширяется с увеличением угла раствора диффузора и уменьшением его плотности;

Рисунок 1.3 – Характеристика направлености громкоговорителя

7) нелинейные искажения — такие искажения, которые при¬водят к появлению при воспроизведении дополнительных составляющих, отсутствующих в электрическом сигнале. Эти искажения возникают вследствие нелинейности гибкости подвесов подвижной системы, неоднородности магнитного поля в рабочем зазоре магнит¬ной цепи, модуляции высокочастотных колебаний низкочастотными при одновременном их воспроизведении и других причин. Мерой нелинейных искажений является коэффициент нелинейных искажений;

8) номинальная мощность громкоговорителя — максималь¬ная подводимая электрическая мощность переменного тока звуко¬вой частоты, при которой коэффициент нелинейных искажении не выходит за пределы норм, допустимых для данного типа громко¬говорителя. Номинальной мощности соответствует номинальное звуковое давление. Эффективность громкоговорителя оценивают по стандартному или по среднему стандартному звуковому давле¬нию РСТ.СР которое представляет собой среднюю арифметическую сумму ординат частотной характеристики стандартного звукового давления.

1.3 Классификация динамических громкоговорителей

Динамические громкоговорители классифицируют по электро¬акустическим, конструктивным и эксплуатационным признакам

По электроакустическим признакам громкоговорители делят:

1) в зависимости от величины среднего стандартного звукового давления — на громкоговорители нормальной (менее 0,2 Па), повы¬шенной (не более 0,3 Па) и высокой (менее 0,4 Па) чувствительно¬сти;

2) по номинальной электрической мощности — на 15 типов (0,100; 0,250; 0,500; 1,00; 2,00; 3,00; 4,00; 6,00; 8,00; 10,0; 15,0; 20,0; 25,0; 30,0; 50,0 Вт);

3) по электрическому сопротивлению звуковой катушки — на 9 типов (2,0; 4,0; 8,0; 15,0; 25,0; 50,0; 100,0; 400,0; 800,0 Ом);

4) в зависимости от неравномерности частотной характерис¬тики и номинальной мощности — на 18 рабочих диапазонов.

По конструктивным признакам различают громкоговорители:

1) простые, имеющие подвижную систему, состоящую из звуковой катушки и диффузора, и сложные, подвижная система которых содержит либо несколько катушек, либо несколько диффу¬зоров. К сложным относятся также агрегаты из нескольких простых громкоговорителей, выполненных в виде единой конструкции;

2) с круглым, овальным или эллиптическим диффузорами;

3) с кольцевыми или керновыми постоянными магнитами. По эксплуатационным признакам громкоговорители делятся на нормальные, предназначенные для эксплуатации в комнатных условиях, влагостойкие, для работы при пониженной температуре и повышенной влажности, и тропикоустойчивые, приспособленные для работы в условиях тропического климата.

1.4 Конструкции громкоговорителей и акустических систем

1.4.1 Динамический громкоговоритель с кольцевым магнитом

Динамический громкоговоритель с кольцевым магнитом (рис. 1.1) имеет подвижную систему, состоящую из диффузора 2, к вершине которого приклеен каркас звуковой катушки 1.

Основание диффузора заканчивается гофрированным подве¬сом 13. Он предназначен для облегчения осевого и затруднения ра¬диального перемещения диффузора. Плоский воротник 14 на конце гофрированного подвеса приклеивается к ободу металлического диффузородержателя 3. Поверх воротника прикрепляются картонные секторы 4. Диффузородержатель жестко соединяется с магнитной системой, включающей кольцевой постоянный магнит 10, два флан¬ца 9, 11 и керн 12. Один конец керна 12 запрессовывается в нижний фланец 11, а между вторым концом керна и верхним фланцем 9 образуется кольцевой рабочий воздушный зазор магнитной цепи. В этот зазор помешается звуковая катушка 1. К каркасу катушки или к вершине диффузора приклеивается центрирующая шайба 5, воротник которой прикрепляется к диффузородержателю. Выводы звуковой катушки приклеиваются к каркасу катушки и диффузору. Переходными контактами 6 и гибкими проводниками 7 соединяются с выходными контактами 5. закрепленными на диффузородержателе с помощью резиновых амортизаторов. Магнитные системы динами¬ческих громкоговорителей с кольцевыми магнитами имеют большие внешние магнитные поля рассеяния. Поэтому они не могут применяться в телевизорах и радиоприемниках с внутренними магнит¬ными антеннами.

1.4.2 Магнитные системы громкоговорителей с керновыми магнитами

Магнитные системы громкоговорителей с керновыми магнитами (рис. 1.4) благодаря экранирующему действию магнитопровода имеют малые внешние магнитные поля рассеяния. Применяются для громкоговорителей с овальными или эллиптическими диффу¬зорами. Магнитная система состоит из кернового магнита 1, магнитопровода 2, выполненного в виде скобы или стакана, круглого по¬люсного наконечника 3 и фланца 4.

Рисунок 1.4 – Динамический громкоговоритель с эллиптическим диффузором и керновым магнитом

1.4.3 Сложные громкоговорители

Сложные громкоговорители имеют два диффузора или две зву¬ковые катушки или состоят из нескольких громкоговорителей, сое¬диненных конструктивно в единое целое. Громкоговоритель с двумя диффузорами показан на рис. 7.42, а. Диффузор 1 — обычный, а диффузор 2 имеет меньший угол раствора, вследствие чего обла¬дает большей жесткостью и более эффективно воспроизводит высокие частоты. Из-за второго диффузора масса подвижной системы уве¬личивается и расширяется полоса воспроизведения в области ниж¬них частот.

Рисунок 1.5 – Громкоговоритель с двумя диффузорами

а – конструкция; б – частотная характеристика

1.4.4 Коаксиальные динамические громкоговорители

Коаксиальный громкоговоритель состоит из низкочастотного громкоговорителя, внутри большого диффузора, которого помещен малый высокочастотный диффузорный громкоговоритель. Коак¬сиальные громкоговорители обеспечивают более равномерную частотную характеристику, но конструктивно сложны и дороги. При¬меняются в высококачественных звуковоспроизводящих устрой¬ствах.

1.5 Общие требования к динамическим громкоговорителям

Электроакустические характеристики громкоговорителя в зна¬чительной степени зависят от конструкции и параметров