Особенности работы головки громкоговорителя в акустическом оформлении

Громкоговорители, используемые в промышленной и любительской аппаратуре, в большинстве случаев состоят из одной или нескольких динамических головок прямого излучения, установленных в одном ящике с радиоэлектронной частью или в отдельном ящике.

Общий или отдельный ящик, образующий акустическое оформление громкоговорителя, оказывает существенное влияние на воспроизведение низших звуковых частот.

В литературе описаны различные виды акустического оформления громкоговорителей (щиты, открытые и закрытые ящики, фазоинверторы, лабиринты и т. п.), их особенности и расчет. В настоящее время, однако, можно считать, что наибольшее распространение получили открытые ящики, в которых акустическая часть объединена с радиоэлектронной. Почти все приемники (кроме приемников высшего класса), телевизоры, радиолы, абонентские громкоговорители и т. п. собраны в таких ящиках. Менее распространены закрытые ящики, применяемые для оформления громкоговорителей стереофонической аппаратуры.

Открытый ящик с установленной в нем радиоэлектронной аппаратурой невозможно рассчитать с достаточной точностью. Рекомендуется лишь выбирать резонансную частоту ящика в 1,5—2 раза больше частоты основного резонанса головки. Поэтому представляется целесообразным показать экспериментально полученные зависимости частотной характеристики громкоговорителя от конфигурации, размеров и конструкции открытых ящиков.

Внешняя форма ящика оказывает влияние на частотную характеристику громкоговорителя вследствие эффекта дифракции (огибания звуковой волной препятствия). На рис. 1 приведены частотные характеристики одной и той же головки, установленной в ящиках одинакового объема, но разной формы. Из этих характеристик видно, что, чем более плавную форму имеет поверхность, прилегающая к головке, тем слабее эффект дифракции и тем ровнее частотная характеристика громкоговорителя.

Поэтому наилучшей формой поверхности оказалась сфера (шар). Цилиндрическая или сферическая форма акустического оформления пригодна в основном для закрытых акустических систем. Нашей промышленностью в настоящее время выпускаются шаровые акустические системы 6АСШ-1. Любительская конструкция сферического громкоговорителя была описана в журнале Радио, 1969, № 12.

Влияние размера открытого ящика на воспроизведение низших частот показано на рис. 2, где приводятся частотные характеристики головки, имеющей диаметр 25 см и основной резонанс подвижной системы на частоте 30 Гц. Сравнение частотных характеристик показывает, что с уменьшением размера ящика снижается отдача громкоговорителя на низших звуковых частотах и вместе с тем растет первый резонансный пик частотной характеристики, который одновременно перемещается в область более высоких частот. Это явление указывает на резонансный характер влияния ящика на частотную характеристику. Более заметно проявляется резонанс при увеличении глубины ящика, что наглядно подтверждается частотными характеристиками головки, помещенной в ящики различной глубины (рис. 3). Как видно из рисунка, кривая 3, соответствующая наибольшей глубине ящика, имеет самый большой и острый резонансный пик на частоте около 110 Гц, что воспринимается как неприятный гудящий звук. Чтобы такого нежелательного пика не было, глубина ящика должна быть не более 1/8 длины волны самой низшей частоты рабочего диапазона.

Указанные выше особенности формирования частотной характеристики громкоговорителя с открытым ящиком объясняются интерференцией, т. е. взаимодействием звуковых волн, приходящих в место прослушивания от передней и задней сторон диффузора и приводящих к ослаблению или усилению звука в зависимости от соотношения фаз.

В закрытом ящике такие интерференционные явления исключаются. Однако упругость находящегося в закрытом ящике воздуха складывается с упругостью подвижной системы головки. В результате повышается основная резонансная частота громкоговорителя, а отдача на низших звуковых частотах снижается. Влияние закрытой стенки на частотную характеристику громкоговорителя в области низших частот показывают кривые, приведенные на рис. 4, на которых видно более резкое снижение отдачи громкоговорителя с закрытой задней стенкой на частотах ниже 100 Гц.

Следует, однако, подчеркнуть, что правильный выбор размера ящика громкоговорителя с закрытой стенкой и применение в нем соответствующего звукопоглощающего материала позволяют значительно ослабить снижение отдачи на низших звуковых частотах и получить хорошие результаты. Все вышеприведенные частотные характеристики, показывающие влияние внешнего оформления на работу громкоговорителей в области низших частот, изучались с головками, имеющими весьма низкую (20—30 Гц) основную резонансную частоту подвижной системы. Если же частота ниже этой, резко снижается отдача, повысить которую невозможно никакими акустическими экранами или ящиками.

Зависимость частотной характеристики громкоговорителя в области низших частот от частоты основного резонанса подвижной системы головки показана на рис. 5 и 6 —соответственно для открытого и закрытого ящиков. Из приведенных частотных характеристик видно, громкоговоритель с головкой, основная резонансная частота которой в открытом ящике равна 150 Гц, имеет значительный пик на этой частоте (кривая 1, рис. 5) и резкое снижение отдачи на частотах, лежащих ниже ее. Применение в том же ящике головки, имеющей частоту 30 Гц, заметно улучшает частотную характеристику громкоговорителя (кривая 2, рис. 5) в области низших частот. При закрытом ящике более заметна разница в величине основной резонансной частоты головки из-за упругости замкнутого объема воздуха, приводящего к повышению этой частоты. Из рис. 6 (кривая 1) видно, что основной резонанс повысился до 200 Гц, и поэтому повышение уровня низших частот, несмотря на отсутствие излучения с задней стороны, весьма незначительное. Применение же в этом ящике головки с основной резонансной частотой 30 Гц приводит К значительному улучшению частотной характеристики (кривая 2, рис. 6), так как основной резонанс системы оказался равным 70 Гц. При относительно малом размере закрытого ящика (60 X 60 X 20 см) частотная характеристика громкоговорителя практически равноценна той, которая получается при открытом ящике размером 130 X 130 X 30 см (кривая 1, рис. 2). Следовательно, в закрытом ящике целесообразно применять головки с очень низкой основной резонансной частотой (20— 30 Гц).

Кроме смещения (повышения) частоты основного резонанса, замкнутый обьем воздуха вызывает дополнительные резонансные явления на более высоких частотах. Они увеличивают неравномерность частотной характеристики громкоговорителя. Для устранения дополнительных резонансов, создаваемых воздушным объемом ящика и отражениями, внутренние поверхности ящика покрывают звукопоглощающим материалом или заполняют им весь объем ящика.

Кроме улучшения отдачи в области низших частот, акустическое оформление громкоговорителя может оказать существенное влияние на демпфирование подвижной системы головки. При эффективном демпфировании значительно улучшаются так называемые переходные характеристики громкоговорителя, что позволяет без искажений воспроизводить звуки импульсного характера.

Динамическая структура речи и музыки как раз и имеет импульсный характер, а поэтому надлежащее демпфирование в громкоговорителях приводит к уменьшению частотных и нелинейных искажений.

Известны разные способы демпфирования подвижной системы: как электрические, так и акустические. К последним относится демпфирование с помощью панелей акустических сопротивлений ПАС.

Изготовление и применение их доступно для радиолюбителей, занимающихся высококачественным звуковоспроизведением.

Понижение нижней границы частотного диапазона обычно приводит к увеличению размеров акустического оформления. Это ограничивает возможности применения таких больших агрегатов в любительских условиях, а особенно при стереофоническом воспропаведепни , когда требуются два агрегата, да еще симметрично разнесенные на 1,5—2 м. Поэтому и возникла необходимость в-разработке малогабаритных акустических систем MAC, в которых небольшая, но достаточно мощная головка с низкой основной резонансной частотой устанавливается в сравнительно небольшой закрытый ящик, объем которого, а также количество звукопоглощающего материала находятся в строгой зависимости от типа головки.

Для работы в открытых ящиках такие головки не пригодны, в закрытом же ящике основная резонансная частота громкоговорители, конечно, повышается, но не выходит за заданные номинальные границы. Следует отметить, что при акустическом демпфировании снижение отдачи на низших частотах можно скорректировать соответствующим подъемом частотной характеристики усилителя НЧ.

Для воспроизведения высших частот применяется отдельная высокочастотная головка, т. с. акустический агрегат выполняется двухполосным .