Как работает динамик — T&P

Иллюстрация: Максим Чатский

Если два магнита поднести друг к другу, то их магнитные поля начнут взаимодействовать и противоположные полюса магнитов будут притягиваться друг к другу. Все вы детстве играли с магнитами и видели, как это происходит.

Это явление и используется в аудио-динамике. Основная деталь динамика — катушка с намотанной на нее проволокой. Если по этой проволоке пустить ток, то получится электромагнит, причем его полярность зависит от того, в какую сторону пустить ток.

Вторая важная деталь — постоянный магнит в форме кольца. В дырку этого кольца помещают катушку и соединяют ее с мембраной колонки. Обычно мембрана — это бумажный или пластиковый конус.

Этот принцип работает и в обратную сторону. Если раскачивать катушку, то поле постоянного магнита будет создавать внутри нее электрический ток, который будет менять свое направление с частотой колебаний. Так что, если вы подключите наушники к аудио-входу своего компьютера, то получится микрофон.

На контакты катушки подается электрический ток, который меняет свое направление с той же частотой, что и частота звуковых колебаний той музыки, которую мы собрались слушать. От этого катушка превращается в магнит, полюса которого меняются местами с той же частотой, что и ожидаемый звук. Из-за этого она колеблется и передает свои колебания мембране.

Мембрана толкает воздух перед собой образуя звуковые волны. Точно так же образуются волны на воде, если толкать воду рукой в ванне. Для того, чтобы мембрана работала эффективнее, ее делают в виде конуса. Так же и в ванне, волны получаются больше, если толкать воду не прямой ладонью, а слегка согнутой.

theoryandpractice.ru

Громкоговорители

07.08.2013

КОМПОНЕНТЫ ТЕХНИКИ ЗВУКОУСИЛЕНИЯ

В этой главе дано краткое описание различных устройств, оборудования и систем (с учетом их технологической важности в технике звукоусиления), а также соответствующие технические характеристики. Кроме того, приведены необходимые для расчетов систем звукоусиления технические параметры всех основных электроакустических преобразователей.

 

4.1. ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ
Громкоговорители разделяют по типу конструкции электромеханического преобразователя (головки) на электродинамические, электростатические и пьезоэлектрические. В технике звукоусиления применяются почти исключительно электродинамические громкоговорители. (Кроме пьезоэлектрических высокочастотных систем, которые используются главным образом для громкоговорителей в музыкальной электронике). Следующие разделы посвящены динамическим громкоговорителям, наиболее часто применяющимся в технике звукоусиления.

 
ПРИНЦИП  РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ
На рис. изображены основные элементы конструкции динамического громкоговорителя: звукоизлучающий диффузор, подвижная катушка на цилиндрическом каркасе и постоянный магнит. Фронтальное крепление диффузора, достаточно жесткое для низких частот, называют также краевым подвесом или круговым гофром. В месте соединения с сердечником подвижной катушки диффузор центрируется с помощью центрирующей шайбы. Чтобы диффузор двигался свободно, эти фиксирующие элементы изготавливают из эластичного материала, который помимо жесткости обеспечивает необходимое демпфирование.
Катушка, по которой протекает электрический ток и которая движется в магнитном поле, имеет размеры, определяемые механическими, электрическими и температурными условиями. Практическое значение здесь имеют теплоотвод и термостойкий клей, который используется для соединения катушки и сердечника, испытывающих большое механическое напряжение…

 

ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ
Электроакустическая трансформация, осуществляемая  громкоговорителем, определяется различными факторами.
Номинальная мощность Рп — допустимая электрическая мощность, устанавливаемая производителем громкоговорителя на основе конструктивных характеристик. Чтобы определить ее, необходимо провести испытание на долговечность с использованием специального шумового сигнала [4.2, 4.3]. Испытательный сигнал либо включают на 1 мин и выключают на 2 мин, повторяя данный цикл в течение 300 ч, либо подают постоянно в течение 100 ч. В испытании необходимо использовать лимитер, чтобы не искажались случайные всплески испытательного сигнала.
Спектральная огибающая испытательного сигнала первоначально была определена на основе статистики амплитуд обычного программного материала. Однако все более широкое использование электронных инструментов и передача сигналов от инструментов, близко расположенных к микрофону, выявили увеличение процента высокочастотных составляющих в спектре программ. В связи с этим в начале 1980-х гг. испытательный сигнал был несколько изменен и получил больший подъем спектра в области высоких частот. После появления в 1982 г. публикации МЭК 268-1С (2-е издание) это изменение было внесено в новые стандарты (рис. 4.4). Необходимо помнить, что при использовании указанных испытательных сигналов создается впечатление, будто ВЧ-громкоговорители обладают значительно большей номинальной мощностью, чем это допускается при использовании синусоидального сигнала…

 

ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПРАВЛЕННОСТИ
Все громкоговорители имеют более или менее выраженную направленность, которая почти во всех случаях зависит от частоты. Эта угловая зависимость излучения звука характеризуется тремя количественными величинами, на которых следует остановиться подробнее.
Коэффициент направленности Г для определенной частоты или полосы частот — это отношение между звуковым давлением р для излучения под углом…

 

ЧАСТОТНЫЙ ДИАПАЗОН ПЕРЕДАЧИ
В соответствии со стандартом МЭК 268-5 [4.1] диапазон передачи громкоговорителя — это полоса частот, которая может быть использована для передачи звука. Она обычно характеризуется областью передаточной кривой, в которой уровень, измеренный на опорной оси в свободном поле, не снижается более чем на 10 дБ относительно определенного опорного уровня; в любом случае он не должен выходить из поля допуска. Это опорное значение является усредненным в полосе одной октавы, в области наивысшей чувствительности (или в более широкой полосе частот, указанной производителем). При определении верхнего и нижнего пределов передаваемого диапазона частот пики и провалы не учитываются, если они лежат в интервале менее 1/9 октавы (одной трети треть-октавной полосы). Для определения частотного диапазона наряду с синусоидальным сигналом используется розовый шум. В последнее время применяются импульсные измерительные методы для получения комплексной характеристики передачи, несущей информацию не только об амплитуде, но и о фазе.
Необходимо, чтобы диапазон передачи громкоговорителей быть определен перед использованием громкоговорителей в системах звукоусиления. У громкоговорителей, предназначенных для применения в помещении, необходимо учитывать коэффициент осевой концентрации, то есть влияние компоненты диффузного поля на формирование результирующего звукового давления.
У громкоговорителей специального назначения, таких как студийные мониторы, указываются более узкие допуски на частотную характеристику. Так, в рекомендации OIRT 55/1 [4.7] в диапазоне от 100 Гц до 8 кГц допускается максимальное отклонение ±4 дБ от среднего значения, а на более низких частотах (до 50 Гц) и более высоких (до 16 кГц) поле допуска расширяется до — 8 и +4 дБ.

 

ТИПЫ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
Различные задачи техники звукоусиления решаются с помощью разных типов излучателей, различаемых по размерам и форме корпусов, форме звукопровода и типам используемой системы возбуждения, а также по размещению и комбинации всех этих компонентов. Такое разнообразие излучателей позволяет получить самые разные характеристики направленности излучения звука, концентрации звука, чувствительности, частотных диапазонов и размеров.

 

ОДИНОЧНЫЕ ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ БЕЗ ЯВНОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ
Среди простейших излучателей можно выделить одиночные громкоговорители малых размеров и мощности, используемые в децентрализованных информационных системах при озвучивании больших плоских помещений или для создания различных звуковых эффектов в залах универсального назначения. Встраивание этих громкоговорителей в стену или корпус исключает «акустическое короткое замыкание», возникающее при сложении излучений передней и задней сторонами диффузора. Для этой же цели можно использовать плоский экран, открытый или закрытый корпус (рис. 4.11).
При использовании плоского экрана минимальное расстояние от центра громкоговорителя до ближайшего края экрана должно составлять не менее 1/8 длины волны.
В закрытом корпусе колеблющаяся (движущаяся) часть громкоговорителя работает против сравнительно жесткой воздушной подушки корпуса, что существенно уменьшает, по сравнению с громкоговорителем без корпуса, гибкость системы громкоговоритель-корпус (см. рис. 4.2). Поэтому громкоговорители для компактных корпусов снабжают особенно мягкой подвеской диффузора, из-за чего их затруднительно использовать для других целей. Уменьшение гибкости объема воздуха внутри корпуса влияет не только на основной резонанс, но и на эффективность громкоговорителя в диапазоне низких частот.
Громкоговорители в корпусах с фазоинвертором сейчас редко используют в качестве децентрализованных широкополосных излучателей, чаще — для больших групп громкоговорителей высокой мощности. Такие громкоговорители будут подробно рассмотрены в следующем разделе.
В громкоговорителях, которые должны применяться для децентрализованного распределения звука, используют конические диффузоры диаметром 100…200 мм. У меньших диффузоров значительно уменьшенная номинальная чувствительность, а большие характеризуются направленностью в области высоких частот, которая нежелательна для этих целей. Поэтому громкоговорители   с   большим   диаметром   диффузора   снабжаются
дополнительными устройствами рассеяния (диффузерами), устанавливаемыми перед центром основного диффузора. По этой же причине купольные диафрагмы ВЧ-громкоговорителей более пригодны для излучения высоких частот, чем ВЧ-конусы.
Важным достоинством громкоговорителей, предназначенных главным образом для использования в больших распределенных системах, является то, что у них приемлемая цена и они легко устанавливаются.

 

ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ С ФАЗОИНВЕРТОРОМ
Чтобы улучшить излучение звука громкоговорителями в акустическом оформлении на нижней границе диапазона передачи, в начале 1950-х годов были разработаны корпуса с фазоинвертором [4.8]. Они представляют собой резонаторы Гельмгольца с гибкостью воздуха, в корпусе и массой воздуха, в отверстии и перед ним…

 

ГРУППЫ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ С ЛИНЕЙНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ (ЛИНЕЙКИ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ, ЗВУКОВЫЕ КОЛОНКИ, ЛИНЕЙНЫЕ ГРУППЫ)
КЛАССИЧЕСКИЕ ЗВУКОВЫЕ КОЛОНКИ
Для решения многих задач звукоусиления требуются излучатели, способные создавать высокий уровень звука на большом расстоянии от места их установки…

Недостатки линейного расположения громкоговорителей:
• требуемый эффект направленности обеспечивается только ниже
критической частоты, а выше этой частоты возникают дополнительные
вторичные максимумы;
• направленность является частотно-зависимой [4.15];
• увеличение   направленности   возникает   не   только   в   «области
направленности»,  но также,  с учетом расстояния до отдельных
громкоговорителей,   в   «области   рассеяния».   При   этом   эффект
направленности колонки на высоких частотах теряется.
Частотно-зависимые характеристики колонки (или линейного источника) могут привести к изменению тембра звучания при перемещении по ширине и глубине аудитории. Для устранения или уменьшения этого недостатка форму линейки громкоговорителей несколько изменяют, улучшая таким образом характеристики в области высоких частот. Это может быть достигнуто с помощью либо физического изгиба колонки «в форме банана», либо сдвига элементов колонки до 10° вправо и влево (рис. 4.15). В обоих случаях колонка работает по всей длине в области низких частот, а на более высоких частотах эффект интерференции снижается.
Недавнее предложение уменьшить частотную зависимость направленности излучения звуковых линеек и колонок заключается в подаче на отдельные громкоговорители звукового сигнала с различными фазами и уровнями. По данным Мёзера [4.21], это позволяет в значительной степени устранить частотную зависимость направленности излучения и получить частотно-независимый спектр мощности (рис. 4.16). Однако при этом эффективность колонки или звуковой линейки в области низких частот существенно снижается.
Такое управление фазой и уровнями было разработано компанией Philips для больших групп громкоговорителей. Компания внедрила в практику различные распределения Бесселя для уровней и фаз, которые создают определенные характеристики направленности групп громкоговорителей без образования на диаграммах дополнительных лепестков.
Такие распределения Бесселя в настоящее время используются для мощных, централизованных групп громкоговорителей, устанавливаемых на концертах поп- и рок-музыки, чтобы достичь оптимального покрытия в залах разного размера.
Для уменьшения нежелательных высокочастотных боковых лепестков и потенциального рассеяния звука в широкополосные линейки громкоговорителей, в частности, вводят дополнительные ВЧ-громкоговорители, помещаемые в основном в центр звуковой колонки. Это еще один способ расчленения линейки.
Чтобы получить эффект направленности и в диапазоне частот ниже номинальной эффективности звуковой колонки, группы громкоговорителей часто конструируют как излучатели градиента давления. Корпуса снабжают одним или несколькими задними отверстиями, обладающими определенным акустическим сопротивлением и работающими как фазосдвигающие элементы. Таким образом, создается гашение заднего сигнала и формируется кардиоидная диаграмма направленности [4.22]. При увеличении заднего отверстия возможно также получить двунаправленную диаграмму (в форме восьмерки) (рис. 4.17). Однако для улучшения излучения высоких частот необходимо устанавливать сзади дополнительные ВЧ-громкоговорители.
Не всегда оказывается возможным оптимально установить линейки громкоговорителей перед аудиторией. В связи с этим была разработана звуковая колонка с электронными линиями задержки между отдельными возбудителями [4.23]; виртуальный поворот линейки громкоговорителей достигается соответствующим выбором приращений времени задержки. Необходимо наклонять отдельные громкоговорители на продольной оси линейки, чтобы поддерживать основное направление излучения линейки и минимизировать изменения тембра, которые иначе бы возникли (рис. 4.18). Требуемое время задержки зависит от расстояния между отдельными системами и от желаемого поворота виртуальной линейки.

 

ЛИНЕЙНЫЕ ГРУППЫ
Современные линейные группы громкоговорителей состоят не из отдельных конусных громкоговорителей, а из линейно расположенных волноводов длиной 1, которые создают так называемый когерентный волновой фронт. В отличие от традиционных звуковых колонок, эти группы излучают в ближней зоне так называемые цилиндрические волны. Эта ближняя зона является частотно-зависимой, и ее формирование справедливо для следующих расстояний…

 

ЛИНЕЙНЫЕ ГРУППЫ С ЦИФРОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Метод уменьшения частотной зависимости характеристик направленности и направленности звуковых линеек (на рис. 4.14d 1-3 показано вредное действие направленности в трехмерном представлении) состоит в подаче на отдельные громкоговорители, составляющие группу, звуковых сигналов с разными фазами и уровнями.
Фирма DURAN Audio была одним из первых производителей, уменьшивших длину линеек громкоговорителей INTELLIVOX с одновременным расширением частотной характеристики с помощью электронных средств. Так появилось DDC (Digital Directivity Control — «Цифровое управление направленностью»), которое позволило создавать линейки громкоговорителей с выраженной направленностью по вертикали и концентрацией постоянной звуковой мощности по горизонтали
Решение DDC имеет следующие характеристики. Неизменный уровень звукового давления при изменении расстояния…

 

РУПОРНЫЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ
Еще один способ достижения желаемой диаграммы направленности — создание звукопроводящих поверхностей перед головкой громкоговорителя. Поскольку такие устройства имеют конструкцию, подобную рупору, их называют рупорными громкоговорителями. Рупорная конструкция влияет не только на направленность излучения, но и обеспечивает лучшую адаптацию головки громкоговорителя к волновому сопротивлению воздуха, что в результате повышает эффективность. Одновременно за счет большей направленности увеличивается характеристическая чувствительность (см. табл. 4.1). Благодаря высокой характеристической чувствительности и направленности излучения эта конструкция громкоговорителя пригодна для звукоусиления в больших помещениях, где почти всегда требуются различные типы громкоговорителей.
Искажения, определяемые конструкцией, можно рассматривать как недостаток. Для адаптации драйвера (камеры давления) к окружающим условиям часто необходимо идти на компромисс в отношении размеров, создавая оптимальную конструкцию рупора. В результате появляются вредные резонансы, которые особенно проявляются в НЧ-рупорах. А в области сопряжения камеры давления и рупора ВЧ-систем с высокой нагрузкой возникают воздушные потоки, превышающие скорость звука, которые создают нелинейные искажения. Не менее важно и то, что особенно в диапазоне низких частот на систему драйвера могут оказывать влияние отражения от поверхностей помещения с системой звукоусиления, попадающие внутрь рупора. Это связано с высокой направленностью, определяемой конструктивной формой рупора.
Оптимальный рупорный громкоговоритель требует широкополосной головки и формы рупора, пригодной для воспроизведения всего требуемого диапазона частот. У таких рупоров могут быть различные формы; соответствующие рекомендации можно найти в литературе [4.5]. Для сведения к минимуму отражений от выходного отверстия (раструба) рупор должен плавно сопрягаться с окружающим пространством. Это может быть достигнуто, например, при выборе экспоненциальной формы рупора. Чтобы такие рупоры работали и на низких частотах, они должны быть очень большого размера. Например, для нижней граничной частоты 50 Гц рупор соответствующей формы должен иметь диаметр раструба 2 м. Излучатели подобных размеров приемлемы только для ограниченного применения, например, при расположении громкоговорителя в кинотеатре за проекционным экраном.
Длина рупора тоже зависит от требуемой направленности и излучаемой частоты. Длину можно уменьшить, если использовать сравнительно большую возбуждающую поверхность (которая, однако, может быть оптимизирована только для узкой полосы частот) или «сложенный рупор». Рупор должен быть как можно более жестким и иметь высокое акустическое затухание. Поскольку это не может быть реализовано, в частности, для низких и средних частот, стенки рупора, по крайней мере, не должны иметь явных собственных резонансов. Кроме того, они должны обладать высоким внутренним демпфированием, чтобы обеспечить высокую линейность характеристики передачи.

 

НИЗКОЧАСТОТНЫЕ РУПОРЫ
Большие размеры НЧ-рупоров вынуждают их создателей идти на компромиссы. Практические модели НЧ-рупоров имеют форму рупора только в одном направлении; под прямыми углами к этому направлению звук направляется параллельными поверхностями. Рупор может быть образован в вертикальном или горизонтальном направлении, как показывают два примера на рис. 4.19. На этом же рисунке представлены два варианта размещения громкоговорителя перед рупором. Рупор, изображенный на рис. 4.19а, возбуждается задней стороной громкоговорителя, а передняя часть громкоговорителя используется для прямого излучения. Поэтому этот рупор должен иметь такие размеры, чтобы обеспечивался поворот фазы на 180°, в противном случае возникнет акустическое короткое замыкание. Этот тип конструкции называют передающим рупором, с достаточным приближением он может быть реализован только для ограниченного диапазона частот. На рис. 4.19Ь изображен «сложенный рупор», у которого может быть приемлемая компактная форма. Головки НЧ-рупоров обычно представляют собой большие громкоговорители с коническим диффузором, в некоторых конструкциях помещаемые в корпуса с фазоинвертором. Компромиссы при конструировании таких НЧ-рупоров и особенности используемых головок ограничивают возможность их применения: они могут работать только в узком диапазоне частот ниже примерно 300 Гц. Но даже в этом случае их использование допустимо только потому, что на этих частотах ухо человека не очень хорошо распознает тембр [4.24].
Мощность таких НЧ-рупоров, используемых главным образом для звукоусиления музыки, около 100-500 Вт.

 

СРЕДНЕЧАСТОТНЫЕ РУПОРЫ
Для среднего диапазона частот (примерно от 300 Гц до 3 кГц) существует большое разнообразие головок и конструкций рупоров.
В качестве головок используются главным образом динамические системы с предрупорными компрессионными камерами, присоединяемыми к входному отверстию рупора (к расширяющейся части) посредством согласующей горловины, так называемой горловины-adanmepa. Для увеличения мощности возбуждения к одному рупору можно присоединять несколько предрупорных камер, используя Y-образный адаптер (рис. 4.20а). В этом случае необходимо обеспечить равенство фаз и времени прохождения в месте пересечения двух каналов, чтобы не возникало взаимного подавления звука. Компания Electro-Voice указывает, что она решила эту проблему, применив «коллекторную» технологию (рис. 4.20Ь), в которой благодаря новой конфигурации адаптера не может возникать подавления звука в продольном направлении и появляются лишь незначительные эффекты поперечного подавления звука[4.25].
Для покрытия площади аудитории звуком используют рупоры с различной направленностью. В настоящее время эти рупоры часто конструируют таким образом, что направленность их излучения практически не зависит от частоты, как, например, на рис. 4.21. Такие CD-рупоры (constant directivity horns), то есть рупоры с неизменной направленностью имеют различные экспоненциальные и гиперболические изгибы по всей длине. Преимущество частотно-независимой направленности, важное при определении оптимальных зон покрытия, утрачивается вследствие уменьшения чувствительности на высоких частотах (эту частотную зависимость приходится компенсировать за счет электрической коррекции).

 

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ РУПОРЫ
Для верхнего частотного диапазона выпускаются два основных типа рупорных громкоговорителей: рупорные излучатели, обладающие конструктивными характеристиками, аналогичными характеристикам среднечастотных рупоров, и работающие в диапазоне частот от 1 до 10 кГц, и специальные ВЧ-громкоговорители для диапазона частот от 3 до 16 кГц. Первый тип используется главным образом как ВЧ-громкоговоритель в комбинированных устройствах, содержащих громкоговорители с фазоинвертором (см. рис. 4.13). Кроме дифракционных излучателей можно применять небольшие CD-рупоры.
Небольшие специальные ВЧ-излучатели имеют в основном осесимметричнуто конструкцию. Их головка работает на предрупорную камеру и состоит из металлической или, реже, пластмассовой диафрагмы, связанной с очень маленькой камерой. Как и в большинстве систем с предрупорной камерой, задняя сторона диафрагмы демпфируется слоем вспененной пластмассы. На излучающем конце предрупорная камера содержит фазокорректирующий вкладыш, который тоже образует центральный элемент концентрического рупора (рис. 4.25). Каналы, формируемые куполом и стенками рупора, расположены так, что они оказываются выше пиков (пучностей), образующихся за счет первого собственного резонанса диафрагмы. Таким образом улучшается эффективность предрупорной камеры на высоких частотах…

 

РУПОРНЫЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ЗВУКОУСИЛЕНИЯ
Информационные звуковые системы обычно предназначены для передачи речи с высокой ясностью, для чего часто достаточно излучать частоты в диапазоне от 200 Гц до 4 кГц (это даже улучшает разборчивость). Можно создать очень жесткие сложенные рупоры со встроенными компрессионными головками, способные передавать весь диапазон частот. Благодаря хорошей защите от воздействий окружающей среды, для чего применяется листовой металл или различные пластмассы, эти рупоры часто используют для работы на открытом воздухе. Явно выраженная характеристика направленности делает их пригодными для покрытия узких площадей.

ОДИНОЧНЫЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ
В технике звукоусиления небольшие широкополосные одиночные громкоговорители используются только в децентрализованных системах, например, в качестве потолочных или настенных громкоговорителей для информационных систем или для воспроизведения звуковых эффектов, для усиления эффекта пространственности и увеличения времени реверберации. Громкоговорители особо малого размера (с диаметром диффузора <120 мм) встраивают в спинки кресел зала, в стол председателя или в балюстрады балконов, а также с передней стороны сцены на малом расстоянии от слушателей. Уровни мощности — 1,5…3 Вт, а у потолочных громкоговорителей — 6… 12,5 Вт.

 

БОЛЬШИЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВНУТРИ ПОМЕЩЕНИЙ
Для основных групп громкоговорителей больших систем звукоусиления требуются излучатели большой номинальной мощности, с широким диапазоном воспроизводимых частот и предпочтительно с высокой направленностью излучения. Обычно для достижения этих характеристик используют звуковые колонки или комбинации громкоговорителей с фазоинвертором и рупорных громкоговорителей для воспроизведения средних и высоких частот или, что реже, комбинации только рупорных громкоговорителей.
Эти излучатели часто располагают как централизованные группы основных громкоговорителей, определяющих уровень звука и нередко тембр всей системы. За исключением излучателей, используемых только для передачи речи и воспроизведения музыки очень высокого качества, диапазон передаваемых частот обычно составляет 80 Гц… 16 кГц. Для систем, предназначенных только для речи, достаточно иметь более узкий диапазон частот — от 150…200 Гц до 10… 12 кГц, а для воспроизведения музыки требуется нижний предел <40 Гц. Это требование обычно может быть выполнено только с помощью специальных дополнительных громкоговорителей (сабвуферов) большего размера, чем обычные громкоговорители для звукоусиления.
Расположение и ориентация громкоговорителей оказывают важное влияние на направление восприятия акустического сигнала. Более важно, однако, чтобы звуковое поле громкоговорителей не создавало положительной акустической обратной связи через микрофоны, используемые во время представления.
Если централизованное расположение по каким-либо причинам не подходит и приходится выбирать более или менее децентрализованное расположение громкоговорителей (это обычно требует применения устройств задержки), необходимо обращать внимание на то, что звук, отражаемый обратно, в сторону сцены, должен быть минимальным по уровню, потому что «реакция помещения» может привести к нежелательному эффекту пространственности и даже создавать на сцене или вблизи нее мешающее эхо. Оба эти явления мешают актерам, а также зрителям, места которых находятся рядом со сценой. Поэтому основные группы громкоговорителей почти всегда содержат излучатели с кардиоидной или другой диаграммой, характеризующейся очень высокой направленностью.
Для концертов рок- и поп-музыки и в системах, которые должны воспроизводить очень высокие уровни звука, используют почти исключительно комбинации специальных рупорных громкоговорителей, и только из-за размеров их приходится размещать на сцене. Мощность систем, используемых в больших залах или на открытой площадке, может значительно превышать 100 кВт [4.26]. В таких случаях специально выделяют отдельные громкоговорители или группы громкоговорителей для определенных инструментов, групп инструментов, вокалистов или — в случае чисто электронной музыки — для специальных регистров [4.27].

 

СЦЕНИЧЕСКИЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ
Для целей мониторинга в месте проведения представления (на сцене или помосте) используют стационарные или мобильные сценические мониторы. Их функция — подача исполнителям специального сигнала, на который оказывают минимальное влияние группы громкоговорителей для озвучивания помещения или удаленные громкоговорители. Этот сигнал предназначен для координации действий исполнителей между собой и с фонограммой.
Стационарные системы могут представлять собой небольшие звуковые колонки, расположенные внутри авансцены (на поперечной балке и по бокам), поскольку в этих местах имеется минимальный временной сдвиг по отношению к основным громкоговорителям.
Мобильные сценические мониторы обычно имеют форму, изображенную на рис. 4.27. Их можно располагать на сцене между исполнителями и зрительным залом, так как они не мешают наблюдать за происходящим на сцене. Сценические мониторы должны создавать минимальное излучение в обратном направлении, поскольку иначе звук от них будет мешать зрителям, места которых находятся вблизи сцены. Компактная конструкция громкоговорителей ухудшает чувствительность и сужает частотный диапазон.
Сценические мониторы дополняются громкоговорителями сценических эффектов, с помощью которых, например, в театрах создаются звуковые эффекты, которые должны восприниматься как исходящие из глубины театральной сцены. Наиболее удобны для этого большие стационарные или мобильные громкоговорители того же типа, что и используемые в основных группах громкоговорителей. Громкоговорители или их группы должны иметь высокую направленность и по возможности быть частотно-независимыми (особенно при размещении за кулисами), так как большую часть излучаемой энергии они должны направлять в зал.
Третья группа сценических громкоговорителей может быть применена для обеспечения акустической локализации слабых источников (см. раздел 6.5). Эти громкоговорители должны отвечать нескольким, иногда противоречивым, требованиям:
• малые размеры, чтобы не ухудшался обзор;
• широкий частотный диапазон, соответствующий исходному источнику;
• высокий максимальный уровень звука, чтобы на расстоянии разница в
уровнях звука по сравнению с ближайшим основным громкоговорителем,
излучающим усиленный звука, была минимальной;
• широкий угол излучения в сторону зрительного зала и по возможности
отсутствие частотной зависимости;
• высокое затухание в обратном направлении для исключения положительной
обратной связи через микрофоны на сцене.
Поскольку практически удовлетворить все эти требования одновременно невозможно, необходимо устанавливать приоритеты для каждого конкретного случая. В настоящее время на практике применяют громкоговорители, подобные тем, что используются в группах основных громкоговорителей, но более компактные, поскольку нет необходимости в излучении самых низких частот (<100 Гц), несущественных для локализации. Громкоговорители для локализации/звукоусиления в лекционном зале часто встраивают в трибуну [4.28, 4.29].

 

ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НА ОТКРЫТОМ ВОЗДУХЕ
Механическая конструкция громкоговорителей, предназначенных для систем, работающих на открытом воздухе, должна отвечать специальным требованиям. Однако их акустические параметры в основном определяются теми же условиями, что и у комнатных излучателей.
Корпуса должны быть прочными, защищены от внешних воздействий — от влаги и сильного солнечного излучения. Их обычно изготовляют из окрашенной листовой стали, алюминия, пластмассы, реже из дерева.
Особая проблема — не ухудшающая условия излучения защита бумажного диффузора конических громкоговорителей. Защита главным образом обеспечивается несколькими слоями мелкоячеистой ткани, натягиваемой за покрытием, защищающим от механических повреждений (см. также [4.30]). Защитное покрытие, структура которого в большинстве случаев подобна аналогичному покрытию комнатных громкоговорителей, может состоять из металлического листа с перфорацией, имеющей прозрачность более 50%, проволочной сетки или решетки. Все они должны быть жестко закреплены, чтобы избежать шумов вибраций. Для этого часто используют обрезиненные зажимные скобы, а в ряде случаев дополнительные обрезиненные накладки.
Если диффузоры изготовлены из пропитанной бумаги или пластмассы, допустим больший уровень влажности.
При температурах ниже точки замерзания громкоговорители необходимо плавно доводить до рабочего уровня мощности с помощью излучения низкочастотного тона.
Спад излучения на высоких частотах, вызываемый покрытием громкоговорителя, можно удерживать в допустимых пределах; его можно также компенсировать электронной коррекцией. Если излучатель покрыт толстым слоем пористого материала, необходимо исключить повышение температуры внутри корпуса под воздействием солнечных лучей на поверхность излучения громкоговорителя, поскольку это может блокировать подвижную катушку из-за различных коэффициентов температурного расширения катушки и магнитной системы (в результате это изменяет величину воздушного зазора).
Рупорные громкоговорители с компрессионной камерой, изготовленные из листового металла или пластмассы, не требуют дополнительной защиты от внешних воздействий окружающей среды.

marketone.ru

Принцип работы акустической системы.

Акустическая система – устройство по преобразование электрических сигналов в акустические для воспринимая их человеком. Основным устройством является акустическая колонка, акустическая система может содержать от 2 и более акустических колонок.

Громкоговоритель — устройство для преобразования электрических сигналов в акустические и излучения их в окружающее пространство (обычно — воздушную среду). В музыкальных колонках используются, чаще всего, громкоговорители электродинамического типа (динамики), встречаются пьезоэлектрическиеконденсаторныеэлектромагнитные громкоговорители.

Диффузор – деталь громкоговорителя отвечающая за преобразование механических колебаний в колебания окружающего воздуха. Представляет собой отлитую из бумаги или более современных материалов форму в виде конуса с круглым или эллиптическим основанием. Основание диффузора крепится к корпусу динамика с помощью гофрированного подвеса, который для низкочастотных динамиков делается резиновым. Со стороны вершины конус диффузора крепится к центрирующей шайбе из гофрированной бумаги или другого мягкого и прочного материала.

Динамики — В зависимости от назначения, динамики различаются размерами и формой, используемыми материалами, конструктивным исполнением катушек, диффузоров и магнитных систем. Динамики делятся на типы по воспроизводимому ими частотному диапазону. Сверхнизкочастотные (англ. subwoofer) – позволяют нам слушать с частотами в 20 – 120 Гц. Низкочастотные (англ. woofer) – предназначены для воспроизведения частот от 40 до 1 кГц и немного выше.

Среднечастотные (англ. mid-range) динамики наиболее уверенно воспроизводят диапазон в 300 – 5000 Гц. Можно сказать, среднечастотный громкоговоритель выполняет наиболее ответственную часть работы по озвучиванию. Именно в этом диапазоне сосредоточена основная часть звуков музыкальных инструментов и человеческого голоса. На рисунках представлен громкоговоритель с купольной мембраной и электростатический громкоговоритель.

Высокочастотные (англ. tweeter) излучатели разрабатывают для передачи самых высоких частот, но они могут эффективно работать в диапазоне от 2 кГц до 20 кГц. Классический твитер представляет собой небольших размеров динамик. Но уже довольно часто в колонки ставят мембранные и купольные ВЧ громкоговорители, а также на основе пьезоэлектрического и электростатического эффектов. Использование вместо диффузора плоской мембраны позволяет получить миниатюрные размеры (особенно в глубину) при высоких параметрах звучания на средних и высоких частотах.

Преобразование электрических сигналов происходит в динамиках, принцип действия основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с проводом звуковой катушки. При протекании тока звуковой частоты по проводу под влиянием электродинамической силы катушка громкоговорителя попеременно вытягивается и выталкивается из кольцевого зазора магнита в зависимости от направления тока.  Звуковая катушка механически соединена с излучателем (диффузором), который создает в пространстве сгущение и разряжение воздуха(акустические волны).

Конструкция корпуса акустической колонки в которую помещаются головки играет важную роль. Корпус предотвращает столкновение передней и задней волн излучаемых диффузором при работе динамической головки в открытом пространстве.

Качество звука зависит от размеров динамиков. В колонках малого размера упругость отрицательно влияет на качество излучаемых системой низких частот. Упругость воздуха уменьшает амплитуду движения диффузора и его гибкость, что повышает резонансную частоту громкоговорителя, находящегося в корпусе колонки. А это отрицательно влияет на воспроизведение низких частот. Таким образом колонки малых размеров не способны воспроизводить самые низкие частоты . Так же необходимо обеспечить жесткость корпуса для большего качества звучания.

Диапазон частот – это диапазон воспроизводимых акустической системой частот звукового сигнала обозначается как правило в таком виде (n-нижняя граница) – (n-верхняя граница) Гц.

Качество звука зависит от величины нижней и верхней границы частот. Чем меньше число нижней границу и чем вышел число верхней границы, тем лучше качество звука. Весь звуковой частотный диапазон условно делится на три основные части: нижние частоты(низкие звуки(басы) – 16-70Hz, до 100-120Hz — мидбас, до 1KHz – нижнесредние звуки),  средние частоты(4,5KHz-10KHz) и высокие частоты(выше 10KHz).

АЧХ (Амплитудно-Частотная Характеристика) – зависимость амплитуды звука, воспроизводимого акустической системой, от частоты. Идеальная АЧХ обеспечивает одинаковое усиление составляющих сигнала на всем диапазоне частот. Положение акустической системы в помещении влияет на АЧХ.  

По вопросам монтажа акустической системы, звоните (812) 903 — 04 — 75! Так же обращаю Ваше внимание на то, что еще мы делаем видеонаблюдение, что бы узнать предварительную стоимость монтажа видеонаблюдения перейдите по ссылке.

neva-control.ru

Электромагнитный громкоговоритель Википедия

Капсюли ТА-56М, один из них — со снятой крышкой и мембраной. Видны полюсные наконечники

Электромагнитный громкоговоритель (по отношению к устройствам, не излучающим звук в окружающее пространство, а предназначенным для телефонов и наушников, применяются термины электромагнитный капсюль и электромагнитный телефон) — громкоговоритель, в котором звуковые колебания создаются за счёт движения мембраны из магнитного материала либо металлического якоря в поле неподвижного электромагнита. Исторически — самый первый громкоговоритель. С появлением динамических громкоговорителей электромагнитный громкоговоритель вышел из употребления в большинстве устройств, за исключением некоторых наушников и малогабаритных звуковых излучателей (например, компьютерных спикеров).

История

Принцип электромагнитного звукоизлучателя был использован в телефоне Белла. Однако конструкция его телефона позволяла только индивидуальное прослушивание воспроизводимого звука. До появления радиоламп предпринимались различные попытки усиления звука с помощью прерываемого воздушного потока (принцип сирены), но они отличались плохим качеством звука и не позволяли регулировать громкость.

Рупорный громкоговоритель, 1927 год

С появлением радиоламп появился источник электрического сигнала достаточно большой мощности, однако устройства, работавшие по принципу телефона Белла, не были способны воспроизводить звуковые колебания достаточной для непосредственного излучения звука в окружающее пространство амплитуды. В качестве решения проблемы долгое время использовались рупоры. Однако рупоры вносили искажения в сигнал и, кроме того, достаточно широкополосные для воспроизведения музыкальных произведений рупоры были весьма громоздкими.

В 1915 году Питер Йенсен (англ.)русск. предложил вместо мембраны использовать металлический якорь, соединённый с бумажным диффузором[1], что позволило отказаться от громоздкого рупора. Следующим шагом было изобретение индукторных громкоговорителей, или громкоговорителей системы «Фаранд», в которых якорь двигался не в направлении полюсных наконечников, а параллельно их поверхности, что позволило добиться большей амплитуды колебаний и лучшего воспроизведения низких частот.

В 1924 году Честер У. Райс (англ.)русск. и Эдвард У. Келлог (англ.)русск. представили конструкцию динамического громкоговорителя, которая в последующие годы вытеснила электромагнитные громкоговорители из большинства областей применения[2]. Однако это произошло не сразу: дело в том, что электродинамический громкоговоритель требует для работы магнита большой силы. Вместо этого до конца 40-х годов в громкоговорителях использовались электромагниты, что требовало дополнительного источника постоянного тока. Это ограничивало использование динамиков в батарейных приёмниках (что привело бы к большому расходу батарей) и радиоточках. Это также было одной и причин, почему громкоговорители типа «Рекорд» в СССР производились вплоть до 1952 года. В то же время, в недорогих сетевых приёмниках недостаток превращался в достоинство: полевая обмотка служила дополнительным фильтром питания для источника анодного напряжения, что упрощало и удешевляло конструкцию.

После прекращения выпуска электромагнитных громкоговорителей, электромагнитные капсюли широко использовались в телефонах, а также в наушниках, не требующих высокого качества воспроизведения звука. Кроме того, продолжают выпускаться миниатюрные электромагнитные излучатели, имеющие схожую область применения с пьезокерамическими. Вновь популярность электромагнитным излучателям вернули внутриканальные наушники, так как они не требуют большой амплитуды колебаний, а значит практически не имеют проблем с неравномерностью магнитного поля в зазоре и связанными с этим нелинейными искажениями, а также миниатюрные слуховые аппараты, где конструкция излучателя позволяет размещать его более компактно в слуховом проходе.

  • Рупорный громкоговоритель: рупор свёрнут в спираль

  • Диффузорный электромагнитный громкоговоритель

  • Диффузорный индукторный громкоговоритель

  • Громкоговоритель типа «тарелка»

  • Высокоомные головные телефоны

Устройство и принцип работы

Устройство электромагнитного телефонного капсюля

Простейший электродинамический преобразователь состоит из постоянного магнита, насаженных на полюсные наконечники обмоток электромагнита и мембраны из магнитомягкого материала, заключённых в корпус из немагнитного материала. В исходном состоянии мембрана притягивается к полюсным наконечникам за счёт постоянного магнита, из-за чего прогибается в их сторону. При пропускании тока через электромагнит, в зависимости от направления тока, магнитные поля постоянного магнита и электромагнита складываются либо вычитаются. Если их векторы магнитной индукции направлены в одну сторону, они складываются и мембрана сильнее притягивается к полюсным наконечникам. Если в разные — магнитный поток уменьшается, мембрана распрямляется под действием силы упругости.

Такая схема годится для телефонов и наушников, не критичных к качеству звука и не требующих большой громкости. У таких телефонов ограничена как площадь мембраны, так и амплитуда её колебаний. Если суммарный магнитный поток будет достаточно сильным, мембрана притянется к полюсам и останется неподвижной при дальнейшем его росте. В обратном направлении движение мембраны ограничено нулевым результирующим магнитным потоком, когда мембрана полностью распрямляется, после чего с ростом тока в обмотке начнёт движение обратно к полюсным наконечникам. Если попытаться расположить мембрану дальше от полюсных наконечников, это приведёт к значительному ухудшению КПД. Кроме того, из-за несимметричности и неодинакового магнитного потока на разных расстояниях от полюсных наконечников такая схема подвержена чётным гармоникам[3].

Существовали также диффузорные громкоговорители такой схемы: в них вместо мембраны использовался металлический якорь, который с помощью тяги соединялся с бумажным диффузором. Однако довольно быстро в диффузорных громкоговорителях стали применяться более сложные схемы.

Дифференциальная схема

Механизм дифференциальной схемы

Для компенсации чётных гармоник применялись схемы, в которых на якорь в исходном положении силы притяжения магнитов не действуют. Для этого один или оба полюса электромагнита расщепляются. Полюса и якорь располагают так, чтобы последний притягивался к одной или другой паре полюсов в зависимости от направления пропускаемого через электромагнит тока.

Один из вариантов такого механизма изображён на рисунке. Здесь обмотка электромагнита расположена вокруг якоря, а сам якорь насажен на ось. В зависимости от направления тока через электромагнит, якорь будет притягиваться к правому верхнему и левому нижнему полюсу или правому нижнему и левому верхнему. Через тягу якорь соединён с диффузором.

Электромагнитный излучатель, применяющийся во внутриканальных наушниках
Арматурные внутриканальные наушники Ultimate Ears SuperFi 5 Pro

Другой вариант, который применялся в громкоговорителях типа «рекорд» («тарелка»), а позднее — во внутриканальных наушниках, содержит гибкий якорь, соединённый с диффузором с помощью стержня. Один конец якоря соединён с одной парой противоположных полюсов двух постоянных магнитов, а другой — находится в зазоре между двумя другими. При пропускании тока через катушку, в зависимости от направления тока, сердечник притягивается к одному из двух магнитов.

Дифференциальные схемы имели небольшую величину чётных гармоник, однако не решали проблему неравномерности силы притяжения якоря в зависимости от расстояния от полюсного наконечника, из-за которой не удавалось значительно снизить уровень нечётных гармоник, особенно на низких частотах. В то же время, в излучателях небольшого размера, например, во внутриканальных наушниках, требуемая амплитуда колебаний невелика, из-за чего нелинейные искажения в таких наушниках, особенно на средних и высоких частотах, не больше, чем в динамических, и поэтому они годятся для высококачественного звуковоспроизведения.

Индукторные громкоговорители

Главная особенность индукторных громкоговорителей в том, что якорь в них двигался параллельно поверхности полюсных наконечников, что позволяло уменьшить зазор между полюсами и якорем, а также не допускать прикосновения якоря к полюсам при большой амплитуде колебаний.

Одна из схем индукторных громкоговорителей — система «Фаранд». В таком громкоговорителе также имеются четыре полюсных наконечника, на каждом из которых имеется электромагнит. Громкоговоритель такой системы имеет два якоря, соединённых тягой, расстояние между которыми отличается от расстояния между парами полюсных наконечников. Обмотки электромагнитов включены так, чтобы при подаче тока увеличивать магнитный поток через одну пару полюсов, и препятствовать замыканию магнитного потока через другую. В результате один из якорей будет втягиваться в «свой» магнитный зазор сильнее, а другой — слабее.

См. также

Примечания

Литература

  • В.Г. Лукачер. Системы громкоговорителей // Радиофронт. — 1936. — № 5 (март).
  • В. В. Фурдуев. Электроакустика. — М.; Л.: тип. «Печат. двор», 1948. — С. 243-271. — 515 с. — (Физ.-матем. б-ка инженера). — 6000 экз. — ISBN 9785458387644.

Ссылки

wikiredia.ru

Электромагнитный громкоговоритель — WiKi

Принцип электромагнитного звукоизлучателя был использован в телефоне Белла. Однако конструкция его телефона позволяла только индивидуальное прослушивание воспроизводимого звука. До появления радиоламп предпринимались различные попытки усиления звука с помощью прерываемого воздушного потока (принцип сирены), но они отличались плохим качеством звука и не позволяли регулировать громкость.

  Рупорный громкоговоритель, 1927 год

С появлением радиоламп появился источник электрического сигнала достаточно большой мощности, однако устройства, работавшие по принципу телефона Белла, не были способны воспроизводить звуковые колебания достаточной для непосредственного излучения звука в окружающее пространство амплитуды. В качестве решения проблемы долгое время использовались рупоры. Однако рупоры вносили искажения в сигнал и, кроме того, достаточно широкополосные для воспроизведения музыкальных произведений рупоры были весьма громоздкими.

В 1915 году Питер Йенсен (англ.)русск. предложил вместо мембраны использовать металлический якорь, соединённый с бумажным диффузором[1], что позволило отказаться от громоздкого рупора. Следующим шагом было изобретение индукторных громкоговорителей, или громкоговорителей системы «Фаранд», в которых якорь двигался не в направлении полюсных наконечников, а параллельно их поверхности, что позволило добиться большей амплитуды колебаний и лучшего воспроизведения низких частот.

В 1924 году Честер У. Райс (англ.)русск. и Эдвард У. Келлог (англ.)русск. представили конструкцию динамического громкоговорителя, которая в последующие годы вытеснила электромагнитные громкоговорители из большинства областей применения[2]. Однако это произошло не сразу: дело в том, что электродинамический громкоговоритель требует для работы магнита большой силы. Вместо этого до конца 40-х годов в громкоговорителях использовались электромагниты, что требовало дополнительного источника постоянного тока. Это ограничивало использование динамиков в батарейных приёмниках (что привело бы к большому расходу батарей) и радиоточках. Это также было одной и причин, почему громкоговорители типа «Рекорд» в СССР производились вплоть до 1952 года. В то же время, в недорогих сетевых приёмниках недостаток превращался в достоинство: полевая обмотка служила дополнительным фильтром питания для источника анодного напряжения, что упрощало и удешевляло конструкцию.

После прекращения выпуска электромагнитных громкоговорителей, электромагнитные капсюли широко использовались в телефонах, а также в наушниках, не требующих высокого качества воспроизведения звука. Кроме того, продолжают выпускаться миниатюрные электромагнитные излучатели, имеющие схожую область применения с пьезокерамическими. Вновь популярность электромагнитным излучателям вернули внутриканальные наушники, так как они не требуют большой амплитуды колебаний, а значит практически не имеют проблем с неравномерностью магнитного поля в зазоре и связанными с этим нелинейными искажениями, а также миниатюрные слуховые аппараты, где конструкция излучателя позволяет размещать его более компактно в слуховом проходе.

  • Рупорный громкоговоритель: рупор свёрнут в спираль

  • Диффузорный электромагнитный громкоговоритель

  • Диффузорный индукторный громкоговоритель

  • Громкоговоритель типа «тарелка»

  • Высокоомные головные телефоны

  Устройство электромагнитного телефонного капсюля

Простейший электродинамический преобразователь состоит из постоянного магнита, насаженных на полюсные наконечники обмоток электромагнита и мембраны из магнитомягкого материала, заключённых в корпус из немагнитного материала. В исходном состоянии мембрана притягивается к полюсным наконечникам за счёт постоянного магнита, из-за чего прогибается в их сторону. При пропускании тока через электромагнит, в зависимости от направления тока, магнитные поля постоянного магнита и электромагнита складываются либо вычитаются. Если их векторы магнитной индукции направлены в одну сторону, они складываются и мембрана сильнее притягивается к полюсным наконечникам. Если в разные — магнитный поток уменьшается, мембрана распрямляется под действием силы упругости.

Такая схема годится для телефонов и наушников, не критичных к качеству звука и не требующих большой громкости. У таких телефонов ограничена как площадь мембраны, так и амплитуда её колебаний. Если суммарный магнитный поток будет достаточно сильным, мембрана притянется к полюсам и останется неподвижной при дальнейшем его росте. В обратном направлении движение мембраны ограничено нулевым результирующим магнитным потоком, когда мембрана полностью распрямляется, после чего с ростом тока в обмотке начнёт движение обратно к полюсным наконечникам. Если попытаться расположить мембрану дальше от полюсных наконечников, это приведёт к значительному ухудшению КПД. Кроме того, из-за несимметричности и неодинакового магнитного потока на разных расстояниях от полюсных наконечников такая схема подвержена чётным гармоникам[3].

Существовали также диффузорные громкоговорители такой схемы: в них вместо мембраны использовался металлический якорь, который с помощью тяги соединялся с бумажным диффузором. Однако довольно быстро в диффузорных громкоговорителях стали применяться более сложные схемы.

Дифференциальная схема

  Механизм дифференциальной схемы

Для компенсации чётных гармоник применялись схемы, в которых на якорь в исходном положении силы притяжения магнитов не действуют. Для этого один или оба полюса электромагнита расщепляются. Полюса и якорь располагают так, чтобы последний притягивался к одной или другой паре полюсов в зависимости от направления пропускаемого через электромагнит тока.

Один из вариантов такого механизма изображён на рисунке. Здесь обмотка электромагнита расположена вокруг якоря, а сам якорь насажен на ось. В зависимости от направления тока через электромагнит, якорь будет притягиваться к правому верхнему и левому нижнему полюсу или правому нижнему и левому верхнему. Через тягу якорь соединён с диффузором.

  Электромагнитный излучатель, применяющийся во внутриканальных наушниках
  Арматурные внутриканальные наушники Ultimate Ears SuperFi 5 Pro

Другой вариант, который применялся в громкоговорителях типа «рекорд» («тарелка»), а позднее — во внутриканальных наушниках, содержит гибкий якорь, соединённый с диффузором с помощью стержня. Один конец якоря соединён с одной парой противоположных полюсов двух постоянных магнитов, а другой — находится в зазоре между двумя другими. При пропускании тока через катушку, в зависимости от направления тока, сердечник притягивается к одному из двух магнитов.

Дифференциальные схемы имели небольшую величину чётных гармоник, однако не решали проблему неравномерности силы притяжения якоря в зависимости от расстояния от полюсного наконечника, из-за которой не удавалось значительно снизить уровень нечётных гармоник, особенно на низких частотах. В то же время, в излучателях небольшого размера, например, во внутриканальных наушниках, требуемая амплитуда колебаний невелика, из-за чего нелинейные искажения в таких наушниках, особенно на средних и высоких частотах, не больше, чем в динамических, и поэтому они годятся для высококачественного звуковоспроизведения.

Индукторные громкоговорители

Главная особенность индукторных громкоговорителей в том, что якорь в них двигался параллельно поверхности полюсных наконечников, что позволяло уменьшить зазор между полюсами и якорем, а также не допускать прикосновения якоря к полюсам при большой амплитуде колебаний.

Одна из схем индукторных громкоговорителей — система «Фаранд». В таком громкоговорителе также имеются четыре полюсных наконечника, на каждом из которых имеется электромагнит. Громкоговоритель такой системы имеет два якоря, соединённых тягой, расстояние между которыми отличается от расстояния между парами полюсных наконечников. Обмотки электромагнитов включены так, чтобы при подаче тока увеличивать магнитный поток через одну пару полюсов, и препятствовать замыканию магнитного потока через другую. В результате один из якорей будет втягиваться в «свой» магнитный зазор сильнее, а другой — слабее.

ru-wiki.org

Громкоговорители. Технические характеристики громкоговорителей

ГЛАВА 6. ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ

Контрольные вопросы

1.  Поясните
основные технические характеристики громкоговорителей.

2.  Каковы основные
типы излучателей?

3.  Как формируются
направленные свойства излучателей?

4.  Каков принцип
работы линейной группы излучателей?

5.  Поясните принцип
работы и устройство электродинамической головки прямого излучения.

6.  Поясните причины
возникновения нелинейных искажений в громкоговорителях и методы их уменьшения.

7.  Поясните причины
возникновения частотных искажений в громкоговорителях.

8.  Поясните сущность
акустического короткого замыкания АКЗ и методы борьбы с ним.

9.  Поясните
особенности работы громкоговорителя в закрытом ящике.

10. Поясните принцип работы
фазоинвертора.

11.  Каким образом можно расширить
диапазон частот громкоговорителя ?

12.  Поясните принцип работы
широкогорлого рупорного громкоговорителя.

13.  Поясните принцип работы
узкогорлого рупорного громкоговорителя.

14.  Поясните принцип работы
конденсаторного громкоговорителя.

15.  Поясните принцип работы
акустической системы.

                     6.1.Технические характеристики громкоговорителей

Прежде, чем
приступить к изучению громкоговорителей, необходимо ос­тановиться на
терминологии, используемой при их описании. Являясь самым распространенным
типом электроакустических преобразователей, громкогово­ритель характеризуется
большим числом параметров. Стандартами установ­ле­ны определения характеристик
и терминов, к ним относящихся, наиболее упо­требительные из которых приведены
ниже.

          Естественно, что
целесообразно начать с самого термина Громкогово­ритель–устройство
для 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.).

          Головка
громкоговорителя
–пассивный электроакустический преобразо­ватель,
предназначенный для преобразования сигналов звуковой частоты из электрической
формы в акустическую.

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

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

          Акустическая
система
–громкоговоритель, предназначенный для исполь­зования в качестве
компонента в бытовой радиоэлектронной аппаратуре (как правило, содержит
несколько разнотипных головок).

          Акустический(
рабочий) центр
–точка, лежащая на рабочей плоскости от которой
производится отсчет расстояния от громкоговорителя. Для сложных
громкоговорителей акустическая ось и акустический центр указываются в опи­сании
громкоговорителей. Рабочая (акустическая) ось–прямая, проходящая
через рабочий центр громкоговорителя и перпендикулярная рабочей плоскости.

          Для громкоговорителя,
как и для любого устройства, необ­ходимо иметь ряд объективных (измеряемых
приборами) показателей, позво­ляющих определить его качество или сравнить между
собой различные об­разцы.

          ГОСТ 16122-84
устанавливает несколько десятков электроакустических характеристик
громкоговорителей, рассмотреть которые в рамках учебного пособия не
представляется возможным. Здесь мы рассмотрим только те, без которых невозможно
произвести расчет систем озвучения и звукоусиления. Обращаем ваше внимание на
то, что экономя объем учебного пособия, мы тем не менее приведем несколько
параметров, которые фактически дублируют друг друга. Объясняется это тем, что
для оценки одних и тех же характеристик разные страны вводили свои параметры.
Это естественно нашло свое отражение в справочных данных на громкоговорители.
Поэтому стандарты в настоящее время уравняли в правах эти параметры, хотя они
могут быть получены путем простого пересчета.

            Многие годы основной
характеристикой громкоговорителя считалась его чувствительность (отдача)
–звуковое давление, развиваемое  в некоторой опре­деленной точке поля (обычно
на расстоянии 1 м на ее акустической оси) при подведении к его зажимам
напряжения 1 В. Определяемая таким образом чувствительность удобна для суждения
о поведении одного и того же громкоговорителя на раз­личных частотах или, иными
словами, для построения АЧХ чувствительности. Однако, если понятие чувствительности
удобно для оценки указанной нерав­номерности, то оно совершенно неприемлемо при
сравнении громкоговорите­лей.

vunivere.ru

Громкоговоритель — WiKi

Громкоговоритель — устройство для преобразования электрических сигналов в акустические (звук) и излучения их в окружающее пространство (обычно — воздушную среду). Состоит из одной или нескольких излучающих головок, которые собственно и являются источниками звука, а также акустического оформления, необходимого для более эффективного излучения звука в заданной полосе частот.

Функционально к громкоговорителям близки телефоны (наушники), однако, в отличие от громкоговорителей, они не предназначены для излучения звука в открытое пространство.

Классификация громкоговорителей

Виды громкоговорителей в зависимости от способа излучения звука

Функциональные виды громкоговорителей

  • Акустическая система — громкоговоритель, предназначенный для использования в качестве функционального звена в бытовой и профессиональной [1] радиоэлектронной аппаратуре, имеет высокие характеристики звуковоспроизведения.
  • Абонентский громкоговоритель — громкоговоритель, предназначенный для воспроизведения передач низкочастотного канала сети проводного вещания.
  • Концертный громкоговоритель — имеет большую громкость в сочетании с высоким качеством звукопередачи
  • Звуковая колонка (линейный массив) — акустическая система, состоящая из большого количества одинаковых громкоговорителей, расположенных вертикально[2][3].
  • Громкоговорители для систем оповещения и управления эвакуацией(СОУЭ) (громкоговорители этих систем похожи по назначению, могут отличаться громкостью и качеством звуковоспроизведения) — основное внимание уделяется разборчивости речи.
    • Настенный громкоговоритель
    • Потолочный громкоговоритель
    • Панельный громкоговоритель
  • Уличный громкоговоритель — имеет большую мощность, обычно, рупорное исполнение, в просторечии «колокол»
  • Специальные громкоговорители для работы в экстремальных условиях — противоударные, противовзрывные, подводные
  • Другие специальные виды громкоговорителей
  • Громкоговорители разного назначения
  • Акустическая система

  • Абонентский громкоговоритель

  • Уличные громкоговорители

Классификация по другим признакам

  • Однополосный громкоговоритель — громкоговоритель, головки которого работают в одном и том же диапазоне частот
  • Многополосный громкоговоритель — громкоговоритель, головки которого работают в двух или более разных диапазонах частот
  • Диффузорный громкоговоритель
  • Рупорный громкоговоритель — громкоговоритель, акустическим оформлением которого является жесткий рупор
  • Громкоговоритель непосредственного излучения

Рупорные громкоговорители

  Автомобильный компрессионный рупорный ВЧ-громкоговоритель Hertz ST 25
  Устройство рупорного громкоговорителя, применяющегося в мегафонах и уличных системах оповещения

Рупорные громкоговорители чаще всего применяется в случаях, когда требуется большая громкость,
но не требуется высокого качества звука — в таком случае достаточно просто создать рупорный громкоговоритель небольших габаритов, развивающий значительное звуковое давление при небольшой подводимой мощности (а значит — имеющий высокий КПД).

Рупорный громкоговоритель состоит из электродинамической головки прямого излучения и рупора. Чаще всего применяется в составе мегафонов для озвучивания массовых мероприятий на открытом воздухе (в парках, на улицах и площадях), как наружное устройство для массового оповещения на производственных объектах, для излучения сигналов тревоги; сеть таких громкоговорителей имеется в распоряжении подразделений ГО и ЧС. Использовались в прошлом в многополосной акустике, преимущественно в киноиндустрии, для воспроизведения средних и высоких частот, от 1000 до 20 000 Гц, но в дальнейшем от рупорных громкоговорителей здесь отказались, так как для рупорных громкоговорителей сложно добиться высокого качества звука при небольших габаритах. Для более низких частот такие громкоговорители неприменимы, так как требуется рупор слишком большого размера.

В настоящее время рупоры с компрессионными драйверами иногда применяются и в бытовой Hi-Fi индустрии (Klipsch, Cerwin-Vega!), в сфере профессионального аудио (JBL pro), а также довольно широко распространены в нише так называемого Hi-End Audio — эксклюзивной аудиоаппаратуры для бытового пользования (Avantgarde Acoustic, Acapella Audio Arts, Cessaro), где чаще всего применяются крупногабаритные сферические рупоры на высоко- и среднечастотных диапазонах, а на низкие частоты работает активный НЧ-блок на динамических головках (хотя есть примеры полностью рупорных систем во всем диапазоне слышимых частот). Подобные изделия эксклюзивны и отличаются чрезвычайно высокой стоимостью[4].

История громкоговорителя

Александр Грэм Белл запатентовал первую электродинамическую головку (капсюль) как одну из составных частей своего телефона, в 1876-1877г. В 1878 г. конструкция была усовершенствована Вернером фон Сименсом. Никола Тесла в 1881 г. также заявил об изобретении подобного устройства, но не патентовал его. В то же время Томас Эдисон получил британский патент на систему, использовавшую сжатый воздух в качестве механизма усиления звука в его ранних валиковых фонографах (см. сирена (акустика)), но в конечном итоге установил обычный металлический рупор, колебания воздуха в котором вызывались мембраной, связанной с иглой. В 1898 г. Х. Шорт запатентовал конструкцию громкоговорителя, управляемого сжатым воздухом, и затем продал права Чарльзу Парсонсу, получившему ранее 1910 г. еще несколько британских патентов.

Несколько компаний, включая Victor Talking Machine Company и Pathe, выпускали проигрыватели, использующие головки, управляемые сжатым воздухом. Однако подобные устройства (головки косвенного излучения) нашли лишь ограниченное применение ввиду плохого качества звука и неспособностью воспроизводить звуки низкой громкости. Разновидности подобных систем использовались в звукоусилительных установках (для больших площадей, стадионов и т. п.) и значительно реже в промышленности в испытательной технике вибростенды, например, для тестирования космического оборудования на устойчивость к низкочастотным вибрациям, производимым стартующей ракетой.

Современная конструкция головки с подвижной катушкой разработана в 1898 г. Оливером Лоджем. Принцип был запатентован в 1924 г. Честером У. Райсом и Эдвардом У. Келлогом.

Первые ГД с электромагнитами были очень больших размеров, а мощные постоянные магниты — труднодоступны ввиду значительной стоимости. Обмотка электромагнита, называемая полевой, намагничивается за счет тока, проходящего по другой обмотке головки (катушке подмагничивания). Такое включение имеет двоякую роль, ибо выполняет фильтрацию напряжения, питающего усилитель, к которому подключена данная акустическая система. Проходя по обмотке, фон переменного тока усиливается; однако, частоты переменного тока стремятся промодулировать аудиосигнал, поданный на звуковую катушку и складывающийся с слышимым шумом включенного устройства звуковоспроизведения.

Качество акустических звуковоспроизводящих систем до начала 1950-х годов было сравнительно низким. Продолжающееся до сих пор улучшение дизайна корпусов и материалов привело к существенному улучшению качества звуковоспроизведения. Наиболее значительными усовершенствованиями являются: усовершенствование рамы, открытие технологии высокотемпературной адгезии, улучшение технологии изготовления постоянных магнитов, усовершенствование измерительной техники, и наконец проектирование и анализ элементов при помощи компьютера.

Низкочастотный громкоговоритель

Проектирование низкочастотных громкоговорителей (НЧ ГГ), как и всей конструкции в целом, так и их отдельных элементов, исходит из специальных требований, основные из которых следующие:

  • низкочастотные ГГ, как правило, имеют более низкую чувствительность по сравнению со средне- и высокочастотными. В связи с этим для обеспечения необходимого звукового давления в области низких частот они должны выдерживать значительные мощностные нагрузки (до 200 Вт и более) при сохранении тепловой и механической прочности;
  • сравнительно низкая резонансная частота (16—30 Гц) этих ГГ, необходимая для обеспечения эффективного воспроизведения низкочастотных составляющих сигнала, требует высокой линейности упругих характеристик гибких элементов (подвеса и шайбы) при больших смещениях подвижной системы вплоть до ± 12—15 мм;
  • для обеспечения «неокрашенности» звучания НЧ ГГ должны иметь, помимо малых уровней гармонических искажений, как можно более «гладкую» амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) звукового давления, вплоть до верхней границы воспроизводимого ими диапазона частот (как правило, 1500—3000 Гц). Экспериментально показано, что для того, чтобы НЧ ГГ не вносил слышимой окраски в звучание акустической системы (АС) в верхней части воспроизводимого им диапазона, резонансные пики на его АЧХ должны быть не менее чем на 20 дБ ниже среднего уровня звукового давления, создаваемого АС в этой области частот.

Для удовлетворения таким требованиям при проектировании НЧ ГГ уделяется большое внимание конструктивной и технологической разработке всех элементов: подвеса, шайбы, диффузора, пылезащитного колпачка, звуковой катушки, гибких выводов звуковой
катушки, магнитной цепи и диффузородержателя.

Лингвистические аспекты

  • В разговорной речи громкоговорителями называют головки громкоговорителей, что не одно и то же, головку иначе можно назвать звукоизлучателем, но не громкоговорителем, хотя до 1980-х годов таких различий в терминологии не существовало.[источник не указан 324 дня]
  • Динамическую головку громкоговорителя (электроакустический преобразователь) называют также «динамик». В просторечии и жаргоне словом «динамик» нередко называют и громкоговоритель целиком. В компьютерных кругах используется также выражение спикер (распространяется на динамическую головку в системном блоке)
  • Для термина акустическая система существуют два устаревших синонима, которые тоже в прошлом были стандартизованы в качестве терминов — акустический агрегат и звуковая колонка.
  • По крайней мере до первой половины 30-х годов наряду с термином «громкоговоритель» употреблялось и слово «говоритель».[5]

См. также

Примечания

Литература

  • Павловская В. И., Качерович А. Н., Лукьянов А. П. Акустика и электроакустическая аппаратура. 2-е изд. — М.: Искусство, 1986
  • Акустика. Справочник. Под ред. М. А. Сапожкова. — М.: Радио и связь, 1989.
  • Корольков В. Г., Сапожков М. А. Справочник по акустике. Под общ. ред. М. А. Сапожкова. — М.: Радио и связь, 1979.
  • Алдошина И. А. Электродинамические громкоговорители. — М.: Радио и связь, 1989.
  • Алдошина И. А., Войшвилло А. Г. Высококачественные акустические системы и излучатели. — М.: Радио и связь, 1985.
  • Иофе В. К., Лизунков М. В. Бытовые акустические системы. — М.: Радио и связь, 1984.
  • Виноградова Э. Л. Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками. — М.: Энергия, 1978.
  • Эфрусси М. М. Громкоговорители и их применение. — М.: Энергия, 1971.
Нормативно-техническая документация
  • ГОСТ 16122-87. Громкоговорители. Методы измерения электроакустических параметров.
  • ГОСТ 12089-66. Громкоговорители рупорные общего назначения. Общие технические условия.
  • ГОСТ 5961-89. Громкоговорители абонентские. Общие технические условия.
  • ГОСТ 23262-88. Системы акустические бытовые. Общие технические условия.
  • ГОСТ 27418-87. Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Термины и определения.
  • ГОСТ 9010-84. Головки громкоговорителей динамические прямого излучения. Общие технические условия.
  • ОСТ 4.383.001-85. Головки громкоговорителей динамические. Общие технические условия.

Ссылки

ru-wiki.org

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о