|
|
ясно. Сведения о громкоговорителях. Акустические системы, громкоговорители, стереотелефоны Термины и определения. Классификация
Классификация громкоговорителей (или «головок громкоговорителей») может быть произведена по различным признакам: по принципу действия; способу излучения; полосе передаваемых частот; форме диафрагмы; области применения и т.д.
Рис.6.1-внешний вид АС.
По принципу действия(т.е. способу преобразования электрической энергии в акустическую.)громкоговорители могут быть подразделены на электродинамические, электростатические, пьезокерамические (пъезопленочные), плазменные и др.
Наибольшее промышленное применение имеют электродинамические громкоговорители, определяемые как «преобразователи, действие которых основано на движении в постоянном магнитном поле проводника или катушки, питаемых переменным током»[1].
Электродинамические громкоговорители могут быть реализованы в нескольких вариантах: катушечные, ленточные и изодинамические.
Рис.6.2-Основные элементы конструкции
Катушечные громкоговорителииспользуют цилиндрическую катушку с намотанным проводником, помещенную в магнитное поле, при движении которой приводится в колебания жестко скрепленная с ней диафрагма. Основы устройства электродинамического катушечного громкоговорителя показаны на рис.6.2. Громкоговоритель состоит из трех частей: подвижной системы, магнитной цепи и диффузородержателя. Подвижная система включает в себя подвес 2, диафрагму (коническую или купольную) 3, центрирующую шайбу 4, пылезащитный колпачок 5, звуковую катушку 6, гибкие выводы 7. Звуковая катушка представляет собой цилиндрический каркас с намотанным в несколько слоев (обычно в два слоя ) изолированным проводником. При пропускании переменного тока по звуковой катушке, помещенной в радиальный зазор магнитной цепи , на нее будет действовать механическая сила F=BLI, где В - индукция в рабочем зазоре, L - длина проводника, I - сила тока. Под действием этой силы возникают осевые колебания катушки и скрепленной с ней диафрагмы. Центрирующая шайба представляет собой гофрированную мембрану, которая обеспечивает центровку звуковой катушки в зазоре, препятствует ее крутильным колебаниям, но позволяет ей совершать осевые колебания, поэтому центрирующая шайба должна обладать большой гибкостью в осевом направлении и малой в радиальном и кольцевом. Подвес — кольцевая, обычно гофрированная оболочка, позволяющая диафрагме совершать осевые колебания ,и предохраняющая ее от крутильных колебаний, т.е. она также должна обладать большой гибкостью в осевом направлении и малой в кольцевом и радиальном. Диафрагма представляет собой упругую оболочку ,форма которой может быть конической, сферической, плоской и др. Под действием механической силы со стороны звуковой катушки диафрагма совершает колебания, которые создают звуковые волны в окружающей среде. Пылезащитный колпачок- купольная или плоская пластинка, предохраняющая зазор магнитной цепи от попадания пыли, и одновременно являющаяся ребром жесткости для диафрагмы. Гибкие выводы - проводники, соединяющие выводы звуковой катушки с присоединительными клеммами громкоговорителя. Магнитная цепь выполняется обычно в трех вариантах (рис.6. 3) - кольцевая с ферритовыми магнитами (а), керновая с литыми магнитами (б) и кольцевая с литыми магнитами (в). Элементами магнитной цепи являются: магнит в виде кольца или керна, верхний-2- и нижний-3- фланцы, стакан или скоба –4-, керн –5-, полюсный наконечник –6-. Постоянный магнит создает постоянный магнитный поток, замкнутые силовые линии которого пересекают цилиндрический воздушный зазор между верхним фланцем и керном в радиальном направлении. Диффузородержатель (8) служит для объединения магнитной цепи и подвижной системы и обеспечивает возможность закрепления громкоговорителя в корпусе АС, с которым он предназначен работать. Каждый из элементов подвижной системы и магнитной цепи оказывает свое влияние на выходные характеристики громкоговорителя и его качество звучания .
 
Рис.6.4-а-принцип устройства ленточного громкоговорителя и
б-излучателя Хейла.
- Ленточные громкоговорители, используют тонкую металлическую ленточку, которая помещается в магнитное поле между полюсами магнита и служит одновременно и проводником тока и колеблющимся излучающим элементом (рис. 6.4).
Изодинамические громкоговорители (ортодинамические, излучатели Хейла) применяют в качестве излучающего элемента тонкую мембрану из диэлектрической пленки, на которую методом травления или напыления наносится проводник в виде прямоугольной или крутой спирали (рис.6.5). Разновидностью изодинамического громкоговорителя является излучатель Хейла, отличающийся тем, что в качестве излучающего элемента используется гофрированная мембрана из диэлектрической пленки с проводником специальной формы. Нанесение гофрировки увеличивает КПД громкоговорителя.
Наибольшее распространение среди громкоговорителей не электродинамического типа получили электростатические громкоговорители.
Электростатические громкоговорители используют излучающий элемент в виде тонкой металлизированной пленки толщиной порядка б... 10 мкм, помещенной между перфорированными электродами (т.е. это конденсатор переменной емкости, где одной из обкладок служит тонкая металлизированная подвижная мембрана). Между мембраной и электродами приложено высокое поляризующее напряжение порядка 6...10 кВ. Переменное звуковое напряжение, под действием которого мембрана колеблется и излучает звук, подводится к неподвижным электродам. Громкоговорители такого типа выпускаются целым рядом фирм Quad, ESS и др., они обеспечивают чистоту и прозрачность звучания за счет малых уровней переходных искажений и достаточно широко применяются в аппаратуре HI-FI и студийных агрегатах.(рис.6. 6).
Рис.6.5-принцип устройства изодинамического громкоговорителя
Рис.6.6-принцип устройства электростатического громкоговорителя
Рис.6.7-Принцип устройства пъезопленочного громкоговорителя.
Пьезокерамические (пьезопленочные) громкоговорители используются в основном в качестве высокочастотного звена в акустических системах. В качестве возбуждающего элемента в них применяется биморфный элемент, полученный путем соединения двух пластин из пьезокерамики (цирконата титана, титаната бария и др.). Биморфный элемент закрепляется с двух сторон, при подведении электрического сигнала в нем происходят изгибные деформации, которые передаются соединенной с ним диафрагме. Разновидностью такого типа громкоговорителей являются пъезопленочные излучатели, в них используются высокополимерные пленки, которым с помощью специально отработанной технологии придаются пьезоэлектрические свойства (при их поляризации в сильном магнитном поле). Если такой пленке придать форму купола или цилиндра, то под действием приложенного к ней переменного напряжения она начинает вибрировать и излучать звук рис.6.7 (для таких громкоговорителей не требуется применение магнитной цепи).
Кроме этих известны разработки и других типов громкоговорителей (плазменных , пневматических, цифровых и др.),но они используется в очень ограниченных объемах.
=По способу излучения акустической энергии: громкоговоритель, у которого диафрагма излучает звук непосредственно в окружающую среду, называется громкоговорителем прямого излучения. Если диафрагма излучает звук через рупор и предрупорную камеру, то это узкогорлый рупорный громкоговоритель. Если используется только рупор, то это широкогорлый рупорный громкоговоритель.
=По полосе передаваемых частот: способ конструирования и технология производства громкоговорителей существенно различаются в зависимости от того, в какой полосе частот они должны работать. По этому признаку громкоговорители разделяются на широкополосные; низкочастотные (воспроизводимый диапазон примерно 20-40Гц…500-1000 Гц);среднечастотные (диапазон 0,3-0,5 кГц...5-8 кГц); высокочастотные (1-2 кГц...16-30 кГц) и др.
=По форме диафрагмы:в качестве диафрагмы у громкоговорителей могут использоваться оболочки различной формы- конус (прямолинейный или криволинейный), купол (выпуклый или вогнутый), плоский диск или кольцевой сегмент. В зависимости от этого громкоговорители разделяются на конусные, купольные и т. д.
=По области применения: в зависимости от области применения параметры громкоговорителей и их конструкция значительно различаются (например, громкоговорители для телевизоров, приемников, студийной, концертно-театральной аппаратуры и т.д.).
Таким образом, примерами полного наименования громкоговорителей могут служить следующие:75ГДН-01 - электродинамический катушечный конусный низкочастотный громкоговоритель с паспортной мощностью 75 Вт для АС категории HI-FI ;6ГДВ-2 - громкоговоритель электродинамический купольный высокочастотный с паспортной мощностью б Вт для АС категории HI-FI ;ЗГДШ-1 - электродинамический катушечный конусный широкополосный с мощностью 3 Вт для телевизоров;10ГИВ-1-громкоговоритель изодинамический высокочастотный с паспортной мощностью 10 Вт для АС категории HI-FI.****
6.2.2. Электродинамические громкоговорители. Конструкция и назначение основных элементов.
Подавляющее большинство современных высококачественных АС применяют в качестве излучателей электродинамические громкоговорители, которые представляют собой электро-механо-акустические преобразователи, использующие постоянный магнит, звуковую катушку и механическую подвижную систему для излучения звука в окружающую среду [2].Элементы конструкции диффузорного электродинамического громкоговорителя, показанные на рис.6.2, в зависимости от воспроизводимой полосы частот в многополосных АС отличаются определенными конструктивными особенностями.
Низкочастотные громкоговорители: проектирование низкочастотных громкоговорителей (НЧ ГГ), как всей конструкции в целом, так и их отдельных элементов, должно исходить из специальных требований, основные из которых следующие:
- низкочастотные ГГ, как правило, имеют более низкую чувствительность по сравнению со средне- и высокочастотными ГТ - 86...91 дБ/Вт/м. 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 ГТ, 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», (т.е. без ярко выраженных резонансов), амплитудно-частотную характеристику 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 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 акустической системой в этой области частот.
Для удовлетворения таким требованиям при проектировании НЧ ГГ уделяется большое внимание конструктивной и технологической разработке всех его элементов: подвеса, шайбы, диффузора, пылезащитного колпачка, звуковой катушки, гибких выводов звуковой катушки, магнитной цепи и диффузородержателя.
Типичная конструкция современного низкочастотного ГГ для высококачественных АС представлена на рис. 6.6.
Остановимся более подробно на основных конструктивных особенностях указанных выше элементов НЧ ГГ[ 2]-[3]:
- подвес (Surround). гофрированный гибкий подвес (иногда встречаются названия - краевой гофр, «воротник» ) должен обеспечивать сравнительно низкую резонансную частоту (т.е. иметь высокую гибкость); плоскопараллельный характер движения (т.е. отсутствие крутильных и других видов колебаний) подвижной системы в обе стороны от положения равновесия и эффективное поглощение энергии резонансных колебаний подвижной системы. Кроме того, подвес должен сохранять свою форму и свойства во времени и под воздействием климатических факторов внешней среды (температуры, влажности и др.). С точки зрения конфигурации (формы профиля), значительно влияющей на все указанные свойства, наибольшее распространение имеют полутороидальные (рис.6.9),sin-образные, S-образные подвесы и др. В качестве материалов для подвесов НЧ ГГ применяют натуральные резины, пенополиуретаны ,прорезиненные ткани, натуральные и синтетические ткани со специальными демпфирующими покрытиями. Эти конфигурации и материалы позволяют получить удовлетворительную линейность упругих характеристик и требуемое, в зависимости от вида низкочастотного акустического оформления, значение гибкости подвеса.
Рис.6.8-Общий вид электродинамических низкочастотных громкоговорителей
Рис.6.9-Гофрированные подвесы
-диафрагма (Diaphragm)-основной излучающий элемент громкоговорителя, который должен обеспечивать поршневой характер колебаний в возможно более широком диапазоне частот и эффективное демпфирование резонансов на тех частотах, где они появились, что достигается выбором соответствующей конфигурации диафрагмы (диффузора) и материала, из которого она изготовлена.
Диафрагмы НЧ ГТ, с целью повышения конструктивной жесткости, часто изготавливаются в виде криволинейных конусов с образующей меняющейся, например, по гиперболическому закону или в виде дуг окружностей одной или нескольких, плавно переходящих одна в другую. Иногда для уменьшения амплитуд резонансных колебаний диафрагмы используют радиальные и окружные ребра жесткости на ее поверхности или краевое ребро по наружному краю[2].
В настоящее время диафрагмы низкочастотных ГГ изготавливаются из различных, довольно сложных композиций на основе натуральной длинноволокнистой целлюлозы с различными добавками, повышающими ее прочность, жесткость и демпфирующие свойства, например, волокнами шерсти, льна, углестекловолокнами, графитовыми чешуйками, металлическими волокнами, влагозащитными и демпфирующими пропитками. О степени сложности таких композиций можно судить по тому, что в них используется до 10-15 составляющих. Однако, наряду с композициями из натуральных целлюлоз, для диафрагм НЧ ГГ многими фирмами применялись и применяются различные композиционные материалы: многослойные сотовые материалы, вспененные металлы и т. д. В настоящее время для диафрагм НЧ ГГ все шире применяются синтетические пленочные композиции на основе полиолефинов (полипропилена и полиэтилена) (например,фирмы JAMO,KEF, Cabasse, Tannoy и т. д.) и композиционные материалы на основе высокомодульной ткани «кевлар» (В&W, Audix и т.д.) Применение таких диафрагм позволяет обеспечить в лучших моделях НЧ ГГ гладкие АЧХ до 1500...2500 Гц, что почти на две октавы выше частот раздела, часто используемых в трехполосных АС (400...600 Гц). Это дает возможность существенно снизить влияние НЧ ГГ на искажения в АС, возникающие в области средних частот.
- пылезащитный колпачок (Dust Сир)-сферическая оболочка, которая выполняя функцию защиты рабочего зазора магнитной цепи от попадания пыли, является также окружным ребром жесткости. Кроме того, колпачок является излучающим элементом, вносящим свой вклад в формирование АЧХ в области средних частот. Колпачки, для обеспечения конструктивной жесткости, изготавливаются, как правило, куполообразной формы с различными радиусами кривизны. В качестве материала используют композиции целлюлозы, синтетические пленки, ткани с пропитками. В мощных НЧ ГГ иногда используются колпачки из металлической (алюминиевой) фольги, что позволяет использовать их и как дополнительный элемент отвода тепла от звуковой катушки.
-центрирующая шайба (Spider)-гофрированная оболочка, требования к конструкции и материалам которой также чрезвычайно высоки. Она должны обеспечивать стабильность резонансной частоты НЧ ГТ в условиях больших динамических и температурных нагрузок; линейность упругих характеристик при больших смещениях подвижной системы; предотвращать смещения звуковой катушки в радиальном направлении и «провисание» подвижной системы и т.д. Обычно в НЧ ГТ используются центрирующие шайбы с синусоидальной гофрировкой (число гофр варьируется от5...7до9...11) плоские или «мостиковые» (рис.6. 10). Однако, в некоторых моделях встречаются шайбы более сложных конфигураций, (например, тангенциальные),обеспечивающие, по мнению применяющих их фирм, большую линейность упругих характеристик, стабильность формы и т. п.В качестве материалов для шайб применяют натуральные ткани (типа миткаля, бязи и т.п.), пропитанные бакелитовым лаком, синтетические ткани на основе полиамидов, полиэстера, нейлона и др. В некоторых НЧ ГТ применяются шайбы, в материал которых вплетаются металлические (алюминиевые, медные) нити, обеспечивающие повышенный теплоотвод от теплопроводящего каркаса звуковой катушки к массивному металлическому диффузородержателю.
Рис.6.10-центрирующие шайбы и звуковые катушки
Звуковые катушки (VoiceCoil): конструкции звуковых катушек НЧ ГГ разрабатываются с учетом необходимости рассеивания значительного количества тепла, выделяющегося в них при работе ГГ от мощных усилителей (100...200 Вт и более).Расчеты и опыт разработок позволили установить количественную связь между диаметром катушки и рассеиваемой ею тепловой энергией. Так, например, звуковые катушки диаметром 25 мм способны (без применения особо термостойких и теплоотводящих материалов) выдерживать долговременную электрическую мощность до 25 Вт, а диаметром 50 мм до 100 Вт. С целью увеличения тепловой прочности звуковых катушек НЧ ГГ применяются как теплостойкие материалы (клеи, изоляция проводов, каркасы), так и различные конструктивные меры для более эффективного отвода выделяющегося тепла в окружающую среду. К ним относятся вентиляционные отверстия в каркасах катушек и магнитных цепях, улучшающие циркуляцию воздуха в зоне расположения звуковой катушки, тепловые трубки, теплопроводящие каркасы и, даже, полупроводниковые холодильники.
Здесь следует отметить, что применение металлических теплопроводящих каркасов в НЧ ГГ с низкой резонансной частотой не всегда желательно, так как при колебаниях звуковой катушки в сильных постоянных магнитных полях, в каркасах могут возникнуть вихревые токи, вызывающие дополнительное электромеханическое демпфирование, субъективно воспринимаемое как «глухость» звучания или недостаток низких частот. Кроме того, при применении диффузоров из полимерных пленок, такой каркас обеспечивает подведение к месту своей приклейки к диффузору значительного количества тепла, которое может деформировать сам диффузор. Для предотвращения последнего применяются составные конструкции: нетеплопроводящая часть каркаса (кабельная бумага, синтетическая бумага - например, номекс) примыкает к шейке диффузора, а намотка проводом осуществляется на теплопроводящую часть. Для избежания возникновения вихревых токов, некоторыми фирмами проводятся разработки специальных материалов, (например, на основе керамики), обладающих высокими теплопроводящими и низкими электропроводящими свойствами.
Для снижения нелинейных гармонических искажений, возникающих в НЧ ГГ, в частности, за счет. нелинейности и несимметричности магнитного поля в магнитной цепи, часто применяются звуковые катушки с высотой намотки в 2...2,5 раза превышающей высоту рабочего зазора магнитной цепи (толщину верхнего фланца цепи). Число применяемых слоев намотки звуковой катушки обычно равно двум, хотя встречаются катушки с одним и четырьмя слоями. Применение большого числа слоев приводит к возрастанию массы и индуктивности звуковой катушки, что снижает уровень звукового давления. В некоторых конструкциях двухслойная намотка делается с наружной и внутренней стороны каркаса (каркас находится между слоями), что, при его повышенной теплопроводности, значительно улучшает теплоотвод от звуковой катушки.В современных НЧ ГТ применяют различные по форме сечения провода для намотки звуковых катушек: традиционные круглые, квадратные и плоские. Последние две формы обеспечивают более высокую плотность заполнения рабочего зазора проводом, что повышает эффективность НЧ ГГ .
-магнитные цепи (Magnet) обычно состоят из магнита, керна и нижнего фланца , верхнего фланца (рис. 3).Для магнитных цепей высококачественных НЧ ГТ характерно применение различных конструктивных мер для снижения нелинейных гармонических искажений, возникающих в них за счет несимметричности и неоднородности магнитного поля в рабочем зазоре: керны Т-образной формы (симметризируют магнитное поле выше и ниже зазора); фланцы и «керны с многослойными вставками, уменьшающими влияние переменного
магнитного поля от звуковой катушки на постоянное магнитное поле цепи;
различные типы «короткозамкнутых витков»: колпачки или кольца на керне и на внутренней поверхности верхнего фланца; специальные профили рабочего зазора, уменьшающие неоднородность магнитного поля и т. д.Кроме того, для снижения гармонических искажений за счет сжатий подколпачкового объема при больших смещениях подвижной системы, используют керны с так называемыми «вентиляционными отверстиями». Ранее эти отверстия делались в центре керна (большая часть воздуха выходила из под колпачка, минуя рабочий зазор). Теперь, появились модели НЧ ГГ, в которых отверстия стали использоваться для направления значительных воздушных потоков, возникающих внутри магнитной цепи, непосредственно через рабочий зазор - вокруг звуковой катушки, что значительно снижает температуру ее нагрева.
В качестве магнитных материалов в НЧ ГГ, помимо традиционных -феррит-бария (в виде колец различных толщины и диаметров) или более дорогих кобальтосодержащих сплавов, в современных моделях применяется новый высокоэффективный магнитотвердый материал на основе сплава неодим-железо-бор Ма-Ре-В (отечественное название таких сплавов неомакс), который начал использоваться в конце 80-х - начале 90-х годов.Эти сплавы обладают магнитной энергией, превышающей магнитную энергию как феррит-бария, так и кобальт-стронций содержащих материалов. Магнитная энергия феррит-бариевых магнитов доходит до 2,5...3,2 МГсЭ, феррит-стронциевых - З...3,5 МГсЭ, самарий-кобальтовых 27...31 МГсЭ, а Nd-Fe-B- 30...35 МГсЭ. Это позволяет конструировать магнитные цепи, обеспечивающие требуемую магнитную индукцию в зазоре при значительно меньших габаритах и весе самого магнита. При этом, правда, для обеспечения необходимой величины смещений подвижной системы с целью предотвращения соприкосновений нижнего края звуковой катушки с нижним фланцем ,последний имеет не плоскую, а более сложную форму - углубление в зоне расположения керна.
Все большее количество АС, выпускаемых для применения совместно с телевидеоаппаратурой (например, АС для систем «домашний кинотеатр»), требует применения НЧ ГГ с надежным экранированием магнитных полей рассеивания. Эти меры должны быть особенно эффективными для НЧ ГГ, применяемых в АС центрального и фронтальных каналов таких систем, а также для низкочастотных блоков(Subwoofer), располагаемых вблизи телевизионных приемников. Основными способами снижения магнитных полей рассеивания для НЧ ГТ являются те же, что и для ГГ, применяющихся в телевизионных приемниках, а именно: или вся магнитная цепь помещается в экранирующий стакан из металла, или позади основного магнита дополнительно устанавливается второй магнит, имеющий противоположную намагниченность, что фокусирует поля рассеивания в рабочий зазор магнитной цепи.
В целом узел «магнитная цепь - звуковая катушка» проектируется таким образом, чтобы обеспечить максимальное значение КПД громкоговорителя, т.е. максимальное значение коэффициента электромеханической связи BL, (В - магнитная индукция в зазоре, L - длина провода катушки), и снижение уровня его нелинейных искажений.
- диффузородержатель (Basket): служит для поддержания и соединения элементов подвижной системы и магнитной цепи, а также для закрепления громкоговорителя в корпусе. Его конструкция должна обеспечивать не только устойчивость ГГ к механическим воздействиям (ударам, тряске), не допуская смещения массивной магнитной цепи от оси симметрии НЧ ГГ, но и, по возможности, устранять резонансы самого держателя, которые могут иметь место в области рабочих частот НЧ ГГ (200...600 Гц).Как правило, диффузородержатели изготавливают из алюминиевых сплавов литьем под давлением, при этом, для снижения массы их делают сравнительно тонкими, но с ребрами жесткости. Для НЧ ГГ небольшой мощности и с небольшими магнитными цепями диффузородержатели могут изготавливаться из стального листа толщиной 0,6...1,5 мм методом штамповки. Кроме этого, конструкция диффузородержателя определяется необходимостью обеспечить достаточный размер «окон» между ребрами (с целью предотвращения появления «воздушной подушки» за диффузором) и эстетическими соображениями.
гибкие выводы : обеспечивают подведение электрических сигналов от клемм (Terminals), закрепленных, как правило, через изолирующие прокладки прямо на диффузородержателе или на специальной планке, к звуковой катушке. Эти элементы ГГ, помимо воздействий больших электрических токов, непрерывно испытывают значительные знакопеременные механические нагрузки. При этом, их гибкость должна быть выше гибкости подвеса и центрирующей шайбы, чтобы не влиять на резонанс ГГ. Кроме того, гибкие выводы могут являться источником призвуков в НЧ ГГ. Поэтому выбору материалов для них и конструкции крепления к клеммам и диффузору уделяется довольно серьезное внимание. В качестве материалов .применяются многожильные провода из тонких медных или серебряных нитей, в которые вплетаются хлопчатобумажные или синтетические нити - основы. Типы плетений нитей в этих проводах могут быть самыми разнообразными. Способы крепления гибких выводов к диффузору применяют также различные: от пришивки нитками до подпайки к металлическим заклепкам на диффузоре; места соприкосновения с диффузором заливают различными вибродемпфирующими материалами, например, натуральными латексами. Места пайки гибких выводов к клеммам, во избежание обламывания, стараются защитить от возникновения колебаний выводов вблизи этих паек с помощью амортизаторов различных конструкций.
В целом конструкция подвижной системы низкочастотного громкоговорителя(так же как средне и высокочастотного)представляет собой сложную распределенную колебательную систему, на поверхности которой формируется сложная система различных форм ( мод) колебаний. При взаимодействии такой системы с воздушной средой формируется структура излучаемого звукового поля .Для расчета колебательных процессов в подвижной системе и структуры излучаемого ею звукового поля, а также анализа линейных и нелинейных искажений, возникающих в процессе динамического взаимодействия подвижной и магнитной систем, используются численные компьютерные методы [2], в настоящее время имеются специальные пакеты программ, например программа FINEConeTM1.5(www.loudsoft.com).
В области низких частот ,где длина звуковой волны больше размеров диафрагмы, можно с определенной степенью точности пользоваться приближенными методами электромеханических аналогий [3] ,[4]. Для расчета амплитудно-частотных характеристик низкочастотных громкоговорителей в различных видах корпусов(низкочастотных оформлений) в настоящее время используется ,как правило, приближенная теория Смола-Тиля ,примеры расчета с помощью которой будут даны в разделе 6.2.5.
Среднечастотные громкоговорители: представляют наибольшие трудности для разработки и производства особенно для высококачественных бытовых систем и контрольных агрегатов. Это обусловлено во-первых тем, что в таких системах СЧ ГГ используются в диапазоне частот от 200—800 Гц до 5...8 кГц, где чувствительность слуха ко всем видам искажений максимальна (субъективные дифференциальные пороги восприятия практически всех видов искажений достигают минимума в области 1...3 кГц). Во-вторых, именно на эту область частот приходится максимум спектральной плотности мощности почти всех видов музыкальных программ. Поэтому при проектировании СЧ ГГ необходима чрезвычайная тщательность отработки всех элементов конструкции с целью снижения линейных и нелинейных искажений до пороговых уровней,а также для повышения тепловой и механической устойчивости и т. д.Основные принципы конструирования отдельных элементов и узлов СЧ ГГ аналогичны тем, которые применяются в НЧ ГГ, однако при этом, существует и своя специфика. Так, например, излучающий элемент - диафрагму, в СЧ ГГ изготавливают как в виде криволинейных конусов, так и в виде куполов.
Конусные диафрагмы используются, как правило, в СЧ ГГ, воспроизводящих частоты с 200...400 Гц (их иногда называют Middle-Bass). Диаметры таких ГТ составляют 125...200 мм, а верхние воспроизводимые частоты доходят до 3—5 кГц. Однако, их стараются использовать в более узкой полосе, так как из-за сравнительно больших размеров диафрагм, они имеют узкую направленность. СЧ ГГ диаметрами 160...200 мм находят все большее применение в АС, работающих совместно с НЧ блоками(subwoofer) (раздел 6.2.3), воспроизводящими частоты не выше 150...250 Гц. В качестве материала для таких диафрагм чаще всего применяют специально разработанные композиции на основе растительных целлюлоз, синтетических пленочных материалов, а также на основе полипропилена или высокомодульного кевлара.
Купольные диафрагмы имеют, как правило, диаметры 40...80 мм, обеспечивают лучшие направленные свойства и применяются обычно в ГГ для воспроизведения диапазонов частот с 600...1000 Гц до 6...8 кГц. Конфигурация купольной диафрагмы жестко связана с применяемым для нее материалом. Как правило, они изготавливаются либо из «мягких» (пропитанные ткани, синтетические пленки, целлюлоза и т. п.), либо из «жестких» материалов (алюминиевая, титановая, бериллиевая фольга, различные их высокомодульные сплавы, например, с бором, и т. п.).
Если применяется «мягкий» материал, то высота подъема купола выбирается большей, чем для металлических «жестких», однако она не должна превышать высоту полусферы такого же диаметра, так как это приводит к сужению воспроизводимого диапазона частот. У «мягких» диафрагм собственные окружные и радиальные резонансы попадают, как правило, в область воспроизводимых частот. Для уменьшения их применяются различные меры по увеличению конструктивной жесткости: различные ребра жесткости по поверхности, использование составных диафрагм из куполов различной кривизны и жесткости материала и т.п., а также увеличение демпфирования за счет нанесения на поверхность различных пропиток и смазок; при этом чрезмерное нанесение таких покрытий может привести к гистерезисным явлениям при колебании диафрагмы, что, в свою очередь, вызывает субъективное ощущение потери «полетности» звучания.
У СЧ ГГ с мягкими диафрагмами подвесы обычно изготавливаются у (прессуются или отливаются из целлюлозы) вместе с диафрагмой и имеют, в основном, тороидальную, синусоидальную или тангенциальную форму профиля. В АС средней мощности используют купольные СЧ ГГ с одним подвесом, без центрирующей шайбы. В АС большой мощности и низкой частотой раздела между НЧ и СЧ, применяют СЧ ГГ с двумя гибкими элементами, как в НЧ ГГ, т.е. подвесом и шайбой, так как при закреплении на одном подвесе при больших смещениях возможны интенсивные поперечные и крутильные колебания подвижной системы, что существенно увеличивает нелинейные искажения. В некоторых конструкциях СЧ ГТ под диафрагмой размещают звукопоглощающий материал, демпфирующий резонансы объема воздуха.
СЧ ГТ с мягкими диафрагмами имеют, как правило, меньшую чувствительность, чем СЧ ГТ с жесткими диафрагмами за счет более тяжелых (из-за применения различных пропиток и намазок) диафрагм. В связи с этим, их стараются делать несколько более мощными, применяя звуковые катушки больших диаметров (50...80 мм), заполняют зазоры магнитных цепей магнитной жидкостью, обеспечивающей более интенсивное отведение тепла от звуковой катушки к неподвижным деталям магнитной цепи.
Для снижения нелинейных искажений СЧ ГТ, вызванных взаимодействием переменного магнитного поля звуковой катушки с постоянным магнитным полем, также применяются описанные выше меры (короткозамкнугые медные витки и т.д.) Уменьшение влияния неравномерности и неоднородности магнитного поля в зазоре магнитной цепи во всех (с мягкими или жесткими диафрагмами) СЧ ГТ достигается применением звуковых катушек, имеющих геометрическую высоту намотки несколько меньшую высоты зазора (толщины верхнего фланца), что позволяет звуковой катушке (учитывая сравнительно небольшую амплитуду ее смещений) находиться в процессе работы в наиболее равномерном и однородном постоянном магнитном поле внутри зазора. Этому способствует применение для намотки плоских проводов (медных и, все чаще, алюминиевых). Для каркасов звуковых катушек применяются как теплопроводные (например, алюминиевая фольга), так и теплостойкие (например, полиимидные плёнки, номекс и др)виды материалов.
Рис.6.11 - основные элементы конструкции купольного среднечастотного громкоговорителя
В качестве магнитного материала все чаще используются высокоэффективные сплавы неодим-железо-бор. Для СЧ ГТ, устанавливаемых в АС для систем «домашнего кинотеатра», также как для НЧ ГГ, применяют экранированные магнитные цепи.
Необходимо отметить, что СЧ ГГ с мягкими диафрагмами, особенно при малых уровнях входного сигнала, обеспечивают неокрашенное, естественное по тембру звучание. Однако, при больших уровнях в них может возникнуть потеря динамической устойчивости и, соответственно, слышимые искажения.В СЧ ГГ с жесткими купольными диафрагмами обеспечивается расширенный воспроизводимый диапазон частот до 10...12 кГц при практически поршневом характере колебаний, что дает возможность получать малые уровни переходных искажений и чистое, «звонкое» звучание. У таких СЧ ГГ подвесы часто изготавливаются отдельной деталью из других, «мягких» материалов (ткани с пропитками, поливинилхлориды, полиуретаны и т.п.), чтобы обеспечить хорошее воспроизведение спектральных составляющих полезного сигнала в области частот 400...800 Гц.Типичная конструкция современных конусного и купольного СЧ ГТ для высококачественных АС представлена на рис. 6.11, а, б.
Для расчета колебательных процессов в среднечастотных громкоговорителях могут использоваться только численные методы ,такие как МКЭ(метод конечных элементов)или МГЭ(метод граничных элементов) соответствующие программы для этого хорошо разработаны[2], например, вышеуказанная программа FINEConeTM1.5(www.loudsoft.com).Методами электромеханических аналогий в области средних частот пользоваться нельзя, т.к. длина звуковой волны становиться соизмеримой с размерами громкоговорителя и его уже нельзя заменять на систему с сосредоточенными параметрами.
Высокочастотные громкоговорители: требования к ним за последние годы резко возросли в связи с увеличением спектральной плотности мощности в высокочастотной части спектра в современной электронной музыке, расширением частотного и динамического диапазона программ, воспроизводимых цифровой звуковоспроизводящей аппаратурой и др. Все это требует решения целого ряда конструктивных и технологических задач при проектировании ВЧ ГТ.
В современных АС высокочастотные ГГ используются, как правило, в диапазоне частот от 2-5кГц до 30...40 кГц. Обеспечить равноценное качественное воспроизведение звука в таком широком диапазоне с помощью одного ГГ чрезвычайно трудно. Поэтому большая часть выпускаемых в настоящее время ВЧ ГГ применяются в диапазоне от 2...5 до 16...18 кГц, а в некоторых АС устанавливаются дополнительные малогабаритные ВЧ ГТ (воспроизводящие частоты, от 6...10 до 30...40 кГц).Типичные конструкции современных ВЧ ГТ для высококачественных АС представлены на рис. 6.12, а, б. Обычно в ВЧ ГТ используются купольные диафрагмы (диаметром 15.. .40 мм), так как в этой области частот у конусных диафрагм не удается избежать радиальных резонансных колебаний, значительно ухудшающих как объективные характеристики, так и звучание ГГ. Электрические мощности таких громкоговорителей достигают 6...15 Вт (без фильтрующе-корректирующих цепей) и 20-50 Вт в составе АС, чувствительность - не менее 90...93 дБ/Вт.
Диафрагмы высокочастотных громкоговорителей, также как у СЧ ГГ, изготавливаются из тех же «мягких» или «жестких» материалов, соответственно горячим прессованием ,штамповкой и электронно-вакуумным напылением. Для повышения теплоотвода от звуковой катушки в некоторых конструкциях купол и каркас изготавливаются как единая деталь из одного материала (например, титановой фольги). Наряду с купольными диафрагмами в ряде моделей ВЧ ГТ применяются плоские или У-образные кольцевые диафрагмы. Подвесы у ВЧ ГТ изготавливаются, как правило, из того же материала, что и диафрагма (хотя встречаются и комбинированные, как и у СЧ ГГ, конструкции), плоской или синусоидальной формы. В некоторых моделях ВЧ ГТ применяются более сложные конфигурации подвесов с тангенциальной гофрировкой, обеспечивающей снижение неравномерности АЧХ и хорошее качество звучания. Для предотвращения возникновения резонансных колебаний объема под диафрагмой, он, как правило, заполняется демпфирующим материалом.
Звуковые катушки ВЧ ГТ часто наматываются алюминиевым плоским проводом, позволяющим (за счет меньшего удельного веса по сравнению с медным) увеличить уровень звукового давления в области верхней граничной частоты на несколько децибел. Применение звуковых катушек с намоткой плоским проводом «на ребро», как уже говорилось выше, позволяет поместить ее внутри рабочего зазора магнитной цепи, в зоне с наиболее равномерным и однородным магнитным полем, тем самым значительно снизить нелинейные искажения в ВЧ ГГ. Этот эффект усиливается применением в магнитных цепях ВЧ ГТ различных видов короткозамкнутых токопроводящих витков(колпачков, колец). Для увеличения тепловой прочности в ВЧ ГГ применяют, как и у СЧ ГТ, для каркаса звуковой катушки теплопроводные (алюминиевая фольга) или теплостойкие (полиимидные пленки, номекс) материалы, а зазор магнитной цепи заполняют магнитной жидкостью.
Рис.6.12а,б- элементы конструкции высокочастотного громкоговорителя
Еще одной специфической особенностью ВЧ ГТ является использование «акустических линз» («эквилизаторов», «концентраторов»), устанавливаемых перед диафрагмой и обеспечивающих выравнивание (коррекцию) АЧХ и расширение характеристики направленности. Расчет колебательных процессов в высокочастотных громкоговорителях(аналогично как и в среднечастотных)также производится с численными компьютерными методами, с помощью специализированных пакетов программ [ 2].
Таким образом, значительные усилия, приложенные разработчиками ведущих фирм мира по улучшению конструктивных и технологических параметров, позволили получить модели низко-, средне- и высокочастотных громкоговорителей, обладающих малым уровнем нелинейных искажений, большим динамическим диапазоном, способностью выдерживать большие мощностные перегрузки и обеспечивать чистое звучание, что, в значительной степени, послужило основой для развития нового поколения мощных акустических систем, как для профессионального использования (контрольные агрегаты, концертно-театральные АС и др.), так и для домашнего применения (АС категории HI-FI и др.).
|
|
|
Скачать 0.72 Mb.