Отчет по лабораторной работе 2 по дисциплине Аудиотехника
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра Электроакустики и ультразвуковой техники ОТЧЕТ по лабораторной работе №2 по дисциплине «Аудиотехника» Т ЕМА : Измерение электрического сопротивления динамических громкоговорителей акустической системы Студенты гр. 8583 Мендгалиев Т.Р. Андуганов Ю.Г. Кахоров М. Преподаватель Санкт-Петербург 2022 2 Цель работы. – изучение влияния акустомеханических параметров подвижной системы динамических головок громкоговорителей и акустических оформлений последних на частотную зависимость модуля электрического сопротивления громкоговорителя. Основные сведения Полное электрическое сопротивление громкоговорителя есть отношение напряжения на его входных зажимах (клеммах) к протекающему через него току. По своему характеру оно является комплексным сопротивлением, т. е. сопротивлением, имеющим активную (омическую) и реактивную (индуктивную и емкостную) составляющие части. В связи с этим полное электрическое сопротивление громкоговорителя изменяется в зависимости от частоты. В практических условиях достаточно измерить частотную зависимость модуля полного электрического сопротивления громкоговорителя |Z|, получив график изменения сопротивления в омах (рисунок 1: кривая 1 - громкоговоритель без акустического оформления; кривая 2 - громкоговоритель в закрытом ящике). Рисунок 1 3 Данная зависимость позволяет: 1. Определить номинальное сопротивление громкоговорителя, которое указывается в его паспорте; 2. Выявить характер измерения полного сопротивления в рабочей полосе частот и оценить степень нарушения допусков на рассогласование, принятых для комплектуемого с ним усилителя; 3. Приближенно оценить влияние изменения |Z| на частотную характеристику излучаемой Номинальное сопротивление громкоговорителя есть значение активного сопротивления, которым замещается громкоговоритель при измерении электрической мощности, потребляемой им от источника питания. В качестве номинального сопротивления принимается наименьшее значение модуля полного электрического сопротивления громкоговорителя в диапазоне частот выше основного резонанса. Следовательно, в рабочем диапазоне частот значение модуля полного электрического сопротивления должно быть равно номинальному сопротивлению громкоговорителя или больше его. Чем меньше увеличение |Z|, тем меньше потери излучаемой громкоговорителем мощности и тем меньше искажается воспроизводимый им звуковой сигнал. Поэтому, сравнивая громкоговорители между собой по характеру частотной зависимости модуля их полных электрических сопротивлений, можно предсказать качество их работы. Полное электрическое сопротивление головки громкоговорителя выражается сложной зависимостью ряда величин, зависящих от значения и взаимосвязи ее электрических, механических и акустических параметров. Прежде всего, характер полного электрического сопротивления определяется 4 электрическими параметрами головки громкоговорителя, т. е. электрическим сопротивлением ее звуковой катушки. Это сопротивление является комплексным и состоит из активной и реактивной частей. Сопротивление можно определить, если затормозить звуковую катушку в зазоре. Вычисляется же оно по формуле: |𝑍| = √𝑅 2 + (2𝜋𝑓𝐿 𝑘 ) 2 где 𝑅 – омическое сопротивление постоянному току (активная составляющая); 2𝜋𝑓𝐿 𝑘 = 𝜔𝐿 𝑘 – индуктивное сопротивление (реактивная составляющая); 𝑓 – частота тока; 𝐿 𝑘 – индуктивность звуковой катушки. Индуктивное сопротивление обусловлено противоэлектродвижущей силой самоиндукции, возникающей в катушке при пропускании через нее переменного тока. Однако при движении звуковой катушки в ней возникает противоэлектродвижущая сила, вызванная пересечением магнитных силовых линий поля в воздушном зазоре магнитной цепи витками катушки. Таким образом, к собственному сопротивлению катушки добавляется еще и внесенное сопротивление. Противоэлектродвижущая сила тем больше, чем быстрей движение катушки, т. е. чем больше амплитуда ее скорости. Значение и характер внесенного сопротивления различны на разных частотах, что проявляется в наличии характерных точек на кривой частотной зависимости характеристики полного электрического сопротивления головки прямого излучения. На низких частотах, далеких от области резонанса, реактивная составляющая полного электрического сопротивления невелика, так как индуктивное сопротивление катушки мало из-за низкой частоты тока, в индуцируемая за счет движения катушки противоэлектродвижущая сила незначительна из-за малой скорости движения катушки, т. е. внесенное сопротивление также мало, Следовательно, 5 полное сопротивление головки немного больше омического сопротивления звуковой катушки. При подходе к резонансу амплитуда скорости звуковой катушки резко возрастает и достигает своего наибольшего значения на частоте резонанса, затем, по мере удаления от резонанса, она резко уменьшается. Точно так же изменяется и значение наводимой за счет движения катушки противоЭДС, достигая максимального значения на частоте резонанса. В соответствии с таким характером изменения внесенного сопротивлиния полное электрическое сопротивление головки прямого излучения в области низких частот имеет резко выраженный пик с точкой максимума на 𝑓 0 – частоте основного резонанса подвижной системы: 𝑓 0 = 1 2 (𝐶𝑚) 1 2 . На частотах, лежащих выше резонансной, амплитуда колебательной скорости резко падает. При этом уменьшаются противоэлектродвижущая сила индукции и полное сопротивление. Совершенно очевидно, что для столь низкой области частот индуктивное сопротивление катушки столь мало, что повлиять на характер изменения полного сопротивления не может. После острого пика на частоте основного резонанса характеристикика имеет некоторую область малых значений (150…400 Гц) с определенной точкой минимума (f = 250 Гц). В этой области индуктивное сопротивление катушки все еще мало, а противоэлектродвижущие силы, обусловленные, с одной стороны, самоиндукцией, а с другой – движением катушки в магнитном поле, имеют равные значения, но почти противоположные фазы. В зависимости от конструктивных особенностей головки значение полного электрического сопротивления в точке минимума может быть почти равно омическому сопротивлению звуковой катушки (обычно оно на 10 % выше его). На высоких частотах амплитуда скорости звуковой катушки мала, поэтому сопротивление, обусловленное противоэлектродвижущей силой, также мало и перестает играть заметную роль. Однако с увеличением частоты 6 растет индуктивное сопротивление звуковой катушки, поэтому полное сопротивление головки вновь возрастает. Измерение частотной зависимости полного электрического сопротивления головки позволяет определить первые два ее электроакустических параметра - частоту основного резонанса и номинальное сопротивление. Первый параметр характеризует способность головки обеспечить воспроизведение низких частот, так как значение основного резонанса определяет величину граничной частоты номинального диапазона при сочетании самых благоприятных условий работы головки в акустическом оформлении. Ниже этого значения частоты головка практически перестает излучать. Из рисунка 1 нетрудно определить, что частота основного резонанса соответствует первому максимуму на характеристике полного сопротивления головки. У современных головок прямого излучения значение основного резонанса лежит в пределах от 31 Гц до 71 Гц. Номинальное сопротивление определяется по значению полного сопротивления в минимальной точке характеристики. Номинальное сопротивление необходимо для правильного согласования головки с усилителем, в также определяет соответствие полученного значения указанному в ТУ или другой технической документации. Ряд номинальных сопротивлений нормирован международными соглашениями. Наличие акустического оформления может несколько изменить ход характеристики полного сопротивления в области частоты основного резонанса. При использовании закрытого ящика частота основного резонанса повышается тем заметнее, чем меньше объем ящика (рисунок 1, кривая 2). Если ящик заполнен поглотителем, то высота резонансного пика на характеристике уменьшается, что свидетельствует о демпфирующем действии звукопоглощающего материала. Появление небольших резонансных пиков в области средних частот свидетельствует о наличии и нежелательных 7 резонансных явлений во внутреннем объеме ящика. При размещении головки в акустическом экране или открытом ящике частота основного резонанса не изменяется. На практике расширение полосы излучаемых громкоговорителем частот достигается различными способами. Один из них - использование громкоговорителей различных конструкций, размещенных в едином акустическом оформлении в виде ящика. Такие громкоговорители имеют различные габариты и, соответственно, различные резонансные частоты механических систем. Все они включены в общую электрическую цепь акустической системы через разделительные фильтры, которые рассчитываются из соображений эффективной передачи мощности электрического сигнала на отдельный громкоговоритель, работающий в своей полосе частот. Описание измерительной установки Измерения модуля полной проводимости головки громкоговорителя проводится с помощью схемы, показанной на рисунке 2. Рисунок 2 Здесь напряжение заданной частоты от звукового генератора ЗГ подается на исследуемый громкоговоритель, Последовательно с громкоговорителем включен резистор R, значение которого много меньше минимального 8 сопротивления головки, С помощью вольтметра В можно либо измерить напряжение 𝑈 1 на головке с резистором (положение 1 переключателя П), либо 𝑈 2 на резисторе R (положение 2 переключателя П). Тогда ток, протекающий через громкоговоритель, 𝐼 = 𝑈 2 𝑅 , а модуль полного сопротивления головки |𝑍| = 𝑈 1 −𝑈 2 𝐼 Измерение входного импеданса громкоговорителей можно также выполнить с помощью стандартного измерителя полных проводимостей ВМ- 507, который позволяет измерять как модуль полного сопротивления, так и его фазу. В качестве объекта исследований предлагается акустическая система, содержащая три различных типа громкоговорителей:низкочастотный (НЧ), среднечастотный (СЧ) и высокочастотный (ВЧ).Для проведения измерений необходимо с помощью прилагаемого кабеля подключить один из громкоговорителей к входным клеммам измерителя. 9 Обработка результатов измерений По измененной схеме измерений для лабораторной работы, представленной на рисунке 3, рассчитаем ток 𝐼 через резистор R=616.6Ом. Рисунок 3 Будем иметь следующую формулу: 𝐼 = 𝑈 2 − 𝑈 1 𝑅 где 𝑈 2 – напряжение на резисторе и громкоговорителе, 𝑈 1 – напряжение на громкоговорителе. Модуль полного сопротивления головки громкоговорителя тогда будет: |𝑍| = 𝑈 1 𝐼 = 𝑈 1 ∗ 𝑅 𝑈 2 − 𝑈 1 (1) По формуле (1) рассчитаем значения и заполним таблицу 2. 10 Таблица 2 Динамик 1 Динамик 2 Динамик 3 f, Гц u1 u2 Z u1 u2 Z u1 u2 Z 16 0.742 0.0051 4.2674 0.7407 0.0047 3.9375 0.7408 0.0141 11.964 20 0.7433 0.0052 4.344 0.7421 0.0047 3.9301 0.7423 0.0141 11.939 25 0.7473 0.0052 4.3206 0.7463 0.0047 3.9078 0.7466 0.0142 11.955 31.5 0.7482 0.0052 4.3154 0.7471 0.0047 3.9036 0.7473 0.0142 11.943 40 0.7485 0.0053 4.3972 0.7477 0.0047 3.9004 0.748 0.0142 11.932 50 0.7486 0.0056 4.6473 0.7479 0.0048 3.9829 0.7481 0.0142 11.93 63 0.7486 0.006 4.982 0.7479 0.0052 4.3171 0.7482 0.0142 11.929 80 0.7484 0.0057 4.7322 0.748 0.0068 5.6569 0.748 0.0142 11.932 100 0.7481 0.0054 4.4832 0.7477 0.0078 6.5002 0.7478 0.0142 11.935 125 0.7477 0.0054 4.4856 0.7471 0.0052 4.3218 0.7474 0.0142 11.942 160 0.7471 0.0053 4.4055 0.7465 0.0049 4.0741 0.7468 0.0142 11.952 200 0.7483 0.0052 4.3148 0.7458 0.0047 3.9104 0.7461 0.0143 12.049 250 0.7506 0.0053 4.3848 0.75 0.0048 3.9717 0.7504 0.0144 12.064 315 0.7505 0.0053 4.3854 0.75 0.0049 4.0549 0.7503 0.0145 12.151 400 0.7503 0.0053 4.3866 0.7497 0.0052 4.3067 0.7501 0.0145 12.154 500 0.7501 0.0054 4.4711 0.7496 0.005 4.1405 0.7499 0.0146 12.243 630 0.7499 0.0054 4.4723 0.7493 0.0051 4.2256 0.7497 0.0149 12.503 800 0.7495 0.0055 4.5582 0.7489 0.0054 4.4783 0.7494 0.0152 12.765 1000 0.749 0.0056 4.6448 0.7484 0.0054 4.4813 0.7489 0.0159 13.375 1250 0.7484 0.0056 4.6486 0.7488 0.0056 4.6461 0.7485 0.0184 15.54 1600 0.7476 0.0057 4.7373 0.7471 0.0059 4.9082 0.7476 0.018 15.212 2000 0.7487 0.0058 4.8139 0.7462 0.0062 5.1661 0.7471 0.0225 19.146 2500 0.7492 0.006 4.9779 0.7488 0.0066 5.4831 0.7496 0.0214 18.12 3150 0.7489 0.0062 5.1473 0.8484 0.0071 5.2037 0.7501 0.0313 26.85 4000 0.7484 0.0067 5.5699 0.748 0.0078 6.4975 0.7488 0.028 23.952 5000 0.7479 0.0072 5.9937 0.7475 0.008 6.6705 0.748 0.017 14.34 6300 0.7475 0.0079 6.5862 0.747 0.0096 8.0273 0.7474 0.0182 15.39 8000 0.7469 0.0089 7.436 0.7464 0.0109 9.1379 0.7469 0.0183 15.487 10000 0.7464 0.0101 8.458 0.7459 0.0124 10.424 0.7464 0.0196 16.628 12500 0.7459 0.0113 9.4849 0.7454 0.014 11.803 0.7459 0.0216 18.388 16000 0.7454 0.0132 11.116 0.745 0.0162 13.706 0.7454 0.0243 20.779 20000 0.7449 0.0153 12.93 0.7445 0.0187 15.886 0.7451 0.0267 22.917 Построим графики частотных зависимостей Z(f): 11 Рисунок 4 Полное электрическое сопротивление громкоговорителя увеличивается с увеличением частоты. На всех трех динамиках присутствует резонанс на частотах 63 Гц, 100 Гц и 3150 Гц соответственно. 0 5 10 15 20 25 30 1 10 100 1000 10000 100000 Z, Ом f, Гц Частотная зависимость Z(f) Динамик 1 Динамик 2 Динамик 3 12 Вывод В ходе лабораторной работы исследована частотная зависимость модуля полного электрического сопротивления громкоговорителя. Для трех моделей громкоговорителя построена зависимость сопротивления от частоты, по которой можно увидеть характер изменения функции. Частота резонанса зависит от конструкции громкоговорителя. Наиболее крупный громкоговоритель называется низкочастотным и имеет резонанс на самой низкой частоте. Самый маленький громкоговоритель называется высокочастотным и имеет резонанс на самой высокой частоте соответственно. Аналогично средний преобразователь, рабочий диапазон которого находится на средних частотах. При помощи маленького преобразователя (ВЧ- громкоговоритель) не получится воспроизводить нижние частоты звукового спектра, так как его рабочий диапазон находиться на высоких частотах. Чтобы качественно воспроизвести звук на низкой частоте необходим большой динамик. Данная закономерности не позволяет создавать небольшие универсальные устройства воспроизведения звука. Наоборот же качественные аудио системы состоят из разного размера динамиков, каждый из которых предназначен для воспроизведения звука в своем рабочем диапазоне частот. |