Основы ФАп. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений по специальности

• Название: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений по специальности
• Дата: 19.04.2022
• Размер: 7.93 Mb.
• Имя файла: Основы ФАп.doc
• Тип: Учебное пособие; #485368
• страница: 17 из 28

7.3. Системная модель громкоговорителя

Громкоговоритель представляет собой сложный электромеханоакустический преобразователь, в котором происходят линейное и нелинейное преобразование сигнала U(t), подводимого в виде напряжения от усилителя в распределенное в пространстве звуковое давление [1,2,8].. Если входной сигнал представляет собой аналог реального музыкального или речевого сигнала, он имеет сложную временную нестационарную структуру (рис.7.1).


Рисунок 7.1. Вид входного сигнала
Основная задача при проектировании акустических устройств, в которые входят громкоговорители, состоит в том, чтобы обеспечить неискаженную передачу временной структуры входного сигнала (технически реализуемой является задача передачи временной структуры сигнала с искажениями ниже порогов слышимости). Именно это условие выдвигает требования к неискаженной передаче частотного и динамического диапазона сигнала, а отсюда к уровню линейных и нелинейных искажений в громкоговорителях.


Рисунок 7.2. Системная модель громкоговорителя
Функционально громкоговоритель может быть представлен в виде системной модели (рис. 7.2), состоящей из:

• 
  электромагнитного преобразователя - “магнитная цепь + звуковая катушка”, преобразовывающего подводимое напряжение U(t) в переменный ток I(t) и в электромеханическую силу F(t);
  
• 
  механического преобразователя - “подвижная система громкоговорителя”, осуществляющего линейное и нелинейное преобразование силы F(t) в распределенное по поверхности механическое смещение u*;
  
• 
  акустического преобразователя - “излучающая диафрагма + воздушная среда”, преобразовывающего смещения u* в распределенное в пространстве звуковое давление p(R, t).
  

Все эти подсистемы оказывают как прямое, так и обратное влияние друг на друга.


Рисунок 7.3. Амплитудная характеристика громкоговорителя.
Работу громкоговорителя можно проиллюстрировать с помощью графика (рис. 7.3). Он показывает, как диффузор громкоговорителя отклоняется от условной средней линии положения покоя. Из графика видно, что чем больше ток, тем дальше отклоняется диффузор, а токам разного направления соответствует отклонение в разные стороны (вперед-назад). Приведенный график называют амплитудной характеристикой. Появление загибов на графике объясняется достаточно просто - ток не может беспредельно отклонять диффузор. Диффузор закреплен достаточно прочно, и амплитуда его отклонений ограничена. До тех пор пока громкоговоритель работает на линейном участке и отклонение прямо пропорционально току, преобразование "ток - звук" происходит без нелинейных искажений. Громкоговоритель не может одинаково хорошо преобразовать в звук переменные токи разных частот (рис.7.4).


Рисунок 7.4. Частотная характеристика громкоговорителя.

 

7.4. Электродинамические громкоговорители

Наиболее распространенная конструкция обычной электродинамической головки показана на (рис. 7.5). В кольцевом воздушном зазоре магнитной цепи, состоящей из постоянного магнита 6, верхнего и нижнего фланцев, керна 8, составляющих магнитопровод, в радиальном направлении проходит постоянный магнитный поток. В этом зазоре центрирована так называемая звуковая катушка 9, к которой с помощью особо гибких проводников приложено переменное напряжение звуковой частоты. Звуковая катушка обычно имеет четное число слоев обмотки, чтобы ее начало и конец были с одной стороны [1,2,8,].. Ток, проходя через катушку, взаимодействует с постоянным магнитным потоком и создает электродинамическую силу, приводящую в колебания катушку и скрепленную с ней диафрагму (диффузор) 2. Диффузор представляет собой конус, имеющий в основании окружность или эллипс и прямую или криволинейную образующую. По верхнему краю диффузор имеет гофрированный верхний подвес 3. Назначение верхнего подвеса - обеспечить диффузору возможность колебаться поршнеобразно в широком диапазоне частот и увеличить диапазон линейной зависимости сигнала - смещение диффузора. У своей вершины диффузор, а вместе с ним и звуковая катушка удерживаются с помощью центрирующей шайбы 4. Эта шайба также гофрированная, охватывает по внутреннему контуру вершину диффузора в месте прикрепления каркаса звуковой катушки, а по внешнему - крепится к специальному кольцу или полке, выполненной на диффузородержателе 5. Последний является основой конструкции громкоговорителя. Диффузородержатель имеет окна, назначение которых - исключить возникновение стоячих волн с тыльной стороны диффузора. Вершина конуса диффузора заклеена противопылевым колпачком 1, который может изготовляться как из акустически прозрачного материала, так и из акустически непрозрачного, жесткого. В последнем случае такой колпачок выполняет также функцию дополнительного излучателя для высоких частот и с целью исключения появления под ним при больших амплитудах колебаний диффузора, в каркасе звуковой катушки делают антикомпрессионные отверстия. Для более эффективного отвода тепла от звуковой катушки мощные головки громкоговорителей снабжаются радиатором 7. такой радиатор выполняет функцию экрана, уменьшающего магнитный поток рассеяния, и защитной крышки, предохраняющей хрупкий постоянный магнит от случайных повреждений.


Рисунок 7.5. Внешний вид и устройство головки громкоговорителя.