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: 18 из 28

7.5. Электростатические громкоговорители

Работа электростатического излучателя основана на взаимодействии электростатических зарядов. Он представляет собой две перфорированные пластины, между которыми натянута мембрана. Мембрана, как правило, выполнена из полимера с нанесенным на него проводящим слоем. Толщина ее - 10-15 микрон, а масса соизмерима с массой колеблющегося воздуха. Таким образом, статик является практически безынерционным излучателем, что позволяет ему работать в широком диапазоне частот с малыми искажениями [1,2,8,]. На пленку подается напряжение поляризации (несколько кВ), а на пластины от усилителя через трансформатор - звуковой сигнал. В результате взаимодействие заряда на пленке с напряжением на пластинах заставляет пленку двигаться со звуковой частотой. Статик - биполярная система, то есть излучает одинаковую акустическую энергию в обе стороны относительно плоскости излучателя. Поэтому ставить его вплотную к стене нельзя - это помешает нормальной работе, звучание будет тусклое, "сдавленное". Оптимальное расположение от стены 70-100 см.


Рисунок 7.6. Примерный вид статического громкоговорителя.

7.6. Рупорные громкоговорители

Довольно широкое применение для озвучения имеют рупорные громкоговорители[1,2,8]. Устройство электродинамического рупорного громкоговорителя отличается от устройства диффузорного тем, что либо к диффузору примыкает рупор, назначение которого в данном случае - служить концентратором и, следовательно, увеличивать звуковое давление на оси рупора, либо со звуковой катушкой скрепляют диафрагму обычно куполообразной формы, а по переферии - гофрированный подвес. Диафрагма через акустическую камеру, представляющую собой объем воздуха с входным сечением, равным поверхности диафрагмы S_д , своим выходным сечением примыкает к горлу рупора площадью S₀ . Эта камера играет роль акустического трансформатора с коэффициентом трансформации S₀/S_д, согласующего механическое сопротивление подвижной системы громкоговорителя с входным механическим сопротивлением рупора, являющимся, по существу, сопротивлением нагрузки. Поскольку конструктор имеет возможность изменять коэффициент трансформации в широких пределах, то можно выбрать такой режим нагрузки подвижной системы, при котором будут достигнуты выгодные условия передачи энергии колебаний рупору.


Рисунок 7.7. Внешний вид рупорного громкоговорителя.
7.7. Типы акустических оформлений

Акустическое оформление (АО)- конструктивный элемент громкоговорителя, обеспечивающий эффективное излучение звука [1,2,8].

Плоский экран. Диффузор громкоговорителя излучает две звуковые волны. Если обе эти волны с тем же (вперед и назад), причем сдвинутые по фазе на 180 сдвигом фаз попадут к нашему уху, то мы вообще ничего не услышим - противофазные волны просто скомпенсируют друг друга. В реальном случае полной компенсации не происходит потому, что в направлении вперед громкоговоритель излучает более сильную волну.
Волна, возникающая сзади диффузора, приходит к слушателю более длинным путем, то есть с некоторым опозданием. На высоких звуковых частотах, когда период мал, из-за этого опоздания появляется дополнительный сдвиг фаз и противофазные волны действуют согласованно, в фазе. На средних и особенно на низких частотах опоздание составляет лишь небольшую часть периода, и заметного дополнительного сдвига фаз не получается. Способ устранения этих недостатков напрашивается сам собой: нужно просто искусственно увеличить опоздание задней волны. Сделать это проще всего с помощью акустического экрана. Даже при сравнительно небольших его размерах воспроизведение низких частот значительно улучшается. Вместе с тем в области средних, и особенно высоких, частот экран уже не оказывает существенного влияния.

Конструктивно экран рекомендуется выполнять в виде толстой доски или фанеры толщиной 10...20 мм, в которой вырезано отверстие по диаметру диффузородержателя громкоговорителя. В это отверстие последний и вставляется. Экран выполняют квадратной или лучше прямоугольной формы. Предпочтительное отношение сторон прямоугольника 2:1 ... 3:1.

Открытый корпус. Распространенный вид акустического оформления - открытый корпус. Он представляет собой ящик, у которого задняя стенка полностью отсутствует, или же имеет ряд сквозных отверстий. Головки устанавливаются обычно на передней стенке ящика. Его внутренний объем, как правило, используется для размещения деталей электрической схемы.

Рисунок 7.8. Зависимость неравномерности частотных характеристик громкоговорителя от акустических оформлений различной формы.
Акустическое действие открытого оформления подобно действию экрана. Наибольшее влияние на частотную характеристику акустической системы с открытым оформлением оказывают передняя стенка (на которой смонтированы головки громкоговорителей) и ее размеры. Важен не внутренний объем оформления, а площадь передней стенки. Размеры ее из-за влияния боковых можно делать на 25 ... 40 % меньше размеров экрана.

Закрытый корпус. Очень большое распространение в последнее время приобрели закрытые системы. Преимущество их в том, что задняя поверхность диффузора не излучает, и, таким образом, полностью отсутствует акустическое "короткое замыкание". Но закрытые системы имеют другой недостаток. Он заключается в том, что при колебаниях диффузора он должен превозмогать дополнительную упругость воздуха в объеме ящика. Наличие этой дополнительной упругости приводит к тому, что повышается резонансная частота подвижной системы громкоговорителя, в результате чего ухудшается воспроизведение частот, лежащих ниже этой частоты. Чтобы резонансная частота все же не была чрезмерно высокой, применяют головки громкоговорителей с тяжелой подвижной системой. Однако следует иметь в виду, что увеличение массы подвижной системы влечет за собой понижение чувствительности акустической системы в целом.

Конфигурация оформления закрытого типа оказывает большое влияние на форму частотной характеристики на средних частотах, вызывая появление многочисленных пиков и провалов в случае неудачной формы. Это хорошо видно из рассмотрения частотных характеристик (рис. 7.8) для разных конфигураций оформления: сферического (шара), куба, усеченной пирамиды, параллепипеда. Наиболее благоприятной формой является сфера.

Конструктивно закрытые системы надо выполнять так, чтобы отсутствовали какие-либо щели и отверстия, наличие которых сразу же может превратить закрытую систему в открытую (Рис.7.9).

Такой тип оформления характеризуется спадом частотной характеристики АС с наклоном 12 дБ/октаву ниже граничной частоты. Полная добротность головки в закрытом корпусе (Qts) зависит от соотношения эквивалентного объема головки и внутреннего объема корпуса. От значения полной добротности зависит частотная и переходная характеристики АС


Рисунок 7.9. Внешний вид обычной колонки.

Корпус с фазоинвертором. Стремление получить достаточно хорошее воспроизведение низких частот при умеренном объеме акустического оформления довольно хорошо достигается в так называемых фазоинверсных системах. Их конструкция достаточно проста. В корпусе закрытой системы делается щель или отверстие. В последнее может быть вставлена трубка (рис. 7.10).



Рисунок 7.10. Акустическая система с фазоинвертором.
Упругость объема воздуха в оформлении резонирует на какой-то частоте с массой воздуха в отверстии или трубке. Эта частота называется резонансной частотой фазоинвертора. Таким образом, акустическая система в целом становится состоящей как бы из двух резонансных систем - громкоговорителя и оформления с отверстием. При правильно выбранном соотношении резонансных частот этих систем воспроизведение низких частот значительно улучшается по сравнению с закрытым оформлением такого же объема. Недостатком таких систем является резкий спад звукового давления на частотах ниже резонансной. Несмотря на очевидные преимущества акустических систем с фазоинвертором, очень часто такие системы, изготовленные даже опытными людьми, не дают ожидаемых от них результатов. Причина в том, что для получения необходимого эффекта фазоинвертор должен быть правильно рассчитан и настроен. Разновидностью фазоинвертора являются акустические системы с пассивным излучателем. Вспомогательный низкочастотный излучатель представляет собой низкочастотную головку громкоговорителя, лишенную магнита и звуковой катушки. Основным достоинством фазоинвертора с пассивным излучателем является возможность настройки его на требуемую частоту при меньших размерах корпуса путем изменения массы пассивного излучателя. По сравнению с закрытым корпусом у фазоинвертора больше вариантов аппроксимации частотной характеристики.

Корпус с лабиринтом. Для того чтобы избежать акустического "короткого замыкания", в свое время было предложено акустическое оформление с лабиринтом. Один из возможных вариантов его конструкции приведен на (рис. 7.11). Изображенная акустическая система состоит из корпуса, на передней панели которого укреплена головка. Задняя сторона диффузора работает на образованный рядом перегородок зигзагообразный звукопровод - лабиринт. Второй конец лабиринта заканчивается выходным отверстием на одной из стенок корпуса. Поперечное сечение лабиринта обычно прямоугольное или круглое. Выпрямленная длина лабиринта должна быть равной примерно половине длины волны на низкой граничной частоте акустической системы, благодаря чему излучения из выходного отверстия лабиринта будут совпадать по фазе с излучением передней стороны диффузора.



Рисунок 7.11. Устройство акустической системы с лабиринтом