Характеристики на главата на високоговорителя в акустичния дизайн
Високоговорителите, използвани в промишлено и любителско оборудване, в повечето случаи се състоят от една или повече динамични глави с директно излъчване, монтирани в една кутия с електронната част или в отделна кутия. Общата или отделна кутия, която формира акустичния дизайн на високоговорителя, оказва значително влияние върху възпроизвеждането на ниски звукови честоти.
В литературата са описани различни видове акустични конструкции на високоговорители (щитове, отворени и затворени кутии, фазови инвертори, лабиринти и др.), техните характеристики и изчисление. Понастоящем обаче може да се счита, че най-разпространени са отворените кутии, "в които акустичната част е комбинирана с радиоелектронната част. В такива кутии се събират почти всички приемници (с изключение на приемниците от висок клас), телевизори, радиоапарати, абонатни високоговорители и др. По-рядко се срещат затворени кутии, използвани за украса на високоговорителите на стерео оборудване. Отворена кутия с инсталирано в нея електронно оборудване не може да бъде изчислена с достатъчна точност. Препоръчително е само да изберете резонансната честота на кутията 1,5-2 пъти честотата на основния резонанс на главата. Ето защо изглежда целесъобразно да се покажат експериментално получените зависимости на честотната характеристика на високоговорителя от конфигурацията, размерите и дизайна на отворените кутии. Външната форма на кутията влияе на честотната характеристика на високоговорителя поради ефекта на дифракция (обгръщане на звуковата вълна около препятствието). На фиг. 1 показва честотните характеристики на една и съща глава, монтирана в кутии с еднакъв обем, но с различна форма. От тези характеристики може да се види, че колкото по-гладка е повърхността в близост до главата, толкова по-слаб е ефектът.дифракция и по-гладка честотна характеристика на високоговорителя. Следователно най-добрата форма на повърхността се оказа сфера (топка). Цилиндрична или сферична форма на акустичния дизайн е подходяща предимно за затворени акустични системи. Нашата индустрия в момента произвежда сферични акустични системи 6ASSH-1. Любителски дизайн на сферичен високоговорител е описан в Radio Magazine 1969, № 12.
Ориз. 1. Честотни характеристики на високоговорител в кутии с различни форми (точката показва местоположението на главата)
Ориз. 2. Влияние на размера на кутията върху възпроизвеждането на ниски честоти: 1 - за кутия 130x130x30 cm; 2- за 65х65х20см; 3- за 30х30х15см.
Влиянието на размера на отворена кутия върху възпроизвеждането на ниски честоти е показано на фиг. 2, която показва честотните характеристики на глава с диаметър 25 cm и основен резонанс на движещата се система при честота 30 Hz. Сравнението на честотните характеристики показва, че с намаляването на размера на кутията изходът на високоговорителя при по-ниски аудио честоти намалява и в същото време се увеличава първият резонансен пик на честотната характеристика, който едновременно се премества към по-високи честоти.
Ориз. 3. Влияние на дълбочината на кутията върху възпроизвеждането на ниски честоти: 1 - за кутия 60x60x20 cm; 2 - 60х60х40 см; 3 - 60х60х60 см
Това явление показва резонансния характер на ефекта на кутията върху честотната характеристика. Резонансът е по-забележим с увеличаване на дълбочината на кутията, което ясно се потвърждава от честотните характеристики на главата, поставена в различни кутии. дълбочина (фиг. 3). Както се вижда от фигурата, крива 3, съответстваща на най-голямата дълбочина на кутията, има най-големия и остър резонансен пик при честота от около 0 Hz, който се възприемакато досадно жужене. За да се избегне такъв нежелан пик, дълбочината на кутията трябва да бъде не повече от 1/8 от дължината на вълната на най-ниската честота на работния диапазон.
Ориз. 4. Честотна характеристика на високоговорител в кутия с обем 25 dm3 (литра): 1 - с отворена задна стена; 2 - със затворен
Горните характеристики на формирането на честотната характеристика на високоговорител с отворена кутия се обясняват с интерференция, т.е. взаимодействието на звуковите вълни, идващи към мястото на слушане от предната и задната страна на конуса и водещи до отслабване или усилване на звука в зависимост от съотношението на фазите. В затворена кутия такива смущения са изключени. Еластичността на въздуха в затворената кутия обаче се добавя към еластичността на системата с движеща се глава. В резултат на това основната резонансна честота на високоговорителя се повишава и възвръщаемостта при по-ниски аудио честоти намалява. Влиянието на затворена стена върху честотната характеристика на високоговорител в нискочестотната област е показано от кривите, показани на фиг. 4, което показва по-рязко намаляване на изхода на високоговорител със затворена задна стена при честоти под 100 Hz.
Ориз. Фиг. 5. Влияние на основния (механичен) резонанс на системата с подвижна глава, работеща в отворена кутия: 1 - резонансна честота 150 Hz; 2 - резонансна честота 30 Hz
Трябва обаче да се подчертае, че правилният избор на размера на кутията на високоговорителя със затворена стена и използването на подходящ звукопоглъщащ материал в нея може значително да смекчи намаляването на връщането при по-ниски звукови честоти и да получи добри резултати. Всички горепосочени честотни характеристики, показващи ефекта на външния дизайн върху работата на високоговорителите в нискочестотната област, бяха изследвани с глави,с много ниска (20-30 Hz) основна резонансна честота на движещата се система. Ако честотата е по-ниска от тази, възвръщаемостта рязко намалява, което не може да се увеличи от никакви акустични екрани или кутии.
Ориз, б. Влияние на основния резонанс на системата с подвижна глава, работеща в затворена кутия: 1 - резонансна честота 150 Hz; 2 - резонансна честота 30 Hz
Зависимостта на честотната характеристика на високоговорителя в нискочестотната област от честотата на основния резонанс на системата с подвижна глава е показана на фиг. 5 и 6 - съответно за отворени и затворени кутии. От дадените честотни характеристики се вижда, че високоговорител с глава, чиято основна резонансна честота в отворена кутия е 150 Hz, има значителен пик при тази честота (крива D на фиг. 5) и рязко намаляване на мощността при честоти под нея. Използването на глава с честота 30 Hz в същата кутия значително подобрява честотната характеристика на високоговорителя (крива 2, фиг. 5) в нискочестотната област. Когато кутията е затворена, разликата в големината на основната резонансна честота на главата е по-забележима поради еластичността на затворения обем въздух, което води до увеличаване на тази честота. От фиг. 6 (крива /) се вижда, че основният резонанс се е увеличил до 200 Hz и следователно увеличението на нивото на ниските честоти, въпреки липсата на излъчване от задната страна, е много малко. Използването на глава с основна резонансна честота 30 Hz в тази кутия води до значително подобрение на честотната характеристика (крива 2, фиг. 6), тъй като основният резонанс на системата се оказа 70 Hz. При сравнително малък размер на затворена кутия (60x60x20 cm), честотната характеристика на високоговорителя е практически еквивалентна на тази, получена при отворена кутия с размери 130x130x30 cm (крива 1, фиг. 2). Следователно, взатворена кутия, препоръчително е да използвате глави с много ниска основна резонансна честота (20-30 Hz). В допълнение към изместването (увеличаването) на честотата на основния резонанс, затворен обем въздух причинява допълнителни резонансни явления при по-високи честоти. Те увеличават неравномерната честотна характеристика на високоговорителя.
За елиминиране на допълнителните резонанси, създавани от въздушния обем на кутията и отраженията, вътрешните повърхности на кутията се покриват със звукопоглъщащ материал или целият обем на кутията се запълва с него. В допълнение към подобряването на басовата реакция, акустичният дизайн на високоговорителя може да окаже значително влияние върху затихването на системата с движеща се глава. С ефективното затихване, така наречените преходни характеристики на високоговорителя са значително подобрени, което прави възможно възпроизвеждането на звуци от импулсен характер без изкривяване. .Динамичната структура на речта и музиката има просто импулсен характер и следователно правилното затихване в високоговорителите води до намаляване на честотата и нелинейните изкривявания. Има различни начини за амортизиране на движеща се система: както електрически, така и акустични. Последните включват затихване с помощта на панели с акустичен импеданс PAS (виж Радио, 1969).
Тяхното производство и използване е достъпно за радиолюбители, занимаващи се с висококачествено възпроизвеждане на звук. Намаляването на долната граница на честотния диапазон - обикновено води до увеличаване на размера на акустичния дизайн. Това ограничава възможността за използване на такива големи единици в аматьорски условия и особено при стерео възпроизвеждане, когато са необходими две единици и дори симетрично разположени на 1,5–2 м. Следователно стана необходимо да се разработят акустични системи с малък размер.MAC, при който малка, но достатъчно мощна глава с ниска основна резонансна честота е монтирана в сравнително малка затворена кутия, чийто обем, както и количеството звукопоглъщащ материал, са строго зависими от типа на главата. Такива глави не са подходящи за работа в отворени кутии; в затворена кутия основната резонансна честота на високоговорителя, разбира се, се увеличава, но не надхвърля определените номинални граници. Трябва да се отбележи, че при акустично затихване намаляването на обратната връзка при по-ниски честоти може да бъде коригирано чрез съответно увеличение на честотната характеристика на бас усилвателя. За възпроизвеждане на по-високи честоти се използва отделна високочестотна глава, т.е. акустичният блок е двупосочен.