далі |
вибір |
Типи акустичних оформлень
Акустичне оформлення - конструктивний елемент гучномовця, що забезпечує ефективне випромінювання звуку.
плоский екран
Дифузор гучномовця випромінює дві звукові хвилі (вперед і назад), причому зсунуті по фазі на 180 °. Якщо обидві ці хвилі з тим же зрушенням фаз потраплять до нашого вуха, то ми взагалі нічого не почуємо - протифазні хвилі просто компенсують один одного. У реальному випадку повної компенсації не відбувається тому, що в напрямку вперед гучномовець випромінює більш сильну хвилю.
Хвиля, яка виникає ззаду дифузора, приходить до слухача довшим шляхом, тобто з деяким запізненням. На високих звукових частотах, коли період малий, через це запізнення з'являється додатковий зсув фаз і протифазні хвилі діють узгоджено, в фазі. На середніх і особливо на низьких частотах запізнення становить лише невелику частину періоду, і помітного додаткового зсуву фаз не виходить.
Спосіб усунення цих недоліків напрошується сам собою: потрібно просто штучно збільшити запізнення задньої хвилі. Зробити це простіше за все за допомогою акустичного екрану. Навіть при порівняно невеликих його розмірах відтворення низьких частот значно поліпшується. Разом з тим в області середніх, і особливо високих, частот екран вже не робить істотного впливу. Конструктивно екран рекомендується виконувати у вигляді товстої дошки або фанери товщиною 10. 20 мм, в якій вирізаний отвір по діаметру діффузородержателя гучномовця. У цей отвір останній і вставляється. Екран виконують квадратної або краще прямокутної форми. Краще ставлення сторін прямокутника 2: 1. 3: 1.
відкритий корпус
Найпоширеніший вид акустичного оформлення - відкритий корпус. Він являє собою ящик, у якого задня стінка повністю відсутня, або ж має ряд наскрізних отворів. Головки встановлюються зазвичай на передній стінці ящика. Його внутрішній обсяг, як правило, використовується для розміщення деталей електричної схеми. Акустичне дію відкритого оформлення подібна до дії екрану. Найбільший вплив на частотну характеристику акустичної системи з відкритим оформленням надають передня стінка (на якій змонтовані головки гучномовців) і її розміри. Важливий не внутрішній обсяг оформлення, а площа передньої стінки. Розміри її через вплив бічних можна робити на 25. 40% менше розмірів екрану.
Мал. 4.8. Залежність нерівномірності частотні характеристики гучномовця від акустичних оформлень різної форми.
Конфігурація оформлення закритого типу має великий вплив на форму частотної характеристики на середніх частотах, викликаючи появу численних піків і провалів в разі невдалої форми. Це добре видно з розгляду частотних характеристик (рис. 4.8) для різних конфігурацій оформлення: сферичного (кулі), куба, усіченої піраміди, параллепіпед. Найбільш сприятливою формою є сфера.
закритий корпус
Дуже велике поширення останнім часом набули закриті системи. Перевага їх в тому, що задня поверхня дифузора не випромінює, і, таким чином, повністю відсутня акустичне "коротке замикання". Але закриті системи мають інший недолік. Він полягає в тому, що при коливаннях дифузора він повинен перемагати додаткову пружність повітря в обсязі ящика. Наявність цієї додаткової пружності призводить до того, що підвищується резонансна частота рухомий системи гучномовця, в результаті чого погіршується відтворення частот, що лежать нижче цієї частоти. Щоб резонансна частота все-таки не була надмірно високою, застосовують головки гучномовців з важкої рухомий системою. Однак слід мати на увазі, що збільшення маси рухомої системи тягне за собою зниження чутливості акустичної системи в цілому.Конструктивно закриті системи треба виконувати так, щоб були відсутні будь-які щілини і отвори, наявність яких відразу ж може перетворити закриту систему в відкриту.
Такий тип оформлення характеризується спадом частотної характеристики АС з нахилом 12 дБ / октаву нижче граничної частоти. Повна добротність головки в закритому корпусі (Qts) залежить від співвідношення еквівалентного обсягу головки і внутрішнього обсягу корпуса. Від значення повної добротності залежить частотна і перехідна характеристики АС. наприклад:
при Qts = 1.1 досягається максимум ККД.
Мал. 4.9. Зовнішній вигляд звичайної колонки.
Корпус з фазоінвертором
Прагнення отримати досить хороше відтворення низьких частот при помірному обсязі акустичного оформлення досить добре досягається в так званих фазоінверсних системах. Їх конструкція досить проста. У корпусі закритої системи робиться щілину або отвір. Останнім може бути вставлена трубка (рис. 4.10).
Мал. 4.10. Акустична система з фазоінвертором.
Пружність об'єму повітря в оформленні резонує на якийсь частоті з масою повітря в отворі або трубці. Ця частота називається резонансною частотою фазоінвертора. Таким чином, акустична система в цілому стає складається ніби з двох резонансних систем - гучномовця і оформлення з отвором. При правильно обраному співвідношенні резонансних частот цих систем відтворення низьких частот значно поліпшується в порівнянні з закритим оформленням такого ж обсягу. Недоліком таких систем є різкий спад звукового тиску на частотах нижче резонансної.Незважаючи на очевидні переваги акустичних систем з фазоінвертором, дуже часто такі системи, виготовлені навіть досвідченими людьми, не дають очікуваних від них результатів. Причина в тому, що для отримання необхідного ефекту фазоинвертор повинен бути правильно розрахований і налаштований.
Різновидом фазоінвертора є акустичні системи з пасивним випромінювачем. Допоміжний низькочастотний випромінювач являє собою низкочастотную головку гучномовця, позбавлену магніту і звукової котушки.
Основною перевагою фазоинвертора з пасивним випромінювачем є можливість налаштування його на потрібну частоту при менших розмірах корпусу шляхом зміни маси пасивного випромінювача.
У порівнянні з закритим корпусом у фазоинвертора більше варіантів апроксимації частотної характеристики. Залежно від добротності головки Qts (і бажання отримати гладку АЧХ) цих варіантів може бути три:
апроксимація по Чебишеву четвертого порядку. Застосовується при повній добротності головки (включаючи опір розділових фільтрів) більше 0,383. Частота настройки фазоінвертора нижче власної резонансної частоти головки. АЧХ носить коливальний характер із заданою нерівномірністю.
Максимум ККД досягається при значенні повної добротності Qts близько 0.5 і нерівномірності АЧХ близько 0.2 дБ. Як і для АТ типу закритий корпус, максимум ККД не відповідає отриманню прийнятною перехідною, а іноді і частотної характеристик.
Зрозуміло, що говорячи про "гладкою" АЧХ, мається на увазі теоретично досяжну частотну характеристику. Вплив АТ і характеристики приміщення в розрахункових співвідношеннях зазвичай не враховується.
До переваг АТ типу фазоинвертор (по відношенню до закритого корпусу) можна віднести наступні:
при рівних обсягах корпусу і рівних нижніх граничних частотах АС з фазоінвертором має більш легку рухливу систему і більший коефіцієнт електромеханічної зворотного зв'язку BI (B - щільність магнітного потоку в повітряному зазорі магнітної системи, I - довжина дроту звукової котушки в зазорі).
Корпус з лабіринтом
Для того щоб уникнути акустичного "короткого замикання", свого часу було запропоновано акустичне оформлення з лабіринтом. Один з можливих варіантів його конструкції наведено на рис. 4.11. Зображена акустична система складається з корпусу, на передній панелі якого укріплена головка. Задня сторона дифузора працює на освічений поруч перегородок зигзагоподібний звукопровод - лабіринт. Другий кінець лабіринту закінчується вихідним отвором на одній зі стінок корпусу. Поперечний переріз лабіринту зазвичай прямокутне або кругле. Випрямлена довжина лабіринту повинна бути рівною приблизно половині довжини хвилі на низькій граничній частоті акустичної системи, завдяки чому випромінювання з вихідного отвору лабіринту будуть збігатися по фазі з випромінюванням передньої сторони дифузора.
Мал. 4.11. Пристрій акустичної системи з лабіринтом
рупорні системи
Застосування рупора, навантажує рухливу систему головки гучномовця, дуже сильно (в десяток разів) покращує коефіцієнт корисної дії останньої і, таким чином, дає можливість отримати достатню величину звукового тиску і, отже, гучність при порівняно невеликої потужності підсилювача. Формою рупора, що забезпечує найкраще відтворення низьких частот, є так звана Експоненціальна.
Однак для хорошого відтворення низьких частот потрібно мати достатню вихідний отвір рупора - гирла. Його діаметр повинен бути не менше l гр / p. Звідси для нижньої граничної частоти 100 Гц, для якої довжина хвилі становить 3,4 м, діаметр гирла повинен становити близько 110 см. Для більш низьких граничних частот розміри гирла рупора будуть ще більше.
Наскільки спірним є застосування рупорного оформлення для відтворення низьких частот, настільки ж виправданим є його використання в гучномовцях, службовців для відтворення середніх і високих частот, що має місце в численних конструкціях деяких зарубіжних фірм. Особливо хороші результати дає застосування рупорів з сильно демпфірованного стінками. Демпфірування проводиться, наприклад, незасихающім компаундом, що заливається між подвійними стінками рупора, виготовленими в цьому випадку з листового тонкого матеріалу.
Мал. 4.12. Зразковий вид рупорної системи.