Акустичне коротке замикання гучномовця та його подолання. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Акустичні системи

 Коментарі до статті

Чи можливе інше акустичне оформлення гучномовця крім широко поширених нині фазоінвертора або закритого ящика, а також дорожчих варіантів рупорних та лабіринтних гучномовців? У цій статті описано метод розширення смуги нижніх частот, що ефективно відтворюються в корпусах відкритого типу і наведені практичні конструкції гучномовців.

У гучномовці при коливаннях дифузора головки електродинамічного типу його фронтальна і тильна поверхні надають руху повітря, створюючи поперемінно його стиск і розрідження. Таким чином, коли з одного боку дифузора тиск зростає, з іншого боку, навпаки, зменшується. На низьких частотах, якщо динамічна головка немає акустичного оформлення (у вільному просторі), через дифракції звукових хвиль відбувається процес акустичного короткого замикання і результуючий звуковий тиск у навколишньому просторі сильно послаблюється.

Для виключення цього шкідливого явища динамічну головку поміщають в акустичний екран, що усуває компенсуючу дію протифазних коливань стиснення-розрядження. Основні конструкції таких екранів та його особливості описані в [1-3]. Нагадаємо стисло ці відомі варіанти.

Щит, розміри якого повинні бути досить великими і, принаймні, можна порівняти з довжиною акустичної хвилі на найнижчій частоті, що відтворюється. На нижчих частотах (десятки герц) розміри щита великі - кілька метрів, що з практичних конструкцій неприйнятно.

Ящик з відкритою задньою стінкою є "згорнутим" щитом. Таке акустичне оформлення гучномовця широко застосовувалося в 30-60-х роках минулого століття, коли вимоги до смуги звукових коливань, що відтворювалися, були невеликі.

Ящик з лабіринтом, довжина якого дорівнює половині довжини хвилі на низьких частотах [1], за конструкцією та технологією виготовлення невиправдано складний і тому практично не поширений.

Рупор, що є розбіжним хвилеводом, також використовується для збільшення звукової віддачі. На низьких частотах розміри рупора занадто великі.

Закритий ящик, зазвичай заповнений звукопоглинаючим матеріалом, щоб уникнути стоячих та інших хвиль. При цьому акустична енергія, що випромінюється тильною поверхнею дифузора, розсіюється всередині ящика.

Закритий ящик з фазоінвертором - нині один із популярних типів акустичного оформлення, запропонованого ще в 1930 р. Фазоінвертор є трубою або отвіром, виконаним у ящику. Фазоінвертор працює в дуже вузькій смузі частот, а при досить широкому спектрі низьких сигналів частот відбувається затягування перехідних процесів у вигляді "фарбування" звуків басового регістру. Внаслідок цього різні за тембром музичні інструменти звучать дуже подібно, тобто фазоінвертор фактично спотворює реальні звучання. Як і в попередньому варіанті, приблизно половина акустичної потужності губиться в ящику. Відсутність іншого ефективного акустичного оформлення змушує розробників акустичних систем (АС) використовувати це технічне рішення [2, 3].

Подолання акустичного короткого замикання в АС при створенні простого та енергетично ефективного акустичного оформлення гучномовців, що діє у широкій смузі звукових частот практично без звукових втрат, є нині важливою та невирішеною проблемою [2, 4].

Технічні рішення, що описуються у статті, що виключають акустичне коротке замикання, дозволяють використовувати озвучуване приміщення для підвищення ефективності роботи АС на низьких частотах. При цьому знижуються вимоги до конструкції акустичного оформлення зважаючи на виключення в ящику стоячих хвиль, оскільки звукова енергія тильного випромінювання головки виходить з ящика в простір, озвучуючи його. У цих конструкціях зменшується або зовсім зникає вплив пружності повітря, обмеженого об'ємом ящика, та зростання резонансної частоти гучномовця.

Звукова енергія у твердих матеріалах поширюється у вигляді потоку, причому ортогональне по відношенню до осі випромінювання поширення набагато менше (до -30 дБ), ніж по осі випромінювання [5]. У повітряному середовищі теж діють принципи векторного складання коливальної швидкості незалежно від частоти і фази підсумовуваних потоків звукових коливань. З теорії коливань [6] відомо також, що два гармонійних коливання, що мають однакову частоту і довільну фазу між собою і поширюються взаємно перпендикулярно, не взаємодіють між собою. У ближній зоні випромінювачів виявляються важливими співвідношення коливальної швидкості та швидкості поширення, а також довжини хвилі а та діаметра випромінювача d (отвори випромінювання). Поділ звукових потоків прямого і зворотного випромінювання голівки та переведення їх в ортогональні відносно один одного потоки дозволяє усунути акустичне коротке замикання випромінювача.

Конструктивними заходами - за допомогою "хвильоводи" - можна розгорнути звуковий потік, створюваний тильною поверхнею дифузора гучномовця, на 90 град, так, як це зображено на рис. 1 (Вектор В). На околицях точки Про коливальні швидкості тангенціального потоку від хвилеводу і потоку фронтального випромінювання головки (вектор А) складаються. Якщо потоки і коливальні швидкості рівні, при обчисленні рівнодіючої R отримуємо сумарний акустичне тиск в 1,41 рази більше за кожну зі складових.

Таким чином, у ближньому від випромінювача просторі акустичне тиск р зростає на 3 дБ. Акустична потужність, що віддається АС, в приміщенні [7] подвоїться, тому для отримання однакової звукової потужності для такої АС потрібно УМЗЧ вдвічі меншої потужності:

Ра = p2V/Tc 10-5 Вт (при Rr = 3 м),

де V – обсяг приміщення; Тс – середній час оптимальної реверберації; Rr – радіус гучності.

Як очевидно з формули, величина акустичної потужності Ра помітно зростає, якщо відмовитися від відомих конструктивних рішень акустичного оформлення АС. З урахуванням впливу звукопоглинаючого матеріалу, яким зазвичай наповнюють закритий ящик гучномовця для поглинання енергії, що випромінюється тильною поверхнею дифузора, реальний виграш може виявитися ще більшим.

Наслідуючи викладений принцип виключення акустичного короткого замикання, автором були розроблені конструкції акустичного оформлення, один з варіантів якого наведено на рис. 2.

У корпусі з глухою задньою стінкою 1 нижня частина передньої панелі 2 ("ламана дека") нахилена під кутом до вертикалі, утворюючи з верхньою частиною передньої панелі "хвильоводи" для звукових хвиль, що створюються з тильного боку головки гучномовця. При розрахунку конструкції важливо виконати умову, щоб площа поперечного перерізу хвилеводу, яким поширюється звуковий потік з ящика, була не менше площі тильної поверхні дифузора. В іншому випадку відтворення найнижчих частот буде ослаблене внаслідок залишкової пружності повітря в ящику.

Вимірювання, проведені в безеховой камері Акустичного інституту РАН, підтвердили розглянуті припущення, що дозволяє зробити викладені у цій статті рекомендації. Звук, що виходить із хвилеводу, збіднений в області високих частот, і він на слух здається бархатистим, ніж звук фронтального потоку. Це аж ніяк не погіршує музичності звучання через інший напрям поширення розгорнутого потоку: приміщення також бере участь у формуванні звукового образу, роблячи його об'ємним. Навіть якщо приміщення містить багато поглиначів звуку, наприклад, килимових виробів та м'яких меблів, природність звуку та його об'ємність не втрачаються.

На основі запропонованого методу автором була розроблена та виготовлена ​​стереофонічна АС "Цунамі". У кожному з гучномовців системи використано низькочастотну 15-дюймову головку L-3712 (з Німеччини), що має максимальну потужність 100 Вт, і дві високочастотні головки 6ГДВ-4. Звуковий діапазон поділений на дві смуги - 20...5000 Гц та 5000...25000 Гц. Виміряна ефективність в режимі випромінювання НЧ дорівнювала 110 дБ/VBt-m при відмінній якості відтворення звуку. За допомогою цієї АС за середньої електричної потужності 5 Вт на кожен канал озвучувався зал, де знаходилося 600 осіб.

Результати експериментальних досліджень зразків гучномовців та акустичних систем були викладені автором у доповіді на Нижегородській акустичній сесії [7].

На рис. 3 показані ще одна конструкція гучномовця та векторна діаграма поширення звукових потоків А, В і R.

Звуковий потік А є фронтальним, потік - тильним. Вектор R є рівнодіючим від додавання векторів А і В. На цьому малюнку наступні позначення елементів: 1 - звукова головка; 2 – корпус; 3 - хвилевід для виходу звукової енергії тильного випромінювання; 4 - вихідний отвір хвилеводу; 5 – стінка хвилеводу; 6 – передня стінка хвилеводу. Такий гучномовець забезпечує більш дифузне поширення звуку у просторі. На передній стінці гучномовця встановлюють високочастотні головки.

Аналіз векторних діаграм наведених на рис. 1 і 3, показує, що запропонований метод виключення акустичного замикання між потоками А і дозволяє подолати це шкідливе явище в звукових системах з одночасним енергетичним і якісним виграшем.

Експериментальні роботи були проведені з головками 4А-32 у великому заглушеному приміщенні за допомогою звукового генератора ГЗ-33, вольтметра ВЗ-33, частотоміра 43-32 і вимірника прецизійного шумів типу 00017 з конденсаторним мікрофоном типу МКД.

Для отримання порівняльних параметрів було досліджено і звичайну АС з головкою 4А-32; за прототип взято серійний гучномовець 35ГД-4 у закритому корпусі. Його виміряна частотна характеристика наведено на рис. 4.

У діапазоні частот 80...12000 Гц середня характеристична чутливість - близько 94 дБ/VBt-m за нерівномірності до 26 дБ. У корпусі вміщено звукопоглинаючий матеріал. Звучання цієї АС не відрізняється високою якістю.

На рис. 5а наведені результати вимірювань частотної характеристики гучномовця "Цунамі" (його конструкція аналогічна показаної на рис. 1) з тією ж головкою 4А-32. Середня ефективність фронтального випромінювання зросла до 98 дБ/VBt-m в діапазоні частот 40...20000 Гц, нерівномірність АЧХ зменшилася до 9 дБ, смуга частот, що відтворюються, розширилася. Виграш по електроакустичному коефіцієнту корисної дії прототипу та АС "Цунамі" виявився рівним 6,4 рази!

На рис. 5,6 наведена АЧХ гучномовця по вектору, з якої випливає, що смуга випромінюваних частот дорівнює 50..J6000 Гц при ефективності 96 дБ/Вт-м і нерівномірності в смузі 12 дБ. В АС 35ГД-4 і подібних до неї енергія тильного випромінювання головки перетворюється на тепло.

Виконані автором АС за аналогією з конструкцією на рис. 2 з використанням корпусів від лампових телевізорів "Рубін", "Електрон" та ін. показали чудові результати. Використовувалися головки 4А-32, 6ГД-2 та ін, здатні добре відтворювати низькі частоти. Головки з важкою рухомою системою автор не використовував у зв'язку з їх малою ефективністю та недостатньо широкою смугою робочих частот. Виготовлення запропонованих АС, позбавлених акустичного замикання, доступне в домашніх умовах і є цікавим при утилізації застарілої апаратури.

Запропонований спосіб виключення короткого акустичного замикання в гучномовці дозволяє значно вдосконалити і рупорні гучномовці. На рис. 6 спрощено показана конструкція рупорного гучномовця 1, виконаного на основі звичайної (дифузорної) електродинамічної головки 2. Пряме випромінювання звуку відбувається через рупор 3, а зворотне випромінювання від головки - через симетричний хвилевід 4. Векторна діаграма потоків звукового випромінювання в горизонтальній.

Наведені у статті конструкції АС, побудовані на основі викладених положень, – лише мала частина можливої ​​різноманітності варіантів.

література

1. Чоботи М. А. Електроакустика. - М: Зв'язок, 1978.
2. Дияконів Б. П. Побутова аудіотехніка. - Смоленськ, Русіч, 1997.
3. Бурко Б. Г., Лямін П. М. Побутові акустичні системи: експлуатація, ремонт. - Мінськ, "Білорусь", 1996,350 с.
4. Олсон Р., Маса Ф. Прикладна акустика. Переклад з англійської за ред. І. Г. Дрейзена та Ю. М. Сухаревського. - М: Радіовидав, 1938, с. 349.
5. Носов В. Н. Дослідження та розробка статистичних методів акустичного контролю гірських порід. - М: МДІ, дисертація на здобуття ступеня кандидата технічних наук, 1972, с. 157.
6. Малов Н. Н. Основи теорії вагань. - М: Просвітництво, 1971. с. 62.
7. Носов В. Н. Проблеми електроакустики та їх вирішення. Результати експериментальних досліджень зразків гучномовців та акустичних систем. - Н. Новгород: Нижегородський Державний університет Праці Нижегородської Акустичної сесії, травень 2002

Автор: В.Носов, м.Москва

Дивіться інші статті розділу Акустичні системи.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Плавуча сонячна ферма 04.12.2014 На озері в районі Беркшира (Велика Британія) на воду спущені плоти, на яких встановлено 800 фотоелектричних панелей. Їхня сумарна потужність становить 200 кВт. Проект оцінюється в 400 тис. дол. Ферма здатна виробляти відносно невелику кількість електроенергії, але очікується, що прибуток перевищить 30 тис. дол. на місяць. Передбачається, що витрати на створення ферми окупляться протягом 6 років. Важливо, що конструкції повністю виготовлені з вторинної сировини. Як розповів власник сонячної ферми Марк Беннет, розрахунковий термін її експлуатації – 30 років. Ферма безпечна навіть у разі використання у водоймищах, які задіяні для отримання питної води. Подібні конструкції не прив'язані до великих земельних ділянок, а побудувати їх можна практично на будь-яких водоймах. Окрім іншого, сонячні панелі сприяють затемненню водної поверхні, внаслідок чого зменшується випаровування води.

Інші цікаві новини:

▪ Фоторозпізнавання визначає ваше точне розташування

▪ Вітродвигуни під водою

▪ Технопрогнози на найближчі п'ять років

▪ Помідор проти комара

▪ Штучні водорості захистять океан

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Детектори напруги поля. Добірка статей

▪ стаття Широко відомий у вузьких колах. Крилатий вислів

▪ стаття Що спільного між нашим собакою та закордонними мавпою та равликом? Детальна відповідь

▪ стаття Розташування зірок у середній смузі північної півкулі. Поради туристу

▪ стаття УКХ антена типу YAGI на 144 МГц Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Міжнародні телевізійні стандарти Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024