Особливості роботи головки гучномовця в акустичному оформленні
Гучномовці, що використовуються в промисловій та аматорській апаратурі, у більшості випадків складаються з однієї або декількох динамічних головок прямого випромінювання, встановлених в одній скриньці з радіоелектронною частиною або в окремій скриньці. Загальна або окрема скринька, що утворює акустичне оформлення гучномовця, істотно впливає на відтворення нижчих звукових частот.
У літературі описані різні види акустичного оформлення гучномовців (щити, відкриті та закриті ящики, фазоінвертори, лабіринти тощо), їх особливості та розрахунок. В даний час, однак, можна вважати, що найбільшого поширення набули відкриті ящики» в яких акустична частина об'єднана з радіоелектронною. Майже всі приймачі (крім приймачів вищого класу), телевізори, радіоли, абонентські гучномовці тощо зібрані в таких ящиках. Менш поширені закриті ящики, які застосовуються для оформлення гучномовців стереофонічної апаратури. Відкритий ящик із встановленою в ньому радіоелектронною апаратурою неможливо розрахувати з достатньою точністю. Рекомендується лише вибирати резонансну частоту ящика в 1,5-2 рази більше за частоту основного резонансу головки. Тому доцільно показати експериментально отримані залежності частотної характеристики гучномовця від конфігурації, розмірів і конструкції відкритих ящиків. Зовнішня форма ящика впливає на частотну характеристику гучномовця внаслідок ефекту дифракції (огинання звукової хвилею перешкоди). На рис. 1 наведено частотні характеристики однієї і тієї ж головки, встановленої в ящиках однакового обсягу, але різної форми. З цих характеристик видно, що чим плавнішу форму має поверхня, прилегла до голівки, тим слабший ефект.дифракції і тим більше частотна характеристика гучномовця. Тому найкращою формою поверхні виявилася сфера (куля). Циліндрична чи сферична форма акустичного оформлення придатна переважно для закритих акустичних систем. Нашою промисловістю зараз випускаються кульові акустичні системи 6АСШ-1. Аматорська конструкція сферичного гучномовця була описана в "Журналі "Радіо" 1969 № 12.
Мал. 1. Частотні характеристики гучномовця в ящиках різної форми (точкою є місце розташування головки)
Мал. 2. Вплив розміру ящвка на відтворення нижчих частот: 1 для ящика 130х130х30 см; 2- для 65х65х20 см; 3- для 30х30х15 см.
Вплив розміру відкритої скриньки на відтворення нижчих частот показано на рис. 2 де наводяться частотні характеристики головки, що має діаметр 25 см і основний резонанс рухомої системи на частоті 30 Гц. Порівняння частотних характеристик показує, що зі зменшенням розміру ящика знижується віддача гучномовця на нижчих звукових частотах і водночас зростає перший резонансний пік частотної характеристики, який переміщається одночасно в область вищих частот.
Мал. 3. Вплив глибини ящика на відтворення нижчих частот: 1 – для ящика 60х60х20 см; 2 – 60х60х40 см; 3 – 60х60х60 см
Це вказує на резонансний характер впливу ящика на частотну характеристику. Більше помітно проявляється резонанс зі збільшенням глибини ящика, що наочно підтверджується частотними характеристиками головки, вміщеної в ящики різної. глибини (рис. 3). Як видно з малюнка, крива 3, що відповідає найбільшій глибині ящика, має найбільший і гострий резонансний пік частоті біля ПО Гц, що сприймаєтьсяяк неприємний звук, що гуде. Щоб такого небажаного піку не було, глибина ящика повинна бути не більше ніж 1/8 довжини хвилі найнижчої частоти робочого діапазону.
Мал. 4. Частотні характеристики гучномовця в ящику об'ємом 25 дм3 (літрів): 1-з відкритою задньою стінкою; 2 - із закритою
Зазначені вище особливості формування частотної характеристики гучномовця з відкритим ящиком пояснюються інтерференцією, тобто взаємодією звукових хвиль, що приходять у місце прослуховування від передньої та задньої сторін дифузора і призводять до ослаблення або посилення звуку в залежності від співвідношення фаз. У закритому ящику такі інтерференційні явища виключаються. Однак пружність повітря, що знаходиться в закритому ящику, складається з пружністю рухомої системи головки. В результаті збільшується основна резонансна частота гучномовця, а віддача на нижчих звукових частотах знижується. Вплив закритої стінки на частотну характеристику гучномовця області нижчих частот показують криві, наведені на рис. 4, на яких видно різкіше зниження віддачі гучномовця із закритою задньою стінкою на частотах нижче 100 Гц.
Мал. 5. Вплив основного (механічного) резонансу рухомої системи головки, що працює у відкритій скриньці: 1 - частота резонансу 150 Гц; 2 - частота резонансу 30 Гц
Слід, однак, підкреслити, що правильний вибір розміру гучномовця ящика із закритою стінкою і застосування в ньому відповідного звукопоглинаючого матеріалу дозволяють значно послабити зниження віддачі на нижчих звукових частотах і отримати хороші результати. Всі наведені вище частотні характеристики, що показують вплив зовнішнього оформлення на роботу гучномовців в області нижчих частот, вивчалися з головками,мають дуже низьку (20-30 Гц) основну резонансну частоту рухомої системи. Якщо частота нижче цієї, різко знижується віддача, підвищити яку неможливо ніякими акустичними екранами або ящиками.
Рис, б. Вплив основного резонансу рухомої системи головки, що працює в закритому ящику: 1 частота резонансу 150 Гц; 2 - частота резонансу 30 Гц
Залежність частотної характеристики гучномовця області нижчих частот від частоти основного резонансу рухомий системи головки показано на рис. 5 і 6-відповідно для відкритого та закритого ящиків. З наведених частотних характеристик видно, гучномовець з головкою, основна резонансна частота якої у відкритому ящику дорівнює 150 Гц, має значний пік на цій частоті (крива рис. 5) і різке зниження віддачі на частотах, що лежать нижче її. Застосування у тому самому ящику головки, має частоту 30 Гц, помітно покращує частотну характеристику гучномовця (крива 2, рис. 5) у нижчих частот. При закритому ящику помітніша різниця у величині основної резонансної частоти головки через пружність замкнутого об'єму повітря, що призводить до підвищення цієї частоти. З рис. 6 (крива /) видно, що основний резонанс підвищився до 200 Гц і тому підвищення рівня нижчих частот, незважаючи на відсутність випромінювання з задньої сторони, дуже незначне. Застосування ж у цій скриньці головки з основною резонансною частотою 30 Гц призводить до значного поліпшення частотної характеристики (крива 2, рис. 6), оскільки основний резонанс системи дорівнював 70 Гц. При відносно малому розмірі закритого ящика (60х60х20 см) частотна характеристика гучномовця практично рівноцінна тій, яка виходить при відкритому ящику розміром 130х130х30 см (крива 1, рис. 2). Отже, взакритій скриньці доцільно застосовувати головки з дуже низькою основною резонансною частотою (20-30 Гц). Крім зміщення (підвищення) частоти основного резонансу, замкнутий обсяг повітря викликає додаткові резонансні явища більш високих частотах. Вони збільшують нерівномірність частотної характеристики гучномовця.
Для усунення додаткових резонансів, створюваних повітряним об'ємом ящика та відбиттям, внутрішні поверхні ящика покривають звукопоглинаючим матеріалом або заповнюють весь об'єм ящика. Крім покращення віддачі в області нижчих частот, акустичне оформлення гучномовця може істотно вплинути на демпфування рухомої системи головки. При ефективному демпфуванні значно покращуються звані перехідні характеристики гучномовця, що дозволяє без спотворень відтворювати звуки імпульсного характеру. . Динамічна структура мови та музики якраз і має імпульсний характер, а тому належне демпфування в гучномовцях призводить до зменшення частотних н нелінійних спотворень. Відомі різні способи демпфування рухомої системи: як електричні, і акустичні. До останніх відноситься демпфування за допомогою панелей акустичних опорів ПАС (див. «Радіо, 1969).
Виготовлення та застосування їх доступне для радіоаматорів, які займаються високоякісним звуковідтворенням. Зниження нижньої межі частотного діапазону зазвичай призводить до збільшення розмірів акустичного оформлення. Це обмежує можливості застосування таких великих агрегатів у аматорських умовах, а особливо при стереофонічному відтворенні, коли потрібні два агрегати, та ще симетрично рознесені на 1,5—2 м. Тому й виникла потреба та розробка малогабаритних акустичних системMAC, в яких невелика, але досить потужна головка з низькою основною резонансною частотою встановлюється в порівняно невеликий закритий ящик, об'єм якого, а також кількість звукопоглинаючого матеріалу знаходяться в суворій залежності від типу головки. Для роботи у відкритих ящиках такі головки не придатні, в закритому ящику основна резонансна частота гучномовця, звичайно, підвищується, але не виходить за задані номінальні межі. Слід зазначити, що з акустичному демпфуванні зниження віддачі на нижчих частотах можна скоригувати відповідним підйомом частотної характеристики підсилювача НЧ. Для відтворення найвищих частот застосовується окрема високочастотна головка, тобто акустичний агрегат виконується двосмуговим.