Рупор. Конструкція та розрахунок
Як відомо, гучномовець може бути навантажений на рупор. Відомі дві модифікації пристрою рупорних головок. У першій з них, так званою широкогорлою, горло рупора безпосередньо примикає до дифузора головки. За рахунок того, що гирло має діаметр більше діаметра дифузора головки, спрямованість такого рупора гостріша за спрямованість головки. Тому звукова енергія концентрується на осі рупора і звуковий тиск зростає.
У другій модифікації (вузькогорлою) рупор зчленовується з діафрагмою (дифузором) головки через передрупорну камеру, що відіграє роль, аналогічну ролі електричного узгоджувального трансформатора. Тут узгоджуються механічні опори рухомий системи голівки і горла рупора, що збільшує навантаження на діафрагму і як би підвищує її опір випромінювання, завдяки чому сильно підвищується ККД. Таким чином, це дає змогу отримати великий звуковий тиск.
Є багато різних типів рупорів, але практично найчастіше застосовують у побутовій апаратурі експоненційний рупор, перетин якого змінюється згідно із законом:
деS0– площа вхідного отвору рупору,
β– показник експоненти.
На рис. 1 наведено різні профілі рупорів:
Як можна вивести з вище формули, поперечний переріз такого рупора збільшується на однакове відсоткове значення через кожну одиницю його осьової довжини. Значення цього відсоткового збільшення визначає нижню граничну частоту рупора. На рис. 2 представлена залежність відсоткового збільшення поперечного перерізу на 1 см осьової довжини від нижньої граничної частоти. Так, наприклад, щоб забезпечити відтворення рупором нижньої граничної частоти 60 Гц, площа поперечного перерізу повинназбільшуватися на 2% через кожний 1 см його осьової довжини. Цю залежність можна уявити і у вигляді наступного виразу:
деk– збільшення площі поперечного перерізу, %.
Для низьких частот (до 500 Гц) цей вираз спрощується і набуває вигляду:fгр.н= 27k
Якщо рупор робиться квадратного або круглого перерізу, то сторона квадрата або діаметр кола повинні збільшуватися на кожен 1 см довжини рупора на√kвідсотків . Якщо ж його роблять прямокутного перерізу з постійною висотою, то ширина перерізу рупора повинна збільшуватися на 2% на 1 см його довжини.
Проте витримати необхідне відсоткове збільшення перерізу ще замало хорошого відтворення низьких частот. Потрібно мати достатню площу його вихідного отвору – гирла. Його діаметр (або діаметр рівновеликого кола) має бути:
Так, для нижньої граничної частоти 60 Гц діаметр гирла складе близько 1,8 м. Для нижчих граничних частот розміри гирла будуть ще більшими. Крім того, рупорна головка, добре відтворюючи нижчі частоти (вищеfгр.н), недостатньо добре відтворює широкий частотний діапазон. Враховуючи це, доцільно мати дві рупорні головки: одну для відтворення низьких, а іншу – для високих частот. На рис. 3 представлений зовнішній вигляд та переріз такої АС з двома рупорними головками і фазоінвертором для відтворення частот нижчеfгр.нрупора.
Застосування низькочастотних рупорних оформлень у житлових приміщеннях обмежено розмірами приміщення. Однак, якщо така можливість є, то розрахунок рупора слід починати, задавшись площею гирла по вибраній нижній граничній частоті,зменшуючи переріз на відсотків на кожен 1 см осьової довжини до тих пір, поки не досягають площі перерізу, що дорівнює площі дифузора головки. У цьому, щоб сполучити головку з широкогорлым рупором, рупор повинен мати перетин тієї ж форми, тобто. кругле чи еліптичне. Для вузькогорлих рупорів ідентичність фоми перерізу та діафрагми головки не обов'язково, оскільки горло та діафрагма зчленовуються через передрупорну камеру. Зазначимо, сто висота камери повинна бути істотно більшою за амплітуду коливань рухомої системи головки, щоб уникнути виникнення сильних нелінійних спотворень через несиметричність деформації об'єму повітря в камері. Однак надто велика висота передрупорної камери погіршує відтворення високих частот.
Іноді, щоб зменшити габаритні розміри АС, застосовують згорнуті рупори, різні конструкції яких показано на рис. 4. Згорнуті рупори розраховують практично так само, як і звичайні. При розрахунку профілю необхідно стежити, щоб у місцях переходу (згину колін) був різких змін перерізів, викликають нерегулярності в частотної характеристиці.