Громкоговорители динамики, рупоры и телефоны

Категория реферата: Рефераты по радиоэлектронике
Теги реферата: реферат бесплатно на тему, курсовые работы бесплатно
Добавил(а) на сайт: Putincev.

При одинаковом звуковом давлении (отдаче) телефоны разного сопротивления имеют разные чувствительности. Чтобы сравнить телефоны, вводят понятие приведенной чувствительности: Мпр= Мт [Zт]/Zст, где Мпр - приведенная чувствительность телефона, Па/В; Мт - его чувствительность (отношение звукового давления к подводимому напряжению); [Zт] - модуль его электрического сопротивления; Zст - стандартное сопротивление, которое в телефонии принимается равным 600 Ом.
Средняя чувствительность телефона типа ТК-47 в диапазоне 300 Гц...3 кГц составляет 15...- 17 Па/В, а сопротивление его катушек постоянному току -
130 Ом В переговорных устройствах и на радиостанциях в основном применяется телефон типа ТА-4, частотная характеристика которого более равномерна, средняя чувствительность в диапазоне 300 Гц... 4 кГц составляет 3 Па/В при сопротивлении постоянному току 2,2 кОм в 15
Па/В - при сопротивлении 65 Ом. Более сложную магнитную систему имеет телефон типа ДЭМК-6А. Для того чтобы при изменениях атмосферного давления его диафрагма не прогибалась внутрь или не выпучивалась, телефон снабжен керамической пробкой, пропускающей воздух, но не пропускающей влагу. Средняя чувствительность составляет
20 Па/В при сопротивлении постоянному току 130 Ом. Несколько отличается от него телефон типа ДЭМК-7Т. В нем нет керамической пробки, а в основании проделан ряд отверстий, что придает его частотной характеристике многорезонансный характер, как, например, у телефона типа ТА-4, Электрические эквивалентные схемы телефонов типов
ДЭМК-6А и ТК-47 одинаковы. При сравнительном рассмотрении частотных характеристик чувствительности перечисленных телефонов нужно учитывать; что они не приведены к стандартному сопротивлению 600 Ом н поэтому располагаются на равных уровнях.
[pic]

Для прослушивания радиопередач, звукового сопровождения телепередач и звукозаписи применяются стереофонические телефоны в основном элек-

Рис. 1. Устройство телефона: а - тип ТДС-1 (1 - малый электродинамический громкоговоритель; 2 - корпус;
3 - решетка; 4 - мягкий амбушюр; 5 - контакт; 6 - звукопоглощающий материал); б - квадрофонический ( 1,2 - громкоговорители соответственно переднего и заднего каналов; 3 - амбушюр; 4 - корпус); в,г - изодинамический. тродинамического типа. Описание принципа действия этого типа телефонов приводится ниже; в качестве примера приведем конструкцию телефона ТДС-1
(рис. 1, а). В корпусе находится малый электродинамический громкоговоритель с диффузором или полусферической диафрагмой. Пространство между ним и корпусом заполнено звукопоглощающим материалом (поролон).
Перед громкоговорителем находится перферированная решетка.
К краю корпуса примыкает мягкий амбушюр, прилегающий к ушной раковине. Пара таких телефонов позволяет получить высококачественное воспроизведение особенно низших частот при малой мощности, обеспечивая хороший стереофонический эффект н довольно надежно изолируя слушателя от внешних шумов, а окружающих от звуков воспроизведения. Устройства квадрафонического телефона схематически показано на рис. 1 б. Его основным отличием является то, что на каждое ухо действуют два громкоговорителя. На рисунке приведены громкоговорители переднего и заднего каналов, например правых каналов. Так же устроен телефон перед него и заднего левых каналов.
Преобразователи передних каналов располагаются при надевании наушников прямо против входа в слуховые каналы, а задние смещены за ушную раковину, что не сколько ослабляет высокие частоты. Иногда оба громкоговорителя включаются через специальный электрический контур, позволяющий подчеркнуть низкие частоты для одного преобразователя и высокие для другого.

Электродинамические головные телефоны построены на электродинамическом принципе, но без применения громкоговорителей.
Наиболее- известный из них - изодинамический. Он состоит из магнитной системы и диафрагмы. Оригинальная магнитная система, в свою очередь, состоит из двух дискообразных магнитов, например, из феррита бария, намагниченных так, что каждый из них имеет три пары полюсов. Например, центральная часть, ограниченная окружностью, имеет полярность N , следующая кольцевая - S, а наружная кольцевая - N. Таким образом, по поверхности магнита проходят два радиальных магнитных потока. Так же намагничен и второй магнит, Магниты по всей плоскости перфорированы для того, чтобы обеспечить проход звука через отверстия при колебаниях диафрагмы из синтетической пленки, натянутой между магнитами на равных расстояниях от поверхности каждого из них. На пленку нанесен проводник в виде спирали. В том месте, где встречаются противоположно направленные потоки (окружность, проходящая через точку А), витки спирали начинают идти в обратном направлении. Следовательно, сохраняется взаиморасположение магнитного поля и электрического тока. Диафрагма изодинамического телефона возбуждается по всей поверхности, поэтому он очень эффективен, имеет весьма равномерную частотную характеристику и ничтожные линейные искажения.

В пьезоэлектрических телефонах используются пьезоэлектрические синтетические пленки. Фирма "Пайонир" применяет пленку поливинилиденфлуорид. Она имеет разную толщину (от 8 до 30 мкм), малую жесткость и удовлетворительные пьезоэлектрические параметры.
Качество такого телефона достаточно высокое. При этом он не требует напряжения поляризации (см. ниже описание электростатических громкоговорителей).
[pic]

Рис. 2. Устройство диффузионного электродинамического громкоговорителя:
1 - звуковая катушка; 2 - диффузор; 3 - подвес диффузора; 4 - корпус; 5 - шайба; 6, 8 - фланцы; 7 - магнит; 9 - керн; 10 - кольцевой зазор; 11 - отверстия для выхода тыльного излучения.

Диффузорные электродинамические громкоговорители. В диффузорном громкоговорителе диффузор (рассеиватель),входящий в его механическую подвижную систему, выполняет функции преобразования механических колебаний в акустические и излучения звука.

Процесс излучения звуковых волн довольно прост: при своих колебаниях диафрагма приводит в движение частицы прилегающего к ней воздуха, создавая попеременно его сжатие и разрежение. Колебания этих частиц передаются соседним слоям воздуха и т. д., создаются волны сжатия и разрежения, которые движутся со скоростью звука вдаль. На рис. 2 приведен схематический чертеж электродинамического громкоговорителя.
Принцип его действия заключается в том, что катушка с накатанным на нее проводом; находящаяся в радиальном магнитном поле, при пропускании через нее переменного тока i испытывает действие силы F = Bli где В - индукция в зазоре; l - длина провода.

Эта сила приводит в движение диффузор, жестко скрепленный с катушкой (называемой звуковой) и подвешенный к корпусу по внешнему краю, а также центрируемый шайбой. В результате диффузор является поршневым излучателем и имеет одну степень свободы колебаний (только по осевому направлению). Магнитное поле создается кольцевым постоянным магнитом (в ряде громкоговорителей магнитом служит керн) и магнитной цепью из двух фланцев и керна. Между керном и верхним фланцем есть кольцевой зазор, в котором размещена звуковая катушка, свободно колеблющаяся в нем. Чтобы диффузор не изгибался как мембрана и для создания необходимой жесткости, ему обычно придают
Форму усеченного конуса с круговым или эллиптическим основанием.
Тем не менее на высших частотах диффузор, изгибаясь, колеблется как мембрана: волны изгиба двигаются от центра к периферии и обратно, создавая стоячие волны по радиусам диффузора.
Для больших диаметров диффузора (около 25 см) эти колебания начинают появляться на частотах выше 1500 Гц, для меньших - на более высоких частотах и воспринимаются слушателем как искажения звука.

Механическая колебательная система имеет резонансную частоту
Wм = 1/sqr(mcm), которую называют частотой механического резонанса (m
- масса подвижной системы; Сm- ее гибкость. Ниже частоты механического резонанса среднее звуковое давление громкоговорителя резко падает.
Практически для широкополосных громкоговорителей не удается уменьшить частоту механического резонанса до 60...70 Гц. Следовательно, нижняя граница передаваемого диапазона частот не менее 50...60 Гц, а в большинстве случаев не менее 70...80 Гц. Частоту, выше которой диффузор колеблется как мембрана, можно повысить (при сохранении его массы и размеров), придав диффузору большую жесткость. Эта достигается утолщением стенок диффузора с уменьшением
[pic]

Рис. 3. Частотная характеристика давления диффузорного громкоговорителя тина 4ГД-8Е в экране.

их толщины к периферии.

Одновременно с этим уменьшают плотность материала, например делают его пористым (без сквозных пор). Применяется различная пропитка материала диффузора, поэтому в диапазоне частот, в котором диффузор колеблется как мембрана, частотная характеристика получается очень изрезанной (рис. 3). Но так как слух человека из-за достаточно широких критических полосок слуха сглаживает частотную характеристику, то не все пики и провалы заметны на слух. Частотная зависимость осевой чувствительности громкоговорителя (отношение звукового давления на оси к подводимому напряжению) без учета резких пиков и провалов близка и равномерной до частот примерно 6...7 кГц (см. рис. 3). Это объясняется тем, что с увеличением частоты перестает колебаться внешняя, часть диффузора. Выше 7...8 кГц частотная характеристика круто падает. Все это относится к несоставным громкоговорителям, рассчитанным для работы в широком диапазоне частот.
[pic]

Рис. 4. Громкоговоритель с дополнительным корпусом.

Верхнюю границу диапазона частот повышают до 10...12 кГц, например, кольцевой гофрировкой диффузора. При этом с увеличением частоты перестают колебаться один за другим внешние участки диффузора, одновременно уменьшается возможность колебания его как мембраны. Другой способ - применение дополнительного конуса, который вставляется внутрь диффузора
(рис. 4).

В этих случаях на высоких частотах основной диффузор перестает работать из-за относительно гибкого соединения его со звуковой катушкой и в работу включается малый диффузор, достаточно жесткий и легкий.
Чувствительность (эффективность излучения) громкоговорителя на высоких частотах повышают, уменьшая индуктивность звуковой катушки, например, с помощью вихревых токов Фуко; уменьшение индуктивности снижает ее электрическое сопротивление и приводит к возрастанию тока на высоких частотах. Для этого на керн надевают насадку в виде медного колпачка е разрезом. На низких частотах чувствительность громкоговорителя повышают, применяя специальные акустические оформления.

Направленность одиночных диффузорных громкоговорителей неявно выражена из-за малости поверхности излучения; она проявляется в диапазоне высоких частот.

Наибольшая подводимая к головке электрическая мощность ограничена значением, при котором коэффициент гармоник не превышает нормы, установленной ГОСТом или техническими условиями (обычно не более 5...10% на частотах 100...200 Гц). Этот параметр называют номинальной мощностью, выражают ее в ваттах, указывают в паспорте или другом документе на головку.
В настоящее время громкоговорители выпускаются мощностью 0,025...50 Вт. КПД головки громкоговорителя (отношение излучаемой акустической мощности к подводимой электрической)снижается при уменьшении ее размеров, так как одновременно уменьшаются площадь поверхности диффузора, объем провода катушки и индукция в зазоре. Поэтому у малогабаритных громкоговорителей значение КПД очень мало: в основном составляет 0,2...0,5%, не превышая даже у самых мощных 1...2%. Чтобы скомпенсировать уменьшение звуковой отдачи, сопутствующее снижению КПД, к громкоговорителям малогабаритных акустических систем приходится подводить существенно большую мощность.
Среднее стандартное звуковое давление, создаваемое современными динамическими головками, составляет 0,1...0,3 Па. Нелинейные искажения в диффузорных громкоговорителях в основном создаются из-за нелинейности механической системы в центрирующей шайбе и подвесе диффузора и из-за неравномерного распределения индукции в зазоре. Коэффициент нелинейных искажений на частотах около 100 Гц доходит до:1О% и более. Для его уменьшения применяют центрирующие шайбы, имеющие сложную конфигурацию и выполненные из специальных материалов, гофрированные подвесы, а также полюсные наконечники такой формы, при которой создается: более равномерное поле в зазоре. Для маломощных громкоговорителей высоту звуковой катушки делают больше высоты зазора, вследствие чего число пересекаемых силовых линий не зависит от амплитуды колебаний. В электродинамических громкоговорителях возможно появление субгармонических искажений, в результате которых создаются составляющие с частотами, равными половине частоты колебаний диффузора. Эти субгармоники появляются в тех случаях, когда образующая диффузора прямолинейна, т.е. когда диффузор имеет коническую форму. Чтобы уменьшить возможность возникновения субгармоник, образующей диффузора придают криволинейную форму (например, экспоненциальную).

Внутреннее сопротивление громкоговорителей обычно составляет несколько ом. Для согласования его с сопротивлением приемника, трансляционной линии и т.п. применяют трансформаторы. При этом входное сопротивление громкоговорителей с трансформатором определяется номинальным напряжением источника мощности и номинальной мощностью громкоговорителя Zbx =Uном/Pном.

Рупорные излучатели. Основным недостатком громкоговорителей непосредственного излучения является их чрезвычайно низкий КПД. Причина этого заключается в несогласованности сопротивлений механической системы и окружающей среды. Для повышения сопротивления излучения нужно увеличивать размеры излучателя, но это повлечет рост механического сопротивления массы излучателя и не даст выигрыша в КПД. Поскольку диффузор выполняет две функции: преобразования механических колебаний в акустические и излучения этих колебаний в окружающую среду, разрешить такое противоречие можно только разделением этих функций, которое осуществляется в рупорных громкоговорителях, Рупор служит также для согласования сопротивлений механической системы и окружающей среды. Рупором называют трубу с переменным сечением. Входное отверстие излучающего рупора (горло) меньше, чем выходное (устье). Выходное отверстие является излучателем, а входное - нагрузкой для механической системы. Таким образом, излучатель может быть сделан сколь угодно большим, а механическая система - небольшой и потому легкой.
[pic]

Рис. 4. Виды рупоров: а - сдвоенный; б - секционированный.

Рупоры применяют с различным законом изменения поперечного сечения.
Наиболее распространены рупоры экспоненциальные; реже применяются конические, так как они имеют значительно менее равномерную амплитудно- частотную характеристику. Для острой направленности и более низкой границы передаваемого диапазона частот следует увеличивать выходное отверстие рупора и выбирать рупор большей длины. Для увеличения длины рупор часто свертывают или складывают (рис. 4). С аналогичными явлением мы сталкиваемся в духовых музыкальных инструментах: чем ниже регистр инструмента, тем длиннее его рупор.

Для концентрации или расстояния звуковых волн применяются акустические линзы, основанные на преломлении звуковых лучей при переходе из одной среды в другую с разными скоростями распространения
(например, скорость распространения звуковых волн в пористых материалах или в решетках и жалюзи пластин отличается от скорости распространения в открытом пространстве). К недостаткам рупора можно отнести нелинейные искажения, обусловленные большой величиной и резким изменением амплитуды звукового давления в пределах одной длины волны в горле рупора, а также частотные искажения в рупорах конической формы.
Рупорные электродинамические громкоговорители имеют два конструктивных варианта: узко- и широкогорлые. Площадь входного отверстия рупора в узкогорлых громкоговорителях в несколько раз меньше площади поршневой диафрагмы, в широкогорлых - эти площади или одинаковы, или близки друг к другу.
[pic]

Электростатические громкоговорители делятся на конденсаторные, электретные и пьезогромкоговорители.

Рис. 5. Конденсаторный громкоговоритель: а - конструкция (1 - массивный электрод; 2 - гибкий электрод с изоляцией; 3
- натягивающий винт); б - схема включению.

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки