Динамические головки | Параметры головок громкоговорителей
В составе домашнего аудиокомплекса любители высококачественного звуковоспроизведения применяют акустические системы (АС) как заводского изготовления, так и собственной разработки. Если раньше конструирование самодельных АС сдерживалось дефицитом основных комплектующих изделий головок громкоговорителей (ГГ), то теперь только финансовыми возможностями.
Сейчас на радиорынках и в магазинах представлен широкий спектр отечественных ГГ как современных, так и прежних годов выпуска, а также зарубежных. Иногда по информации в газетах бесплатных объявлений можно приобрести готовую АС за сумму, меньшую рыночной стоимости динамических головок, входящих в ее состав.
При выборе головок громкоговорителей и при анализе параметров, определенных по различным стандартам и методикам, конструкторы АС часто испытывают затруднения. В таблице приведены параметры низкочастотных, среднечастотных и высокочастотных и широкополосных отечественных головок, а также некоторые параметры линейки ГГ с сотовыми диафрагмами, разработанные российской фирмой «Звук» на базе научных исследований ВНИИРПА им. А.С. Попова.
Наименование, номинальная мощность, мощность нормирования коэффициента гармоник Кг или рабочая мощность соответствуют ГОСТ 9010-67 и действующему ОСТ 4.383.001-85 по международным рекомендациям МЭК581-7.
Уровень характеристической чувствительности головок старых типов приведен в соответствии с ОСТ, так как понятия предельных долговременных и кратковременных мощностей не имеют ничего общего с высококачественным звуковоспроизведением, а лишь характеризуют механическую и электрическую прочность головок,
то максимальный уровень звукового давления рассчитан для подводимой мощности, равной предельной шумовой, которую приближенно можно считать границей линейности преобразования звукового сигнала из электрической формы в акустическую.
Введение в действие ОСТ4.383.001-85 кроме введения новых параметров (трех видов предельных мощностей и др.) и замены понятия динамическая головка на головка громкоговорителя с неблагозвучной аббревиатурой ГГ позволило заводам изготовителям нормировать в ТУ коэффициент гармоник Кг при
номинальной или рабочей мощности, соответствующей номинальному звуковому давлению в диапазоне от 90 дБ и выше. В большинстве случаев такая перестраховка оправдана жесткими нормами МЭК и ГОСТ23262-88 на АС, однако часто приводит к крайностям, доходящим до абсурда.
Так, коэффициент гармоник 7 % (125 Гц), 5 % (200-400 Гц), 3 % (630 Гц и выше) для пятиваттной головки 5ГДШ-1 нормируется при рабочей мощности 3 Вт, а для десятиваттной 10ГДШ-2 такой же Кг — при мощности 2 Вт. Как видно из таблицы, примеров номирования Кг при мощностях, много меньших предельной шумовой по
ОСТ и даже номинальной по ГОСТ, достаточно. Часть динамических головок, представленных в таблице, обладающих высокой чувствительностью, давно снята с производства, но еще встречается на радиорынках (например, 6ГД-2 по цене $15-20 за пару).
Следует учитывать, что высокий уровень характеристической чувствительности в них достигнут путем предельной оптимизации конструктивных параметров — малой массой диффузора и величиной магнитного зазора, а также повышенной гибкостью подвесной системы и индукции 8 зазоре.
Поэтому для получения малой неравномерности АЧХ на НЧ требуется относительно большой объем акустического оформления (обычно 100 дм3 и более) для АС закрытого типа. В последние годы основную пару фронтальных акустических систем все чаще дополняют отдельной активной или пассивной низкочастотной
акустикой сабвуфером, что позволяет при корректном применении сформировать в НЧ области 20-150 Гц звукового спектра дополнительную полосу излучения и значительно снизить интермодуляционные искажения на частотах выше верхней рабочей частоты сабвуфера, а также уменьшить суммарную неравномерность АЧХ АС на НЧ. Для этого необходимо применить узел согласованных активных разделительных фильтров с регуляторами уровня и фазы сигнала сабвуфера.
В табл.2 и 3 соответственно приведены некоторые основные параметры АС и активных сабвуферов ведущих западных фирм по материалам журнала STEREO&VIDEO, в табл.4 параметры некоторых отечественных АС нулевой и первой групп сложности, двух АС невысокого уровня качества, а также результаты испытаний трех экспериментальных АС в НЧ диапазоне.
После введения в действие ГОСТ 23262-83 и ГОСТ 23262-88, соответствующих международным рекомендациям МЭК581-7, стало возможным корректное сравнение характеристик зарубежных и отечественных АС. Подавляющее большинство АС (кроме сабвуферов) имеет верхнюю граничную частоту 20 кГц и более,
неравномерность АЧХ в диапазоне частот выше 100 Гц не более ±4 дБ. Основные различия наблюдаются по габаритным размерам, диапазону подводимой мощности, уровню характеристической чувствительности максимальному уровню звукового давления, а также по неравномерности АЧХ в области НЧ.
В отличие от методик определения нижней граничной частоты по уровню -10 дБ относительно уровня среднего звукового давления в диапазоне частот выше 100 Гц, принятой в лаборатории STEREO&VIDEO, нижняя граничная частота для широкополосных АС определена в трех точках по уровню -3, -6 и -10 дБ относительно максимума АЧХ в диапазоне 20-150 Гц, что позволяет более детально проанализировать ход частотной характеристики в области самых нижних частот.
Сравнение приведенных в таблицах параметров показывает, что большинство отечественных АС имеет неравномерность АЧХ на уровне лучших зарубежных моделей, уступая им по уровню чувствительности, максимальному звуковому давлению и габаритным показателям.
При умеренном уровне звукового давления 90-94 дБ отечественные АС обеспечивают приемлимый уровень нелинейных и интермодуляционных искажений в соответствии с рекомендациями МЭК и не нуждаются в комплектации дополнительным НЧ излучателем, так как имеют (по уровню -8…-10 дБ) довольно низкую нижнюю рабочую частоту. При эксплуатации на больших уровнях громкости дополнение сабвуфером становится практически необходимым.
При изготовлении АС собственной разработки любители высококачественного звуковоспроизведения могут получить лучшие параметры, чем в серийных моделях. Для этого можно использовать большой арсенал методов [6-13] и средств [14-27], накопленный отечественными конструкторами.
www.radiochipi.ru
Динамические головки для акустических систем
Подойдя к прилавку магазина, торгующего динамическими головками (ДГ), порой даже искушенный радиолюбитель испытывает затруднения при выборе того или иного типа ДГ из представшего его взору хотя и богатого, но специфического набора ДГ отечественные, китайские, польские и т.п.
Ценителей высококачественного звука, готовых выложить «кругленькую» сумму для удовлетворения своих потребностей, эти ДГ не интересуют. У истинных же радиолюбителей, которые, как рыболовы. мечтают на маленького червячка вытянуть из реки огромную рыбу, именно они вызывают наибольший интерес.
По соотношению цена/качество некоторые из «по name» ДГ отрываются далеко вперед от своих именитых коллег. Поскольку из названия этих динамических головок прямого излучения и изготовивших их фирм много информации не почерпнешь, приходится выбирать по их внешнему виду и той скудной информации, которая приведена на наклейке (обычно Rном и Рмакс).
Хотя такой входной контроль и не гарантирует от серьезных проколов, но при знании некоторых нюансов конструкции современных головок он может дать многое. Наверное каждый радиолюбитель, разглядывающий витрины с динамическими головками, обращал внимание на многочисленные модификации головки ЗГДШ-2 (2ГД-40), имеющие паспортную мощность и 3Вт и 5Вт и 6Вт.
При сравнении их внешнего вида выясняется, что у более мощных динамиков высота звуковой катушки увеличена почти вдвое. Диаметр центрирующей шайбы и длина гибких выводов у них тоже больше. Первое указывает на возможность безболезненно рассеять вдвое большую мощность подаваемого электрического сигнала, а все вместе на увеличенную максимальную амплитуду колебаний их подвижной системы при нормированном уровне искажений.
А теперь взглянем на размер примененных в них магнитов. При размерах магнита как у ЗГДШ-2 увеличение высоты ЗК привело бы к значительному снижению КПД и увеличению полной добротности (Qn), а у ЗГДШ-2 и без того Qn=1.2. И тут выясняется, что среди громкоговорителей мощностью 5 Вт, имеющих даже одинаковую маркировку, можно встретить и полный аналог головки 3ГД-42 (с магнитом как у 4ГД-8), и головки с уменьшенной высотой магнита.
Если у первых Qn=0.7, то у вторых Qn=1. При этом и по КПД головки второго типа уступают первым. А вот у 6-ваттных ДГ магнит почти такой же, как у 3ГДШ-2 (их Qn=1.6). Предлагаю читателям угадать за счет чего увеличена максимальная мощность 6-ваттных головок? Правильно!
Этот пример показывает, как анализ внешнего вида ДГ, основанный на знании принципов их работы, помогает сделать правильный выбор лучшей из рассмотренной «генерации» динамических головок является головка мощностью 5 Вт с магнитом как у 4ГД-8. те, аналог 3ГД-42. Кстати, последние после их доработки по приведенной в [1] методике начинают превосходить по качеству звучания даже доработанные 4ГД-53 и ее клоны (на более толстый и плотный гофр и диффузор последних доработка оказывает слабое влияние).
Методы «повышения» паспортной мощности ДГ отечественными производителями и в подметки не годятся изобретательности зарубежных умельцев. Говорю это без доли иронии, ведь уважающий себя разработчик при снижении КПД головок, даже если это чисто маркетинговый трюк, должен сохранить их хорошее качество звучания, что не так-то просто.
Однажды мне принесли две зарубежные широкополосные «малютки» с крохотным ферритовым магнитом, на которых было указано, что их Рмакс=50 Вт. При первом же взгляде на них в голове промелькнула мыслишка: не выдержат! Выдержали! Однако громкость их звучания при подведении 20 Вт оказалась такой же, как у ЗГД-42 при 1 Вт электрической мощности.
Измеряю параметры Qn=1.3 — сносно, а вот электрическая добротность Qэ=6. Причина очень низкого КПД головок, который обратно пропорционален Qэ, установлена. При внешнем осмотре ДГ выяснилось следующее: подвес выполнен из достаточно толстого пористого материала, имеющего повышенные механические потери.
При установке такой головки в закрытый ящик (ЗЯ) пористый подвес будет выполнять еще и функцию панели акустического сопротивления (ПАС), но главное он нарушит герметичность оформления, что при большой величине отношения эквивалентных объемов головки и ящика (Vr/Vя) недопустимо. Центрирующая шайба изготовлена из очень плотной ткани, благодаря чему она выполняет функцию ПАС вне зависимости от типа оформления.
Кстати, из-за последней конструктивной особенности у одной головки наблюдался призвук на низких частотах, поначалу не поддающийся идентификации. На осциллограмме это выглядело как искривление одной из полуволн синусоиды. Оказалось, что центрирующая шайба на длине около 5 мм не была приклеена к диффузородержателю.
Эта щель работала как клапан при движении диффузора внутрь под воздействием избыточного давления воздуха щель открывалась, а при движении наружу закрывалась (при приближении к этой щели микрофонного капсюля на осциллограмме наблюдался мощный, меняющий форму импульс).
Из-за малой величины механо-акустической добротности (с помощью перечисленных выше мер разработчику удалось снизить Qм до 1.5) и одновременно высокой Qэ, горб на АЧХ входного сопротивления у этих ДГ практически отсутствует. При этом их с одинаковым успехом можно питать как от усилителя напряжения (УН), так и от усилителя тока (УТ).
Поскольку Qп ДГ определяется. в основном, величиной Qм, то модуляции Qп при большой амплитуде колебании подвижной системы не происходит. Это способствует тому, что качество звучания изготовленных на их основе ГГ открытого типа оказалось на должном уровне, как и положено изделию именитого производителя.
Если такие ДГ установить в ЗЯ, то подбубнивание, вызванное повышенной величиной Qпя, можно устранить введением в электрический тракт режекторного фильтра с fр=fря, Q=Qпя и коэффициентом передачи на резонансной частоте К=(0.5.. 0,7)/Qпя. Этот фильтр лучше установить до УМЗЧ, хотя в данном конкретном случае (отсутствие горба в АЧХ входного сопротивления ГГ) это не столь принципиально.
Рассмотренный пример показывает, как искусственное снижение КПД головок при одновременном предупреждении их бубнения дает хотя и малоутешительный, но все же положительный побочный эффект значительно снижается модуляция Qп. Отдавать ли таким ДГ предпочтение или нет, решать вам, поскольку из вашего кармана будет изыматься будет изыматься кругленькая сумма как за ГГ на их основе и работающий в паре с ними мощный УМЗЧ, так и за потребляемую УМЗЧ электроэнергию (на радость производителям всего перечисленного).
А ведь если бы в этих ДГ был применен более мощный магнит, то звучали бы они ничуть не хуже, но тогда на них должна была стоять честная цифра (например, Рмакс=5 Вт), при которой они развивали бы такую же акустическую мощность, что и рассмотренные ДГ при Р=50 Вт. Конечно, одновременно с некоторым увеличением затрат на производство таких ДГ с Рмакс=5 Вт, производителям пришлось бы намного снизить их цену, ведь против психологии потребителя не попрешь. А им это надо? А потребителю? Увы, похоже, что пока тоже нет!
Ведь его приучили ориентироваться не на акустическую, а на электрическую мощность ЗВУ. Вот и получается, что от нашего мировоззрения зависит, на достижение какого эффекта будут направлены потуги конструкторской мысли разработчиков ДГ и ЗВУ в целом.
В последнее время резко возрос спрос на ДГ с экранированной магнитной системой. Вняв веяниям времени, некоторые производители, недолго думая, накрыли магнитную систему с единственным ферритовым магнитом стальным колпаком. Конечно, поставленной цели они достигли, но это привело к снижению КПД таких головок и увеличению Qп почти вдвое.
Если владельцы таких отечественных головок не нуждаются в их магнитном экранировании, то эти колпаки рекомендуется снять. У головок зарубежных производителей экранирующие колпаки обычно приклеены. Не следует пытаться их оторвать можно повредить ДГ.
Выяснить, два магнита у них лсд колпаком (в этом случае снятие колпака приведет к ухудшению параметров ДГ) или один, можно лишь приблизительно по высоте этого колпака. Если возникли сомнения по этому поводу в отношении какой-либо ДГ, лучше воздержаться от ее приобретения.
При внешнем осмотре приобретаемых ДГ следует обращать внимание на надежность крепления к диффузору гибких выводов и идущих к ним от ЗК проводников. Точки крепления выводов к диффузору должны быть расположены симметрично относительно закрепленной на диффузородержателе планки с лепестками выводов, а сами выводы иметь симметричные плавные изгибы. Центральный колпачок должен быть приклеен надежно и строго по центру диффузора.
Надежным должно быть и крепление подвеса и центрирующей шайбы к диффузору и диффузородержателю. Особое внимание обратите на форму центрирующей шайбы: все кольца ее гофрировки должны лежать в одной плоскости (выпуклая либо вогнутая поверхность центрирующей шайбы недопустимы). При легком механическом смещении диффузор не должен задевать подвижную систему (при смещении диффузора необходимо прикладывать одинаковые усилия на симметричные относительно его
центра точки). Желательно, чтобы металлический диффузородержатель был окрашен как с наружной, так и с внутренней стороны. Это снижает его вибрацию.
В распоряжение радиолюбителей часто попадают различные подержанные головки, в основном, отечественных производителей. К сожалению, достаточно высокий заложенный в их конструкцию потенциал остался нереализованным по причине низкого технологического уровня производства Не спешите их браковать При некоторых затратах их еще можно довести до ума.
Начать следует с проверки целостности гибких выводов. Поврежденные выводы заменяются. Эта операция требует аккуратности, а иногда и смекалки. Вновь устанавливаемые выводы можно позаимствовать у других, не подлежащих восстановлению ДГ, или изготовить самостоятельно из телефонного либо тонкого провода МГТФ, сняв изоляцию и сильно скрутив проволочки.
Лучший результат дает комбинация из вышеуказанных проводов поверх нескольких жил от телефонного провода накручивается жгутик из скрученных проволочек от МГТФ. Как вновь изготовленные, так и штатные гибкие выводы ДГ рекомендуется промазать раствором герлена в бензине (в местах их крепления наносят капли густого раствора). Это намного продлит срок их службы. Раствор герлена можно заменить сильно разбавленным резиновым или полиуретановым клеем.
Затем на ДГ подают синусоидальный сигнал небольшой величины и, плавно изменяя частоту от 20 до 300 Гц, наблюдают за поведением гибких выводов. В случае обнаружения резонанса вывода (резкого возрастания амплитуды колебаний, которая значительно превышает колебания диффузора), изменением формы его изгиба, например, приданием изгибу S-образной формы, пытаются устранить этот резонанс (резонансы выводов не только сокращают срок их службы, но зачастую создают призвуки).
Далее переходят к проверке симметричности подвеса подвижной системы. Для этого на ДГ подают синусоидальный сигнал частотой чуть ниже частоты резонанса и подносят к диффузору подключенный к осциллографу микрофонный капсюль, запитанный от источника 2 ..4 В через резистор 1 …3 кОм. Плавно увеличивая амплитуду входного сигнала, наблюдают за формой снимаемого с капсюля сигнала.
Одновременное появление искажений верхней и нижней полуволн снимаемого с микрофона сигнала (рис.1) указывает на симметричность подвеса подвижной системы. Если это не так (рис.2), то положение ЗК в магнитном зазоре нуждается в корректировке. Сначала сориентируйтесь с направлением коррекции. Для этого среди головок ЗГД-38 (ее последующих модификаций) выберите головку с явно выпуклой центрирующей шайбой.
Долго перебирать эти головки не придется более половины головок этого типа разных лет выпуска и разных производителей имеют такую форму центрирующей шайбы. Снимите осциллограмму по приведенной методике. Наверняка она окажется асимметричной. Запомните, какая полуволна оказалась вытянутой. Допустим, это нижняя, как на рис.2. Теперь понятно, что когда у какой-то головки наблюдается сходная осциллограмма, ее подвижную систему при коррекции нужно сместить внутрь.
Для коррекции положения подвижной системы нужно достаточно быстро, но аккуратно, с помощью кисточки, пропитать всю поверхность центрирующей шайбы ацетоном, сместить подвижную систему в нужном направлении, например, внутрь, и удерживать ее в таком положении несколько минут. При сильной асимметрии одновременно с пропиткой шайбы можно пропитать и зону перехода гофра в воротник, но. как показала практика, нужда в этом возникает редко.
После этого проверяют результаты проведенной коррекции. Если коррекция оказалась недостаточной, то ее повторяют, но уже при более сильном давлении на диффузор. Если же произошел перебор, то шайбу опять смачивают и слегка смещают диффузор в обратном направлении. При определенном навыке подвес корректируется с первой попытки (небольшая остаточная асимметрия вполне допустима). Следует обратить внимание на то, что давление на диффузор нужно производить в симметричных точках для предупреждения возникновения перекосов, которые могут привести к задеванию ЗК за керн.
Хотя у автора таких случаев не было, но если это произошло, не отчаивайтесь. Все можно исправить при повторной попытке. Отдача ДГ на НЧ после симметрирования их подвижной системы заметно возрастает, а искажения уменьшаются. После такой коррекции отпадает острая нужда в установке половины согласованно работающих в ГГ головок магнитами наружу.
Следующий этап доработка ДГ по приведенной в [1] методике. Эта доработка не только улучшает качественные показатели ДГ, но и,как показала практика, более чем на порядок продливает срок их службы. Так при интенсивной эксплуатации НЧ-громкоговорителя с несколькими головками 3ГД-38 иногда наблюдались случаи обрыва у ДГ гибких выводов.
Однажды при замене вышедших из строя ДГ под рукой не оказалось доработанных головок, и в ГТ были установлены две новые головки.Через пару месяцев у недоработанных головок образовались разрывы по линии перехода диффузора в гофр. У эксплуатировавшихся же в течение нескольких лет доработанных головок таких отказов не наблюдалось.
Некоторое улучшение качества звучания наблюдается при приклеивании к внутренней межоконной поверхности металлических диффузородержателей полосок войлока, фетра, драпа, либо иных звуко и вибропоглощающих материалов. Лучший результат дает приклеивание к внутренней поверхности войлока и покрытие внешней поверхности диффузородержателей тонким слоем пластилина или вибропоглощающей мастики (ее можно приготовить самостоятельно, например, растворив в бензине одну часть терпена и две части битума, а наносится она как краска кисточкой).
Каждый производитель и импортер товара в соответствии с действующим законодательством должен получить все необходимые сертификаты и декларация на ввозимый и изготавливаемый товар. Декларация соответствия может быть получена самостоятельно или же с помощью услуг сторонних специалистов. Компания ООО «КС Сертификат» оказывает соответствующие услуги.www.radiochipi.ru
ПРИНЦИП РАБОТЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГОЛОВКИ Принцип работы динамической головки
будет наиболее понятен, если головку собрать с самого начала,
ПО ПОРЯДКУ. Магнитное поле в таком магните будет распологаться следующим образом: Теперь с задней стороны закроем магнит стальным, магнитомягким листом, круглой формы и диаметром равным, диаметру магнита Магнитное поле уже не будет излучаться в окружающую среду, а пойдет по стальному листу, который теперь выступает в роли магнитопровода: Таким же листом закроем магнит с передней части, только в этом листе должно быть отверстие, диаметр которого равен внутреннему диаметру магнита: Магнитное поле и с этой стороны замыкается, но магнитные линии внутри магнита нужно распередедить более равномерно, поэтому внуть вставим стальной цилиндр. Диаметр цилиндра должен быть меньше внутреннего диаметра магнита, причем разница в диаметрах зависит от конструктива используемой магнитной катушки. Введение цилиндра так же способствует концентрации магнитного в получившимся зазоре, покольку разрывает магнитопровод: Далее в зазор помещается катушка индуктивности, причем величина на которую катушка уходит внутрь магнитного зазора равна половине высоты катушки, т.е. катушка погружается ровно на половину своей высоты. Такое расоложение катушки необходимо для обеспечения одинакового хода катушки как внутрь магнитной ситемы, так и наружу: Теперь, если к катушке подключить источник напряжения, то катушка будет выталкиваться. если ее магнитное поле будет одной полярности с магнитным полем магнита: или втягиваться, если ее магнитное поле будет противоположным магнитному полю магнита: Теперь закрепим катушку на жектском цилиндре, а его соединим с бумажным конусом: При движении катушки в магнитном зазоре
это движение будет передавать конусу и тот будет вызывать
механическое движение воздуха, т.е. появится звук. Конус называется
дифузором и может быть выполнен не только из бумаги, но об
этом несколько позже. И магнит, и дифузор крепятся к корзине — магнит либо приклеевается, либо прикручивается винтами. Диффузор приклеивается, точнее не диффузор, а диффузородержатель и спайдер: Со стороны диффузора остается отверстие и его нужно закрыть, чтобы избежать попадания внутрь пыли и мелкого мусора: Для этого используется защитный колпачок. Однако эта технологическая деталь выполняет еще одну функцию — она отвечает за воспроизведение высокочастотной составляющей звукового сигнала. Причина такого разделения труда чисто механическая. Для воспроизведения ВЧ сигнала необходима небольшая амплитуда, но слишном быстрое возвратно-поступательное движение дифузора. Если дифузор будет слишком тонким, значит он будет легким и решение воспроизведения вроде бы обеспечено. Однако если дифузор будет тонким он будет слишком мягким и не сможет полноценно воспроизводить НЧ составляющую, где необходимо использование всей площади дифузора. Дифузор попросту будет гнуться в середине: Поэтому производители идут на различные компромисы — сами дифузоры могут состоять из нескольких компонентов, например на пропитанную бумагу напыляется алюминий, а защитный колпачок делается из более жесткого материала, его форма изготавливается таким образом, чтобы обеспечить максимальную отдачу на ВЧ. В данном примере бумажный дифузор оснащен пластиковым, металлизированным защитным колпачком: Иногда, чтобы еще больше усилить отдачу динамической головки на ВЧ используют защитные колпачки в виде рупора, выполненного из бумаги, но пропитанного более жесткой пропиткой и высушенного под бОльшим давлением: Осталось подключить катушку дифузора к клеммам, и делается это многожильным, мишурным проводом, устойчивым к многократным перегибам: Обычно вывода катушки тянутся по диффузору примерно до середины его диаметра и запаиваются в специально заштампованные в диффузор клеммы-заклепки. К этим клемма и подпаивается один конец мишурного провода, а второй подпаивается к установленной на корзине клеммной колодке. К колдке подпаиваются, или подключаются через специальные самозажимные клеммы провода, идущие на клеммы, установленные на корпусе АС. Динамические головки работающие во всем диапазоне звуковых частот называются широкополосными и при их производстве приходится решать множество проблем, позволяющих действительно получить более-менее линейную АЧХ. Однако есть еще один вариант решения проблемы воспроизведения всего звукового диапазона — использование нескольких динамических головок: Каждая динамическая головка предназначена
для воспроизведения только своего частотного диапазона, а
акустические системы, использующие такие головки называются
многополосными. Большие динамические головки в таких системах
отвечают за воспроизведение НЧ и СЧ диапазона, их паспортная
мощность значительно превышает мощность маленьких головок,
отвечающих за воспроизведение СЧ и ВЧ диапазона. Разделение
сигнала, подаваемого на головки призводится либо пассивными
фильтрами, устанавливаемыми внутри акустической системы, либо
фильтры ставятся до усилителей мощности, но в этом случае
требуются бОльшие затраты, поскольку для каждой динамической
головки требуется свой усилитель. Разумеется, что у каждого
из способов есть свои плюсы и свои минусы. Осталось выяснить лишь некоторые нюансы,
которые лишь на первый взгляд кажутся второстепенными. Однако, для орентирования какой динамик
какой частотный диапазон воспроизводит используется следующее
делениезвукового диапазона: Наиболее ярким примером заблуждений
на этот счет служит высказывание рядовых потребителей о том,
что некоторые колонки, даже известных производителей «запирают»,
т.е. на максимальной громкости имеют место быть ярковыраженные
искажения, поэтому покупая автомобильный магнитофон серьезного
производителя они покупают к магнитофону акустику типа «Домотек»,
«Евротек» или еще какой нибудь «Г@внотек»
с пластмассовым дифузором и дифузородержателем, сделанным
из отходов сапожно-галошной фабрики. Эти колонки не «запирают»,
да они и не могут «запирать» — при чувствительности
в 65-70 дБ они не способны воспроизвести резкоменящийся сигнал,
который возникает при клиппинге — когда расчетная величина
выходного напряжения выше напряжения питания. Они не способны
даже на среднюю детализацию музыкального фрагмента, не говоря
уже о возможности полноценно отыграть загоняемые в них 14…16
Вт. Не маловажным технологическим приемом является использование различных материалов и технологий для изготовления корзины. Наиболее популярными являются литые и штампованные корзины. Разумеется, что наиболее жесткими являются конструкции из литого под давлением алюминиевого сплава и для мощных динамических головок это довольно актуально — нужно не только толкать тяжелый дифузор, но еще и гасить инерционные силы, которые неизбежно возникают при движении дифузора, поэтому литые корзины предпочтительней: Однако сказать, что динамические головки с штампованной корзиной ни на что не пригодны тоже будет не верно — среди них есть и весьма шикарные представители своего класса: Динамические головки для СЧ и ВЧ диапазонов тоже довольно разнообразны. Так же могут использовать и штампованные, и литые корзины, а могут быть и заключены в рупор — для большей отдачи: Остается упомянуть еще об одной технологической
хитрости — чтобы улучшить связку магнитных потоков между магнитом
и катушкой увеличивают диаметр катушки, о чем производитель
не забудет упомянуть. Осталось рассмотреть только собственный голос динамической головки. Нет, это не опечатка — у каждого динамика есть свой собственный голос. Дело в том, что дифузор не может мгновенно переместится из одной точки в другую и там остановится — не даст инерция. Следовательно эта самая инерция будет влиять и на звук, поскольку звук формирует дифузор. Для примера подадим на катушку постоянное напряжение, дифузор переместится на определенное расстояние, определяемое поданным напряжением. Теперь, если резко снять прилагаемое напряжение, то дифузор начнет стремится к своему первоначальному состоянию, но проскочив его по инерции сделает небольшой ход в противоположном направлении, и снова предпримет попытку вернуться на первоначальное положение, но опять, по инерции «проскочит» его, конечно же на гораздо меньшее расстояние, но проскочит. Таким образом при резком снятии напряжения возникает некоторый колебательный процесс, который собственно можно назвать персональным голосом динамической головки. Частота, на которой будут происходить колебательные процессы является частотой собственного резонанса динамической головки, а скорость затухания этих колебаний называют «водопадом»: Так же инерция влияет на фазовые характеристики
динамической головки — если дифузор слишком тяжелый, то фаза
будет отставать. Поэтому для самостоятельного изготовления
лучше выбирать АС либо с широкополосными динамиками, либо
на 2 полосы, ну в крайнем случае на 3, и уж ни в коем случае
на 4 — шансы на удачный подбор динамических головок по всем
параметрам для всех полос снижаются в геометрической прогрессии. Напоследок еще небольшая напоминалка — если есть возможность потратить несколько бОльшую сумму на акустическую систему, то основной упор лучше сделать на качество АС, а не на максимальную мощность — все равно громче этого вряд ли получится: Да и само акустическое оформление, т.е. конструкция АС играет далеко не последнюю
роль. Более подробно об акустическом оформлении ЗДЕСЬ. Адрес администрации сайта: [email protected] НЕ НАШЕЛ, ЧТО ИСКАЛ? ПОГУГЛИ:
|
soundbarrel.ru
Динамические головки прямого излучения | Сабвуфер своими руками
Оконечным звеном любого звуковоспроизводящего аппаратуры является устройство, преобразующее электрические колебания в звуковые. В качестве таких преобразователей в бытовой аппаратуре наибольшее распространение получили динамические головки прямого излучения, сокращенно называемые головками прямого излучения или просто головками.
Условное обозначение состоит из нескольких цифр и букв.Число стоящее в начале обозначения, соответствует номинальной мощности на которую рассчитана головка; буквы ГД расшифровываются головка динамическая; число следующее за этими буквами означает порядковый номер разработки.
Далее может стоять число, характеризующее частоту в сердцах механического резонанса ее подвижной системы, и буква Т или Е (Т-тропическое использования головки, Е головка рассчитана на работу при повышенных вибрациях).
Основан на взаимодействие постоянного магнитного поля и магнитного поля, которое создает ток звуковой частоты, протекающий по цилиндрической катушке. В результате этого катушка жестко соединенный с ней излучатель диффузор совершает колебательное возвратно-поступательное движение вдоль оси катушки.
Колебания диффузора передаются окружающему воздуху и воспринимаются в виде звуков человеческим ухом. Катушка намотана эмалированным медным проводом на каркасе из плотной бумаги или пластмассы. Катушка помещена в кольцевой воздушный зазор магнитной системы.
К основанию катушки приклеена центрирующая шайба, которая удерживает катушку точно посередине зазора. Внешним воротником центрирующая шайба прилеплена к диффузородержателю. Звуковая катушка вместе с диффузором и центрирующей шайбой образует подвижную систему головки.
Магнитная система может быть либо закрытой или открытой. Она состоит из постоянного магнита и магнитопровода. Магнит выполняют в виде усеченного конуса (керна) или кольца из специальных сплавов, в состав которых, кроме железа, входят никель, алюминий, медь, кобальт, титан. В дешевых головках распространение получили магниты, спрессованные из феррита бария. Магнитопроводы изготовляют из мягкой стали (например, АРМКО).
Детали магнитной системы склеивают между собой, а у головок большой мощности собирают с помощью болтов или резьбовых шпилек. Диффузор обычно имеет форму усеченного конуса, образующую которого иногда делают криволинейной. Раструбу диффузора у некоторых типов головок придают форму эллипса или сильно вытянутого овала, что повышает удобство размещение головок в футляре аппарата.
Диффузор изготавливают из специальных сортов бумаги путем штамповки или отливки из бумажной массы. Высокочастотная головка диффузор выполняют меньших размеров и более жестким. Для улучшения воспроизведения высокочастотных составляющих звукового сигнала в широкополосных головках к вершине диффузора приклеивают дополнительный небольшой диффузор (конус) с меньшим углом раскрыва.
Диффузородержатели штампуют из мягких сортов стали или отливают из алюминиевых сплавов. На боковых поверхностях диффузородержателя имеются окна, уменьшающие общую массу головки и улучшающие излучение на низких частотах. К диффузородержателю диффузор крепят с помощью кольцевого гофра, расположенного по краю диффузора.
В мощных головках компрессорного типа (рассчитанных на работу в закрытых ящиках небольшого объема) гофр заменяют кольцевой вставкой из специальной мягкой резины. Выводы катушки приклеивают к диффузору и припаивают к металлическим пистонам, укрепленным на диффузоре. Пистоны соединяют гибкими проводами с лепестками, укрепленными на диффузородержателе.
Основными характеристиками головок является номинальная мощность, полное электрическое сопротивление, полоса воспроизводимых частот, среднее стандартное звуковое давление, коэффициент полезного действия. Номинальная мощность головки это наибольшая подводимая к головке электрическая мощность, при которой коэффициент гармоник не превышает определенного значения (обычно не более 5-10% на частотах 100 200 Гц).
Полное электрическое сопротивление головки зависит от частоты определяется активным сопротивлением звуковой катушки, ее индуктивностью и жесткостью подвижной системы. Модуль полного электрического сопротивления головок согласно стандарту на частоте 1000 Гц равен 2,4, 8, 15, 25, 50, 100, 400 или 800 Ом.
Среднее стандартное звуковое давление — это среднее квадратичное значение звуковых давлений развиваемых головкой в номинальной полосе рабочих частот на акустической оси на расстоянии 1 метр от ее акустического центра. Акустическая ось головки совпадает с осью диффузора, а акустическим центром считают центр симметрии наибольшего сечения конуса диффузора.
При измерении стандартного звукового давления в головке на всех частотах подводят одинаковое напряжение, соответствующее электрической мощностью 0,1 Вт. Этот параметр характеризует эффективность работы головки, ее отдачу.
В тесной связи со звуковым давлением, развиваемым головкой, находится коэффициент полезного действия. Он равен отношению излучаемой акустической мощности к подводимой электрической и для современных динамических головок обычно не превышает 0,5%.
Одним из важнейших параметров динамических головок является зависимость уровня звукового давления от частоты при измененном уровне подводимого электрического сигнала (частотная характеристика чувствительности головки по звуковому давлению).
Неравномерность частотной характеристики оцениваю по разности между наибольшим и наименьшим уровнями звукового давления в рабочей полосе частот. Для динамических головок массового производства эта разность считается приемлемой, если она не превышает 12 дБ.
Полоса рабочих частот широкополосных головок обычно лежит в пределах от 63 Гц до 12,5 кГц, низкочастотных от 40 Гц до 5 кГц, среднечастотных от 200 Гц до 5 кГц, а высокочастотных от 3 до 20 кГц. Важным параметром головки является пространственная направленность изучения, наглядно характеризуемое диаграммы направленности.
Эта диаграмма показывает зависимость уровня звукового давления на некотором удалении от громкоговорителя от угла между осью головки и направлением на точку пространства, в которой производиться измерение.
Характер диаграммы направленности излучения зависит от частоты и поэтому снятие ее производят на нескольких частотах. Почти все параметры динамической головки прямого излучения значительной степени изменяются при акустическом оформлении (установка головки в соответствующем ящике).
www.radiochipi.ru
Устройство динамической головки — Основы акустики
Преобразование энергии в электродинамической динамической головки (далее ГД( основано на взаимодействии: проводника с током звуковой катушки и поля постоянного магнита: в результате электрические колебания подводимого сигнала звуковой частоты преобразуются в механические колебания диафрагмы ГД; колеблющейся диафрагмы ГД с окружающей средой: в результате возникают акустические колебания.
Динамическая головка состоит из трех основных частей: магнитной цепи 1, подвижной системы 2 и диффузородержателя 3.
Магнитная цепь ГД может быть выполнена в двух вариантах: экранированном или неэкранированном, в зависимости от требований к аппаратуре в которой применяется ГД.
Магнитная цепь ГД состоит из элементов магнитопровода – верхнего и нижнего фланцев и керна. Постоянный магнитный поток, создаваемый магнитом с помощью магнитных фланцев и керна, направляется в воздушный рабочий зазор, имеющий вид кольцевой цилиндрической щели между керном и верхним фланцем. В качестве постоянных магнитов в неэкранированных цепях обычно применяются кольцевые ферритбариевые или ферритстронциевые магниты, в экранированных используются литые кобальтосодержащие или редкоземельные магниты. Для изготовления деталей магнитопровода обычно применяют мягкую электротехническую сталь марки 10832 или конструкционную сталь марки Ст10. Следует отметить, что эффективность работы ГД как электромеханического преобразователя характеризуется произведением индукции магнитного поля в зазоре на длину проводника (т. е. длину провода звуковой катушки) На величину индукции и структуру распределения магнитного поля влияет ширина и высота рабочего зазора, конфигурация фланцев и керна, а также объем и марка постоянного магнита.
Подвижная система ГД включает в себя подвес 1, конический диффузор или купольную диафрагму 2, центрирующую шайбу 3, пылезащитный колпачок 4, звуковую катушку 5, гибкие выводы 6.
Рис. 2.10. Конструкция подвижной системы головки громкоговорителя:
а) с коническим диффузором;
б) купольной диафрагмой.
Подвес 1 имеет вид гофрированной кольцевой оболочки, обладающей большой гибкостью в осевом направлении, что позволяет диффузору совершать осевые колебания с большой амплитудой смещения. Подвес отливается вместе с. диафрагмой из бумажной массы или изготавливается из специальных мягких материалов (резины, пенополиуретана, пенопропилена и др.). Диафрагма (диффузор) 2 представляет собой, как правило, упругую оболочку вращения (конусную, купольную или плоскую), в которой под действием осевой механической силы со стороны катушки возникают колебания, возбуждающие колебания воздушной среды и излучающие звук. В настоящее время в ГД используются диффузоры из естественных целлюлозных материалов, обладающих удачным сочетанием физико-механических параметров, так и полимерные, сотовые, металлические и композитные материалы. Центрирующая шайба 3 представляет собой гофрированную мембрану, которая обеспечивает центровку звуковой катушки в зазоре, препятствует возникновению крутильных колебаний, позволяя совершать диафрагме большие смещения в осевом направлении. Центрирующие шайбы обычно изготавливаются из хлопчатобумажной ткани, батиста или шифона, пропитанных бакелитовым лаком.
Пылезащитный колпачок 4-купольная или плоская мембрана, которая предохраняет зазор от попадания пыли и выполняет роль дополнительного ребра жесткости на диафрагме. Изготавливается обычно из бумажной массы, ткани или металлической фольги. Звуковая катушка 5 представляет собой цилиндрический каркас с намотанным в несколько слоев изолированным проводником. При пропускании по звуковой катушке, помещенной в радиальный цилиндрический зазор магнитной цепи, переменного тока на нее будет действовать механическая сила, под действием которой возникают колебания звуковой катушки и связанной с ней диафрагмы. Каркас катушки обычно изготавливается из кабельной бумаги или металлической фольги или каптона, в качестве проводника используется медный, алюминиевый или алюмомедный провод в эмалевой изоляции. Гибкие выводы 6 соединяют проводник звуковой катушки с выходными соединительными клеммами ГД. Для гибких выводов используются специальные провода.
Диффузородержатель служит для соединения магнитной цепи и подвижной системы и обеспечивает крепление ГД в корпусе той аппаратуры, где она используется. Диффузородержатели обычно изготавливаются методом штамповки из стали или методом литья из силумина.
Все элементы подвижной системы и магнитной цепи оказывают существенное влияние на электроакустические характеристики и качество звучания ГГ, поэтому выбор их конструктивных и физико-механических параметров является основной проблемой при разработке громкоговорителей.
Типовой ВЧ функционально состоит из диффузора, звукопоглощающего материала, магнитной цепи, собранной из металлических фланцев, магнита и керна.
В конструкции магнитной цепи ВЧ громкоговорителя применяют медные колпачки, используют ферритстронциевые или неодим-железо-бор магниты с целью повышения индукции в зазоре. Для увеличения чувствительности и снижения веса применяют намотку катушек плоским алюминиевым проводом, каркасы изготавливают из тонкой алюминиевой фольги, полиамидной пленки и т. д. Для повышения температурной устойчивости зазор заполняют магнитной жидкостью, которая представляет собой коллоидный раствор или суспензию ферромагнитных частиц (меньше 1 мкм) в минеральных или прочих маслах.
Подвижную систему обычно изготавливают в виде куполообразной диафрагмы (хотя применяют и плоские кольцевые диафрагмы или V-образные). Плоский или гофрированный подвес изготавливают иногда вместе с куполом, иногда подклеивают отдельно. Под куполом в подмембранном объеме располагают звукопоглощающий материал (АТМ, минеральная вата и др.), магнитную цепь обычно закрывают пластмассовым кожухом. Для расширения характеристик направленности используют различные конструкции акустических линз и концентраторов.
baseacoustica.ru
Динамическая головка — это… Что такое Динамическая головка?
Громкоговоритель — устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько излучающих головок и, при необходимости, акустическое оформление, электрические устройства (фильтры, трансформаторы, регуляторы и т. п.)
- Головка громкоговорителя — пассивный электроакустический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической формы сигналов звуковой частоты в акустическую
- Акустическое оформление — конструктивный элемент, обеспечивающий эффективное излучение звука (акустический экран, ящик, рупор и т. п.)
Наиболее распространённым видом громкоговорителей являются электродинамические громкоговорители, использующие для звукоизлучения динамические головки, в просторечии называющиеся динамиками, так же иногда называют и сами громкоговорители.
Функционально к громкоговорителям близки телефоны (наушники), однако, в отличие от громкоговорителей они не предназначены для излучения звука в открытое пространство
Классификация громкоговорителей
Виды громкоговорителей в зависимости от способа излучения звука
- Электродинамический громкоговоритель
- Электростатический громкоговоритель
- Конденсаторный громкоговоритель
- Электретный громкоговоритель
- Пьезоэлектрический громкоговоритель
- Электромагнитный громкоговоритель
- Ионофон
- Громкоговорители на базе динамических головок специальных видов (магнепланарных, изодинамических, ленточных, ортодинамических, излучателях Хейла)
Функциональные виды громкоговорителей
- Акустическая система — громкоговоритель, предназначенный для использования в качестве функционального звена в бытовой радиоэлектронной аппаратуре, имеет высокие характеристики звуковоспроизведения; основная статья — Акустическая система
- Абонентский громкоговоритель — громкоговоритель, предназначенный для воспроизведения передач низкочастотного канала сети проводного вещания; основная статья — Абонентская радиоточка
- Концертный громкоговоритель — имеет большую громкость в сочетании с высоким качеством звукопередачи
- Громкоговорители для систем оповещения и систем озвучивания помещений (громкоговорители этих систем похожи по назначению, несколько отличаются громкостью и качеством звуковоспроизведения)
- Настенный громкоговоритель
- Потолочный громкоговоритель
- Панельный громкоговоритель
- Уличный громкоговоритель — имеет большую мощность, обычно, рупорное исполнение, в просторечии «колокол»
- Специальные громкоговорители для работы в экстремальных условиях — противоударные, противовзрывные, подводные
- Другие специальные виды громкоговорителей
Акустическая система | Абонентский громкоговоритель | Уличные громкоговорители |
Классификация по другим признакам
- Однополосный громкоговоритель — громкоговоритель, головки которого работают в одном и том же диапазоне частот
- Многополосный громкоговоритель — громкоговоритель, головки которого работают в двух или более разных диапазонах частот
- Диффузорный громкоговоритель
- Рупорный громкоговоритель — громкоговоритель, акустическим оформлением которого является жесткий рупор
- Громкоговоритель непосредственного излучения
Рупорные громкоговорители
Данный тип громкоговорителей применяется в случаях, когда не требуется высокое качество звука. Такой громкоговоритель состоит из рупорной электродинамической головки прямого излучения и рупора. Чаще всего применяется как наружнее устройство для массового оповещения, для излучения сигналов тревоги, сеть таких громкоговорителей имеется в распоряжении управления ГО и ЧС России. Использовались в прошлом в многополосной акустике, преимущественно в киноиндустрии, для воспроизведения средних и высоких частот, от 1000 до 20000 Гц, нынче эти функции взяли на себя среднечастотные динамики классической конструкции и высокочастотные твиттеры соответственно. Для более низких частот такие громкоговорители неприменимы, так как требуется рупор слишком большого размера. Главное достоинство — высокий КПД.
В настоящее время рупоры с компрессионными драйверами иногда применяются и в бытовой JBL pro), а также довольно широко распространены в нише так называемого High End Audio — эксклюзивной аудио аппаратуры для бытового пользования (Avantgarde Acoustic, Acapella Audio Arts, Cessaro), где чаще всего применяются крупногабаритные сферические рупоры на высоко- и средне-частотных диапазонах, а на низкие частоты работает активный НЧ-блок на динамических головках (хотя есть примеры полностью рупорных систем во всем диапазоне слышимых частот). Подобные изделия эксклюзивны и отличаются чрезвычайно высокой стоимостью.
Динамическая головка
Устройство
Головка электродинамической системы является электроакустическим преобразователем электрического сигнала в продольные колебания воздуха, воспринимаемые как звук. ГД обычно устроена следующим образом: имеется постоянный магнит(ранее применялись и электромагниты) цилиндрической формы[1], вокруг которого располагается гильза с катушкой из тонкой лакированной медной проволоки, гильза жёстко закреплена одним концом с бумажным, металлическим (реже) (вспененный никель), полимерным диффузором, либо с диффузором из кевларовых нитей. Выводы с катушки могут быть закреплены непосредственно на диффузоре, как видно на рисунке вверху. Диффузор обычно имеет коническую форму, но может быть и овальным, и близким к прямоугольной форме. Соответственно, если диффузор, например, овальный, рама имеет также овальную форму. Связка «диффузор—катушка» может перемещаться относительно магнита в небольших пределах, при этом катушка перемещается внутри цилиндрического магнита, не касаясь его, а диффузор несколько изменяет свою форму и сильне — положение относительно рамы. Вся эта конструкция закреплена в специальной металлической либо пластиковой раме, именуемой диффузородержателем. В конструкции более простых и дешёвых громкоговорителей, а также небольших средне- и высокочастотных громкоговорителей и громкоговорителей в наушниках может применяться непосредственное крепление диффузора к раме, при этом по краям диффузора, около кромки рамы, часто организуется характерная рельефная полоса. Она служит для увеличения гибкости и подвижности головки относительно рамы. В более дорогих и качественных среднечастотных и в большинстве низкочастотных громкоговорителях применяется подвес (также известный как верхний подвес), изготавливаемый обычно из плотной резины. Подвес представляет собой резиновое кольцо между рамой и диффузором. Он имеет колею по всей длине окружности, это увеличивает его гибкость и уменьшает износ. Края диффузора закреплены на внутреннем крае кольца подвеса, а внешний край подвеса прикреплён к раме. Такая конструкция обеспечивает большой ход головки при воспроизведении сильных импульсных колебаний и при воспроизведении низких частот. Можно заметить невооружённым глазом, как диффузор низкочастотного динамика дрожит в такт басам при воспроизведении музыки. Ход диффузора и головки может, в случае большой громкости и подходящей конструкции динамика, достигать нескольких сантиметров и более, однако при превышении эксплуатационных параметров напряжения, подаваемого на динамик, возможно разрушение динамической системы. Помимо этого, возможно перегорание катушки из тонкой проволоки вследствие чрезмерно высокого протекающего по ней тока. Следует отметить, что регулярное прослушивание музыки на максимальных уровнях громкости отрицательно влияет на здоровье, вызывая психические и нервные расстройства и уменьшение чувствительности слуха.
Диффузор сравнительно жёсткий и сохраняет постоянную форму, однако обращаться с ним следует бережно, не прилагать значительных усилий, так как бумага — не слишком прочный материал и может порваться, а полимер — смяться или оторваться. В случае повреждения диффузора громкоговоритель обычно сохраняет работоспособность, однако прослушивание, например, музыки на нём не доставит удовольствия — из-за порывов на диффузоре возникают сильные искажения, дребезги и хрипы, нарушаются многие параметры громкоговорителя.
В случае, если динамик проектируется как широкополосный, или по крайней мере излучающий расширенный диапазон частот, в центре диффузора часто размещается бумажный, полимерный или металлический купол. Дело в том, что если при воспроизведении низших расчётных для данного динамика частот колеблется вся поверхность диффузора, то при излучении высших частот данного динамика — только центральная часть, область около катушки. Поэтому купол служит для улучшенного воспроизведения высоких частот.
Мощность динамиков, как правило, измеряется в ваттах (при этом существует PMPO — общая мощность, которую потребляет динамик, и выходящая мощность (КПД динамиков как правило не превышает 1-3 %). PMPO обычно составляет сотни ватт (иногда — киловатты для мощных колонок), а выходная мощность — ватты, реже десятки ватт (для мощных динамиков), очень редко более ста.
Принцип работы
При подаче электрического сигнала звуковой частоты, катушка производит вынужденные колебания в поле постоянного магнита под действием силы Ампера, увлекая диффузор и через неё создавая волны разряжения и сжатия в воздухе. Связка «диффузор-катушка» колеблется с такой же частотой, как и частота подаваемого тока. При малой толщине магнитопроводов, образующих зазор, действительно работает только малая часть катушки, приблизительно равная толщине магнитопроводов зазора. Выходящие за пределы зазора части катушки почти не работают, у таких динамиков очень низкий коэффициент полезного действия. Силу, действующую на катушку можно вычислить применив закон Ампера
- , где
B — индукция магнитного поля в зазоре, I — ток через катушку, l — часть длины провода катушки находящаяся в зазоре магнитопроводов.
- , где
n — число витков катушки находящихся в зазоре, d1 — диаметр катушки,
- , где
h — толщина магнитопроводов образующих зазор, d2 — диаметр провода катушки. Для повышения коэффициента полезного действия динамика необходимо увеличивать толщину магнитопроводов, образующих зазор, при этом пропорционально увеличению зазора уменьшается магнитная индукция в зазоре B, но увеличивается относительная рабочая часть катушки, то есть относительная рабочая часть длины провода катушки l до некоторой величины, после которой относительная рабочая часть длины провода катушки начинает уменьшаться. При изменении амплитуды электрического сигнала звуковой частоты также изменяется положение диффузора. Так как электрический сигнал звуковой частоты, подаваемый на катушку, имеет частоту в пределах слышимости человеческого уха[2], то и диффузор колеблется относительно постоянного магнита с такой же частотой.
Здесь следует сделать замечание, что реальная частота колебаний диффузора большинства ГД и прилегающих слоёв воздуха лежит в пределах примерно 300 — 12000 Гц, причём чем меньше, хуже и проще громкоговоритель, тем у́же этот частотный диапазон и тем менее линейна его амплитудно-частотная характеристика. На частотах за пределами этого диапазона излучаемая мощность незначительна. Для воспроизведения наиболее низких частот[3] небольшие по размерам ГД вовсе непригодны.
Колеблющийся диффузор создаёт в воздухе звуковые волны, воспринимаемые ухом человека. Таким образом, с помощью ГД электрический сигнал звукового диапазона частот с усилителя преобразуется в звук.
Следует повториться, что при воспроизведении наиболее низких частот из частотного диапазона, воспроизводимого динамиком, работает вся поверхность диффузора, а при воспроизведении высших частот из частотного диапазона — только центральная его часть, что располагается над катушкой. Поэтому в широкополосных динамиках часто в центре устраивается металлическая, полимерная или бумажная накладка — купол в целях улучшения воспроизведения высоких частот.
Применения
Описанная классическая конструкция является базовой и может применяться в недорогой технике, там, где не требуется высокое качество звука. Для высококачественного воспроизведения проектируются более сложные и совершенные громкоговорители.
Для создания более качественной аудиосистемы одну или несколько динамических головок помещают в корпус в виде коробки из дерева, либо пластика или металла таким образом, чтобы изолировать лицевую и тыльную поверхности диффузора друг от друга и исключить «перетекание» воздуха вокруг кромки рамы громкоговорителя. Полученное изделие называется акустическая система. Если в акустической системе присутствует встроенный усилитель, такая акустическая система называется активной, в противном случае — пассивной. Создание акустических систем, имеющих максимально чистое, естественное и натуральное звучание — весьма трудоёмкая и сложная задача, так как на конечный результат влияет множество факторов.
Устройство электродинамической головки благодаря свойству обратимости идентично по принципу действия устройству динамического микрофона, и, таким образом, эти устройства могут быть взаимозаменяемыми. Например, во многих конструкциях переговорных устройств, домофонов, и даже в подслушивающих устройствах, некогда монтировавшихся спецслужбами в приёмники проводного радиовещания, в качестве приёмника звука — микрофона могли использоваться динамические головки.
Технические характеристики динамической головки
При определении мощностных параметров головки следует учитывать, что в СССР в разное время они выражались по разному — до 1985 года по ГОСТ 9010, позднее по ОСТ 4.383.001, требования которого ближе к международным нормам.
Основными техническими характеристиками динамической головки являются:
- Тип динамической головки — Полно-диапазонная (широкополосная), низкочастотная, среднечастотная, высокочастотная
- Номинальный диаметр — как правило, внешний диаметр диффузородержателя (рамы). Реже — диаметр подвеса диффузора либо расстояние между противоположными крепёжными отверстиями. Для компрессионных драйверов — диаметр горла рупора.
- Мощность — номинальная, программная (длительная), либо пиковая (краткосрочная) подводимая мощность, которую выдерживает головка до своего разрушения. Головка может быть разрушена и гораздо меньшей мощностью, если динамик нагружается сверх своих механических возможностей на очень низких частотах (например, электронная музыка с большим количеством баса или органная музыка), также разрушение может быть вызвано перегрузкой («клипированием») усилителя мощности.
- Импеданс (номинальное сопротивление) — как правило, динамические головки имеют импеданс 2Ом, 4Ом, 8Ом, 16Ом.
- Частотная характеристика — Измеренная, либо заявленная, выходная характеристика на заданном диапазоне частот при входном сигнале постоянной амплитуды на всём заданном диапазоне. Как правило, указывается предел отклонений характеристики, например, «±3dB».
- Параметры Тиля — Смолла — Набор элеткроакустических параметров, характеризующих головку как колебательную систему.
- Чувствительность — уровень звукового давления, производимый динамической головкой при подаче сигнала мощностью 1 Ватт, измеренное на расстоянии 1 метр от головки.
- Максимальный уровень звукового давления — максимальное давление, которое может развить головка без своего повреждения либо без превышения заданного уровня искажений. Зависит во многом от чувствительности головки и её мощности. Данный параметр приводится, как правило, как измеренный на произвольном (по усмотрению производителя) диапазоне частот и типе сигнала.
История громкоговорителя
Александер Грэм Белл запатентовал первую электродинамическую головку (капсюль) как одну из составных частей своего телефона, в 1876 г. В 1878 г. конструкция была усовершенствована Ве́рнером фон Си́менсом. Никола Тесла в 1881 г. также заявил об изобретении подобного устройства, [1], но не патентовал его. В то же время Томас Эдисон получил британский патент на систему, использовавшую сжатый воздух в качестве механизма усиления звука в его ранних валиковых фонографах (см. сирена (акустика), и в конечном итоге установил обычный металлический рупор, колебания воздуха в котором вызывались мембраной, связанной с иглой. В 1898 г. Х. Шорт запатентовал конструкцию динамической головки, управляемую сжатым воздухом, и затем продал права Чарльзу Парсонсу, получившему ранее 1910 г. еще несколько британских патентов. Несколько компаний, включая Victor Talking Machine Company и Pathe(Пате), выпускали проигрыватели, использующие головки, управляемые сжатым воздухом. Однако подобные устройства (головки косвенного излучения)нашли лишь ограниченное применение ввиду плохого качества звука и неспособностью воспроизводить звуки низкой громкости. Разновидности подобных систем использовались в звукоусилительных установках (для больших площадей, стадионов и т. п.) и значительно реже — другие разновидности — применяемые в промышленности в испытательной технике вибростенды, например, для тестирования космического оборудования на устойчивость к низкочастотным вибрациям, производимым стартующей ракетой.
Современная конструкция головки с подвижной катушкой разработана в 1898 г. Оливером Лоджем. Принцип был запатентован в 1924 г. Честером У. Райсом и Эдвардом У. Келлогом.
Первые ГД с электромагнитами были очень больших размеров, а мощные постоянные магниты — труднодоступны ввиду значительной стоимости. Обмотка электромагнита, называемая полевой, намагничивается за счет тока, проходящего по другой обмотке головки (катушке подмагничивания). Такое включение имеет двоякую роль, ибо выполняет фильтрацию напряжения, питающего усилитель, к которому подключена данная акустическая система. Проходя по обмотке, фон переменного тока усиливается; однако, частоты переменного тока стремятся промодулировать аудиосигнал, поданный на звуковую катушку и складывающийся с слышимым шумом включенного устройства звуковоспроизведения.
Качество акустических звуковоспроизводящих систем до начала 50-х годов XX века было низким. Продолжающееся до сих пор улучшение дизайна корпусов и материалов привело к существенному улучшению качества звуковоспроизведения. Наиболее значительными усовершенствованиями являются: усовершенствование рамы, открытие технологии высокотемпературной адгезии, улучшение технологии изготовления постоянных магнитов, усовершенствование измерительной техники, и наконец проектирование и анализ элементов при помощи компьютера.
Лингвистические аспекты
- В разговорной речи привыкли называть громкоговорителями головки громкоговорителей, что не одно и то же, головку иначе можно назвать звукоизлучателем, но не громкоговорителем, впрочем до 80-х годов прошлого века таких различий в терминологии не существовало
- Головку громкоговорителя (электроакустический преобразователь) называют также термином динамик. В просторечии и жаргоне словом «динамик» нередко называют и громкоговоритель целиком. В компьютерных кругах используется также выражение спикер
- Для термина акустическая система существуют два устаревших синонима, которые тоже когда-то были стандартизованы в качестве терминов — акустический агрегат и звуковая колонка
Номенклатура
Номенклатура советских громкоговорителей
Номенклатура зарубежных громкоговорителей
Примечания
- ↑ наиболее часто встречающаяся форма
- ↑ 20 — 20000 Гц
- ↑ примерно 16—250 Гц
dic.academic.ru
