Материал: Проектирование и конструирование высококачественных акустических систем. Бадаев А.С

сопротивление генератора определяют при работе четырехполюсника в режиме короткого замыкания:

Zi = Z21 ii12 ZH =0 ,

а коэффициент связи — в режиме холостого хода:

Из (3.5) и (3.6) получаем вносимое сопротивление

где ZH — сопротивление нагрузки во вторичной цепи.

Вносимое сопротивление для любого из пассивных преобразователей определяет количество энергии, передаваемой во вторичную цепь. Коэффициент связи — реакция вторичной цепи, определяющая ЭДС, создаваемую во вторичной цепи. В обратимых четырехполюсниках эта реакция одинакова в обе стороны.

Отсюда следует равенство абсолютных значений коэффициентов сопротивлений связи для обоих направлений:

Рассмотрим электродвигатель, электромеханическую систему, модель которой представлена на рис. 3.2 [7].

Рис. 3.2. Модель электродвигателя

Для двигателя вносимое электрическое сопротивление

45

и коэффициент электромеханической связи (рис. 3.2)

Применим эти формулы к магнитоэлектрическим системам, называемым в акустике электродинамическими. Известно, что сила, действующая на проводник длиной l, по которому протекает ток i, помещ нный в магнитное поле с индукцией B, f = Bli . Из (3.10) следует, что коэффициент электромеханической

связи в этом случае

На холостом ходу вносимое сопротивление ZВН = 0, так как сопротивле-

ние нагрузки бесконечно большое.

Заторможенный двигатель (т.е. работающий на бесконечную нагрузку), у которого скорость движения равна нулю, аналогичен четыр хполюснику в режиме холостого хода, т.е. также работающему на бесконечную нагрузку при нулевом выходном токе. А работа двигателя в режиме холостого хода при нулевой нагрузке аналогична работе четыр хполюсника, нагруженного на очень маленькое Zн при максимальном выходном токе.

3.7.Применение метода электромеханических аналогий

Вкачестве примера рассмотрим вариант механической колебательной системы, схема которой приведена на рис. 3.3, а [4].

Вначале механическая система разбивается на отдельные ветви, на рис. 3.3, а их три. Каждая ветвь состоит из отдельных элементов, соедин нных по- следовательно-цепочкой (верхняя ветвь) или последовательно-параллельно (узлом) — средняя ветвь. Затем каждая ветвь разделяется на единичные эквивалентные контуры-элементы и обводятся квадратами, которые соединяются линиями механической связи, блоки замкнутых цепей обводятся пунктирными линиями (рис. 3.3, б). Следующий этап — замена каждого квадрата электрическими элементами (рис. 3.3, в), прич м каждому элементу присвоятся не электрические величины, а аналогичные им механические (табл. 3.1). И, наконец, для расч та и анализа электрической схемы на рис. 3.3, следует применить математический аппарат для расч та линейных электрических цепей.

Представленный метод может быть использован не только при проектировании, расч те и исследовании АС, но и в других областях электроакустики.

46

Например, при расч те любых других электроакустических преобразователей и фильтров, при проектировании студий, залов и других помещений.

Рис. 3.3. Эквивалентная (а) и структурная (б) схемы механической системы, а также ее электрический аналог (в)

47

4.ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ

4.1.Основные определения и классификация

Здесь и далее под термином громкоговоритель мы будем понимать не АС или звуковую колонку, а одиночный громкоговоритель, в стандарте ГОСТ 16122-87 они обозначаются как головки громкоговорителей (ГГ), именно они и будут рассмотрены в настоящей главе, поскольку являются основными элементами АС.

ГГ классифицируются по многим признакам: по способам преобразования, виду излучения звука, электрической мощности, диапазону воспроизводимых частот, чувствительности, применяемым материалам и т.д.

По виду излучения ГГ различают на ГГ прямого излучения (диффузорные, купольные, ленточные) и рупорные.

По принципу действия: электродинамические, электромагнитные, электростатические, пьезоэлектрические и пьезопл ночные, электретные, цифровые, плазменные и др.

Электродинамические ГГ бывают катушечные, ленточные, изодинамические, ортодинамические (излучатели Хейла).

По способу излучения: ГГ прямого излучения и рупорные. Первые излуча-

ют звук непосредственно в окружающую среду, вторые — через различные ру-

пора, прич м различают широкогорлые и узкогорлые ГГ.

По номинальному диапазону частот: сабвуферные (10–250 Гц); низкочастотные (НЧ) (20–800 Гц); среднечастотные (250–6000 Гц); широкополосные (ШП) (30–20000 Гц); высокочастотные (1000–25000 Гц); субвысокоча-

стотные (subtwitter) — излучают частоты до 100 кГц.

По типу и форме излучающей диафрагмы: конусные с различной формой образующей, плоские, кольцевые сегменты, купольные, выпуклые и вогнутые.

По областям применения: бытовые (для телевизоров, приемников и т.д.), Hi-Fi, профессиональные студийные и концертные.

4.2. Устройство и принцип действия

Электромагнитные ГГ имели широкое распространение в 20 – 40 гг. двадцатого века. Их принцип действия заключается в следующем: при пропускании тока звуковых частот через обмотки катушек, надетых на полюсные наконечники постоянного магнита, подвижный ферромагнитный якорь под действием магнитной силы начинает колебаться и приводить в движение соединенный с ним диффузор, который излучает звук в окружающую среду. В настоящее время ГГ этого типа не выпускаются и находят применение только в телефонах.

Электродинамические ГГ на сегодняшний день используются в подавляющем большинстве АС. Электродинамическими называются ГГ, в основе ра-

48

боты которых лежат колебания проводника или звуковой катушки, с присоеди-

н нной к ней диафрагмой, под действием силы взаимодействия магнитных полей, создаваемых магнитной системой и протекающим по проводнику переменным током.

Пример конструкции катушечной электродинамической ГГ представлен на рис. 4.1 [10].

Рис. 4.1. Схема конструкции катушечной электродинамической

диффузорной ГГ: 1 — диффузор (диафрагма); 2 — гибкий подвес; 3 — центрирующая шайба; 4 — звуковая катушка; 5 — диффузородержатель; 6 — нижний фланец;

7 — постоянный магнит; 8 — верхний фланец; 9 — керн; 10 — диамагнитный колпачок или кольцо;

11 — пылезащитный колпачок

Под действием поданного на катушку напряжения звуковой частоты, по ней потеч т ток, в результате на катушку будет действовать сила, вызывающая осевые колебания катушки и диафрагмы

где B — индукция магнитного поля в зазоре магнитной системы; l — длина провода на катушке;

I — сила тока в катушке.

Подробное описание всех элементов конструкции, их типов и требований, предъявляемых к ним, содержится, например в [8–11].

Исторически первыми появились ГГ с электромагнитным подмагничиванием, в них радиальное магнитное поле в зазоре создается постоянным током в катушке возбуждения, надетой на керн. Одним полюсом электромагнита является керн, другим — верхний фланец. Эти раритетные ГГ также не выпускаются, но до сих пор являются предметом интереса и поиска некоторых энтузиа-

стов Hi-Fi.

49