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

Купольные электродинамические ГГ чаще всего используются в качестве ВЧ и СЧ — излучателей в АС, их принцип действия ничем не отличается от диффузионных ГГ. Конструкция купольной ГГ представлена на рис. 4.2 [10].

Рис. 4.2. Конструкция купольной ГГ: 1 — диафрагма (купол);

2 — сетка; 3 — медный колпачок; 4 — верхний фланец; 5 — кожух; 6 — звуковая катушка; 7 — вкладыш; 8 — шайба; 9 — подвес; 10 — нижний фланец; 11 — магнит; 12 — керн

Ленточные электродинамические ГГ (рис. 4.3) [10]. В этих ГГ звуковой сигнал пода тся на излучающую тонкую гофрированную металлическую полоску 2, находящуюся между полюсами магнитной системы, образованной постоянными магнитами 1 и пластинами, замыкающими полюса магнитов. Ленточные ГГ обладают низкими искажениями и частотным диапазоном вплоть до 125 кГц, однако им присущи и некоторые недостатки, например, большая и тя- ж лая магнитная система, низкое значение сопротивления излучающей полоски, требующее применение понижающего трансформатора.

Рис. 4.3. Схема устройства магнитного ГГ

Изодинамические ГГ (магнепланары) (рис. 4.4) [8] используют в качестве излучающего элемента плоскую тонкую прямоугольную пленку, выполненную

50

на основе высокомодульных термостойких полимеров, например, полиимидов и ароматических полиамидов.

Рис. 4.4. Схема изодинамической ГГ: 1 — магниты; 2 — пленка; 3 — проводник

На пленку методом напыления или травления наносится плоская звуковая катушка в виде прямоугольной или круглой спирали. На рис. 4.5 [11] приведена конструкция отечественной изодинамической ВЧ ГГ 25ГДВ-1 (старое обозначение 10ГИ - 1).

Рис. 4.5. Конструкция ГГ 25ГДВ-1: 1,6 — стальные пластины; 2, 4, 7, 8 — рамки; 3, 9 — магниты;

5 — диафрагма; 10 — звукопоглотитель

Рамка с такой пл нкой находится между полюсами мощной магнитной системы. Система состоит из двух рядов плоских магнитов, установленных в рамки и включ нных в противополе, и двух стальных пластин, замыкающих полюса и усиливающих индукцию магнитного поля. Демпферы сглаживают АЧХ ГГ. Очень плодотворная идея, в отличие от купольной ГГ, излучает одновременно вся плоская поверхность в одной фазе, частотный диапазон простирается до 40 кГц. Однако, к сожалению, идея не до конца реализована, 25ГДВ-1 имеет рекордно низкий уровень характеристической чувствительности — 87 дБ, что привело к замене ВЧ излучателя у многих владельцев АС, где эта ГГ установлена.

Ортодинамические излучатели Хейла являются разновидностью изоди-

намических ГГ. Излучатель представляет собой гофрированную полимерную

51

пленку с нанесенным на нее металлическим проводником в виде вертикальных зигзагов, помещенную в сильное магнитное поле (рис. 4.6) [8], создаваемое мощной и тяж лой магнитной системой.

Рис. 4.6. Схема излучателя Хейла

Направление магнитных силовых линий перпендикулярно плоскости диафрагмы. Проводник нанесен таким образом, что ток, протекающий через него, был направлен вверх на одной стороне складки и вниз на другой.

При такой конфигурации проводника складки диафрагмы стягиваются или растягиваются под действием электромагнитной силы, втягивая или вытягивая воздух между складками, при этом происходит излучение звука. Излучатель Хейла является своеобразным акустическим трансформатором, преобразующим звуковое давление, за счет чего повышается КПД. Отсюда еще одно название ГГ — трансформатор Хейла.

ГГ Хейла используют для воспроизведения СЧ и ВЧ начиная с 500 Гц, они демонстрируют высокую чувствительность и качество звучания вследствие малой массы колеблющихся участков диафрагмы и низкой инерционности.

Электростатические ГГ занимают второе место по распространению после электродинамических, их конструкция приведена на рис. 4.7 [8].

Между двумя электродами с отверстиями 1 помещается излучающая металлизированная пл нка 2, на которую через согласующий трансформатор 3 пода тся напряжение звуковой частоты. Кроме того, для повышения чувствительности и для подавления второй гармоники на пл нку пода тся постоянное напряжение поляризации 4 в несколько раз больше переменного. Переменное электростатическое поле возбуждает колебания пл ночной мембраны, которая излучает звук через перфорированные электроды в окружающее пространство.

Электростатические ГГ обладают рядом достоинств и преимуществ по сравнению с другими ГГ:

–синфазные колебания всей поверхности мембраны;

–широкая полоса воспроизведения в сторону ВЧ;

–высокая равномерность АЧХ;

–чрезвычайно низкие переходные искажения из-за л гкой излучающей мембраны;

–очень высокое качество звучания без какой-либо окраски.

52

Рис. 4.7. Конструкция электростатической ГГ:

1 — неподвижные электроды;

2 — излучающая мембрана;

3 — согласующий трансформатор;

4 — источник поляризации

Ксожалению, этим излучателям присущи и некоторые недостатки:

–специфические нелинейные искажения во второй гармонике, обуслов-

ленные квадратичной зависимостью электростатической возбуждающей силы от напряжения; тем не менее, с ними успешно борются;

–узкая диаграмма направленности на высоких частотах из-за большой площади мембраны, необходимой для воспроизведения широкой полосы частот; эта проблема тоже решается;

–недостаточно низкая нижняя граничная частота воспроизведения;

–мкостная нагрузка для усилителей, сопротивление которой уменьшается повышением частоты;

–необходимость дополнительного источника постоянного напряжения;

–относительно низкий уровень характеристической чувствительности. Вместе с тем электростатические ГГ обладают очень высокими качеством

иестественностью звучания.

Полностью электростатическими АС являются легендарные изделия британской фирмы «Quad» отличающиеся великолепной естественностью звучания, диапазоном воспроизводимых частот 40–20000 Гц при неравномерности АЧХ ±3 дБ, но имеющие невысокую чувствительность и узкий динамический диапазон — 98 дБ.

Из отечественных электростатов можно отметить «Статик» 25АСЭ-101 с диапазоном частот 45–18000 Гц и уровнем характеристической чувствительности 83 дБ и 35АСДС-017 — диапазон частот 30–25000 Гц за счет фазоинверторной НЧ-секции на основе электродинамической ГГ75ГДН-3, чувствительность — 85 дБ.

53

Электретные ГГ. Электретом называют диэлектрик, длительное время сохраняющий поляризацию и создающий в окружающем пространстве электрическое поле после окончания внешнего воздействия, вызвавшего поляризацию. Свойство длительно сохранять поляризованное состояние (в течение нескольких лет, и даже десятков лет) называют электретным эффектом, время существования этого состояния уменьшается при наличии влажности и повышенной температуры. Электреты являются своеобразными аналогами постоянных магнитов.

Для получения электретов наиболее широко применяют полимерные пленки толщиной 3–100 мкм с малым значением диэлектрической проницаемости и с высоким удельным сопротивлением – полиэтилентерефталат (ПЭТФлавсан), поликарбонат (ПК), политетрафторэтилен (ПТФЭ). Наиболее стабильным электретным эффектом обладают электреты на основе ПТФЭ.

Электретные излучатели отличаются от электростатических отсутствием блока поляризации и использованием вместо него поляризованного диэлектрика (электрета). Существуют конструкции излучателей, где электретный материал можно использовать в качестве излучающей мембраны (биполярный, моноэлектрет) или наносить на электроды (массивный электрет). Широкое применение этих ГГ ограничено невысокой стабильностью поверхностного заряда на всей площади излучателя.

Пьезопленочные ГГ появились после обнаружения пьезоэффекта у поливинилиденфторидых (ПВДФ) пленок со структурной формулой CH2 −CF2 и ко-

эффициентом электромеханической связи KЭМ = 0,16,обычно KЭМ для разных

пьезоэлектриков лежит в пределах 0,01–0,3. Позднее пьезоэффект был зафиксирован и в других полимерных материалах в виде механически ориентированных при температурах ниже температуры стеклования (60–100oC ) и поляризованных в сильных постоянных электрических полях пленок. Вариант конструкции пьезопл ночной ГГ представлен на рис. 4.8 [10]. Конструкция представляет собой фрагмент перфорированного цилиндра, на который натянута пьезоэлектрическая пл нка вместе с поролоновой подложкой. Если к пьезопл нке приложить напряжение звуковой частоты перпендикулярно е поверхности, то в пл нке возникнут пульсации и она будет излучать звук. Известна и хорошо себя зарекомендовала целая линейка АС фирмы «Pioneer» с ВЧ-излучателями такого типа: НРМ-100, НРМ-200 и др. Фирма «Audax» (Франция) разработала высококачественную пьезопл ночную ВЧ ГГ купольного типа на основе ориентированной в двух в двух направлениях пьезопл нки с диапазоном частот 6–60 кГц.

Преимуществами излучателей этого типа является широкий диапазон воспроизводимых частот, отсутствие магнитной системы и простота конструкции.

Пьезокерамические излучатели представляют собой биморфные элементы, склеенные из двух пьезокерамических пластин. Если к такому элементу, закрепл нному с двух сторон, подвести переменное напряжение, в н м возникнут изгибные колебания. Пьезокерамики после синтеза подвергаются поляризации

54