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

Электрическое сопротивление

Из сравнения выражений (4.8 – 4.10) и (4.15 – 4.17) следует, что механическое и электрическое сопротивления имеют аналогичную форму.

С уч том вышеизложенного, полное механическое сопротивление подвижной системы электромеханической системы электромеханической ГГ

(4.8 – 4.10) равно

Как было показано ранее, колебательную систему ГГ можно рассматривать как систему с сосредоточенными параметрами, работающую в поршневом режиме, только на нижних и в некоторой области средних частот.

На высоких частотах диффузор (диафрагма) теряет поршневой характер колебаний и вед т себя подобно тонкой мембране, в которой возникают деформации изгиба. В мембране возбуждаются изгибные поперечные волны, которые распространяются от центра возбуждения к периферии с отражением обратно. В результате устанавливается режим стоячих волн с узлами и пучностями, различные участки мембраны возбуждаются на разных частотах и излучают с разными фазами. В этом случае колебательную систему следует рассматривать как систему с распредел нными параметрами.

Входное электрическое сопротивление громкоговорителя определяется

65

Собственное сопротивление динамического громкоговорителя состоит из активного сопротивления RЭ катушки и небольшой ее индуктивности LЭ . Вно-

симое сопротивление определяется полным механическим сопротивлением [см. (3.9)] и коэффициентом электромеханической связи Kсв = Bl [см. (3.11)]. На

рис. 4.14, а [7] приведена аналоговая схема для данного случая, из которой следует, что вносимое сопротивление (3.9)

Это сопротивление можно представить в виде электрического эквивалента. Напишем выражение для вносимой электрической проводимости:

В соответствии с характером частотной зависимости сделаем следующие замены:

После этого получим, что общая проводимость эквивалентной цепи равна сумме проводимостей

Y. Н = R1′ +iωC′+ iω1L′.

Рис. 4.14. Схемы входного сопротивления ГГ: а) электрическая с аналоговой механической схемой; б) эквивалентная электрическая

схема

Это означает, что все три электрические проводимости должны быть включены параллельно (рис. 4.14, б) [7]. Интересно отметить, что в эквива-

66

лентной схеме инерционное сопротивление имеет емкостный, а упругое сопротивление — индуктивный (нельзя путать эквивалент с аналогом).

Механическая колебательная система имеет резонансную частоту ωM =1/mCM =1/L′C′ . Эту частоту называют частотой механического резонан-

са. Из этого следует, что и эквивалентный контур L′ С′ имеет ту же резонансную частоту. На этой частоте входное сопротивление громкоговорителя имеет максимум, определяемый суммой активных сопротивлений катушки и вносимого активного сопротивления

На частотах ниже частоты механического резонанса входное сопротивление падает до активного сопротивления катушки, а на частотах выше (в диапазоне частот 150–400 Гц) достигает минимума, в основном обусловленного последовательным резонансом: индуктивностью LЭ и эквивалентной емкостью С′

во вносимом сопротивлении. Соответствующую частоту резонанса

называют частотой электромеханического резонанса. Выше частоты ωЭ.М.

входное. сопротивление определяется только собственным сопротивлением ка-

тушки Zэи поэтому растет с увеличением частоты из-за ее индуктивного сопротивления. На рис. 4.15 приведена типовая частотная зависимость входного сопротивления ГГ [1,7–9].

Рис. 4.15. Типичная частотная зависимость модуля полного сопротивления электродинамической диффузорной ГГ:

f0 — резонансная частота,

fm — частот электромеханического резонанса,

R — сопротивление постоянному току, Rn — сопротивление на частоте fm ,

R+ R′ — вносимое активное сопротивление

67

Диффузорные катушечные электродинамические ГГ имеют невысокий КПД, не выше 1–2%, и низкое стандартное звуковое давление, не превышающее 0,3 Па. Это объясняется несогласованностью сопротивлений подвижной системы ГГ и акустического сопротивления среды.

4.3.3. Искажения в электродинамических диффузорных ГГ

Излучателям, обсуждаемым в этой главе, присущи большинство типов искажений, которые рассматривались в п. 2.5. Но существует и определ нная специфика, обусловленная принципом действия, конструкцией, применяемыми материалами и элементами, несовершенствами технологий их изготовления и выбора и т. д. Подробный анализ всех видов искажений в электродинамических диффузорных ГГ привед н, например, в работах [9, 10], поэтому ограничимся здесь кратким обзором.

Искажения АЧХ и ФЧХ вызваны сложным характером распределения амплитуд и фаз на поверхности диафрагм. Наибольшую трудность представляет установление связи между АЧХ и ФЧХ и структурой колебательных процессов в подвижных системах ГГ. Пример АЧХ электродинамической диффузорной ГГ представлен на рис. 4.16 [10].

Рис. 4.16. Пример АЧХ широкополосной ГГ

На этой зависимости можно выделить четыре характерные частотные области. Картина колебательных процессов на поверхности диффузора в этих областях приведена на голограммах рис. 4.17 [10].

Вобласти (I), на низких частотах примерно до 300–400 Гц (для бумажных конусных диффузоров диаметром 20–25 см) реализуется поршневой режим колебаний. В этой частотной области искажения в основном определяются ж сткостью, формой и массой диффузора, характеристиками гибких подвесов, параметрами магнитных систем ГГ.

Вследующей области (II) — области средних частот от 350 до 1 кГц поршневой режим колебаний начинает тереться. В диффузоре появляются стоячие волны, вызывающие появление симметричных радиальных колебаний.

68

На соответствующих голограммах наблюдается волновая картина с радиальными узловыми линиями (рис. 4.17, а). Эти колебания нежелательны, и, хотя, они не влияют на АЧХ из-за самокомпенсации, уровень звукового давления в области (II) несколько снижают. Для устранения этих эффектов применяют различные методы повышения ж сткости диффузоров и увеличения потерь в них (например, использование кольцевых р бер ж сткости, применение вязкоупругих пропиток и материалов, в том числе анизотропных композиционных). Эти меры способствуют подавлению радиальных колебаний и расширению диапазона поршневого режима диффузора.

Рис. 4.17. Голограммы колебательных процессов на поверхности диффузора в разных частотных областях:

а— область средних частот II;

б— область частот вблизи первого резонанса диффузора III;

в— область высоких частот IV

При более высоких частотах, примерно до 3–4 кГц, (область (III)) на голограмме рис. 4.17, б видно, что радиальные узловые линии уходят на периферию диффузора и появляется первый резонанс осесимметричных колебаний с одним узловым кольцом. В этой полосе частот практически у всех бумажных ГГ на АЧХ наблюдается весьма приличный пик-провал (иногда до ±8 дБ), что очень хорошо и неприятно слышно. Это нежелательное явление связано с совместным действием осесимметричных резонансов диффузора и резонансов подвеса. Для выравнивания АЧХ используют различные пропитки бумажного подвеса или всего диффузора, применяют подвесы специальной формы и т.д. Нам удавалось снижать этот пик-провал до уровня ±3 дБ, используя двухсто-

69