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

роннюю многократную пропитку (нанесение) бумажного (и не только) диффузора раствором изобутилового каучука. Эта процедура оказалась благотворной для всей АЧХ, несмотря на некоторое снижение отдачи, что, в общем-то, и хорошо на средних и высоких частотах.

На высоких частотах (IV), от 3–4 кГц, роль резонансов с радиальными узловыми линиями снижается, с ростом частоты их амплитуда падает и они смещаются ещ дальше к краю диффузора (рис. 4.17, в). Основное влияние на волновые процессы в диффузоре оказывают резонансы с кольцевыми узловыми линиями. С ростом частоты число этих линий возрастает, расстояние между ними уменьшается, число противофазно излучающих фрагментов диффузора также возрастает, а звуковое давление падает.

Вс вышесказанное с равным успехом относится к купольным ГГ. Следует ещ отметить положительное влияние на АЧХ и качество звука

применение панелей акустического сопротивления (ПАС), расположенных поближе к диффузору. Они демпфируют основной резонанс ГГ, что всегда хорошо.

Нелинейные искажения в диффузорных электродинамических ГГ практически те же самые, которые рассматривались в разделе про акустические сигналы, хотя причины их появления могут быть иными. Эти искажения можно классифицировать следующим образом: 1) гармонические низших порядков (второго, третьего); 2) субгармонические и комбинационные субгармонические; 3) гармонические высших порядков; 4) интермодуляционные и частотномодулированные (за сч т эффекта Доплера).

Общий спектр акустического сигнала, воспроизвед нного электродинамической ГГ при подаче на не электрического гармонического сигнала, представлен на рис. 4.18.

Рис. 4.18. Общий спектр нелинейных искажений электродинамической ГГ

Все виды нелинейных искажений в ГГ вызываются абсолютно всеми нелинейностями, проявляющимся при работе ГГ. Это и нелинейные колебательные процессы в подвижной системе ГГ и е элементах — диффузорах и диафрагмах, подвесах, центрирующих шайбах и т.д., а также нелинейные явления в

70

магнитных системах. Частично причины их вызывающие уже упоминались при обсуждении искажений АЧХ и ФЧХ ГГ.

Гармонические искажения второго-третьего порядков (II на рис. 4.18)

определяются нелинейными процессами в подвижной колебательной системе ГГ, особенно они велики в области основного резонанса ГГ, где амплитуда колебаний максимальна. В области этой частоты нелинейность определяется нелинейностью упругих характеристик гибких подвесов и центрирующих шайб, на более высоких частотах — нелинейными процессами в диффузорах.

Субгармонические искажения (I, III) связаны с динамической неустойчи-

востью колеблющейся диафрагмы. Эта неустойчивость связана с появлением

Гармонические искажения высоких порядков (nf0)(IV) — вызываются

дефектами при изготовлении деталей и сборке ГГ. Поскольку человек воспринимает гармоники высших порядков n > 5 значительно лучше, чем низшие (n = = 2, 3), то присутствие высоких гармоник даже низкого уровня хорошо слышно и воспринимается как дребезг.

Интермодуляционные и частотно-модулированные (эффект Доплера)

искажения описаны в гл. 2. Все конструктивные и технологические меры, направленные на повышение жесткости или демпфирования в подвижных системах, приводят также и к снижению интермодуляционных искажений, так как причиной их появления служит та же амплитудная нелинейность упругих характеристик подвижных систем, что и для других видов искажений.

Рассмотрим нелинейные искажения, вызываемые процессами в системе «магнитная цепь — звуковая катушка» при колебаниях последней в поле первой.

При многочисленных измерениях индукции магнитного поля в зазоре магнитных систем ГГ было установлено, что она, зачастую, неодинакова ни по глубине, ни по окружности. В результате звуковая катушка при своих колебаниях находится в неоднородном и несимметричном поле, т.е. сила, действующая на катушку и диафрагму, нелинейно зависит от подводимого напряжения и смещения. Для получения однородной и симметричной В используют специальные конструкции кернов и фланцев, оптимизируют высоту намотки катушек.

Ещ одной причиной искажений в магнитной системе ГГ является то, что воздействие переменного магнитного потока, возникающего в катушке при протекании переменного тока, изменяет магнитное состояние материала керна не по основной кривой намагничивания, а по частной петле гистерезиса. Это вызывает искажения напряж нности магнитного поля, и, следовательно, тока, протекающего через катушку.

И, наконец, следует упомянуть о силе взаимодействия магнитных полей катушки и магнитопровода, эта сила притяжения вызывает появление второй

71

гармоники в спектре возбуждающей силы. А вс это и определяет нелинейную зависимость силы от подводимого напряжения.

Способы борьбы с нелинейными искажениями, вызываемые процессами в системе «катушка — магнитопровод», весьма многообразны. Все они направлены на увеличение сопротивления магнитному потоку участков магнитопровода, примыкающих к катушке. Это и использование специальных полюсных наконечников и вставок из магнито-мягких материалов типа Fe-Si, Fe-Ni и др., применение индуктивно связанных с катушкой короткозамкнутых витков. Чаще используют диамагнитные колпачки на керне, например, медные, иногда кольца, расположенные у основания керна.

Ещ одной причиной возникновения нелинейных искажений ГГ может быть нелинейность упругости воздуха под пылезащитным колпачком. Для устранения этих искажений применяют колпачки из мягкой сетки, прозрачной для воздуха, или делают отверстие в керне, что при больших скоростях струи воздуха в отверстии может вызвать призвуки.

Искажения динамического диапазона. Как уже было отмечено в п. 2.5,

одним из главных требований к АС категории Hi-Fi является неискаженная передача динамического диапазона.

ГГ, используемые в АС этого класса должны выдерживать электрическую мощность более 200 Вт, иметь большой ход диффузора без тепловых и механических повреждений. При таких мощностях звуковая катушка может нагреваться до 200°С, что может привести к выходу ГГ из строя. Кроме того, при выс о- ких температурах сопротивление звуковых катушек значительно возраст т, что привед т к проблемам согласования с усилителем, изменениям настройки фильтров, искажениям АЧХ, ФЧХ и др. Поэтому необходимо применять меры по повышению термостойкости катушек за сч т использования термостойких материалов для каркасов катушек и покрытия проводов, специальных клеев и лаков для крепления катушек к диафрагмам и пропитки катушек. Кроме того, следует решать вопросы эффективного теплоотвода.

Переходные искажения в диффузорных электродинамических ГГ зависят от конкретной полосы частот, в которых они работают. На низких частотах в области основного резонанса переходные процессы определяются параметрами гибких подвесов у магнитных систем, степенью и законом изменения индуктивностей звуковых катушек при их перемещениях в зазоре. Параметры, характеризующие переходный процесс — это логарифмический декремент затухания и время затухания колебаний . Поэтому для повышения и уменьшения , т.е. для снижения переходных искажений на низких частотах следует снижать механическую добротность подвесов и шайб с помощью использования специальных материалов, покрытий и пропиток с высоким . Полезно применение ПАС. Для стабилизации индуктивности катушек следует применять короткозамкнутые витки, увеличивать высоту намотки катушек и высоту керна, применять мощные магнитные системы для снижения электрической добротности.

72

На средних и высоких частотах вс как и обычно определяется процессами в диафрагмах. Следовательно, на этих частотах для подавления переходных процессов необходимо повышать демпфирование самих диффузоров и диафрагм. Для этих целей используют различные вязкоупругие материалы для диффузоров — широкий класс полимеров в том числе композитов на их основе. Разрабатывают различные композиции целлюлозы, наполненные вязкоупругими связующими. Перспективны многослойные композиты, сочетающие анизотропные слои с высокой ж сткостью с вязкоупругими слоями с высоким , не следует забывать о л гкости диафрагм и диффузоров.

4.3.4. Основные характеристики электродинамических ГГ

Измерения электроакустических характеристик и параметров ГГ проводят в специальных заглушенных измерительных камерах, при этом ГГ устанавливается обычно в стандартный акустический экран, в акустическое оформление для не предназначенное, либо в измерительный ящик. Способ установки ГГ, при котором проводят конкретные измерения, указывается в технических условиях.

Энергетические характеристики

Номинальная мощность — заданная электрическая мощность, при которой нелинейные искажения ГГ не должны превышать требуемые.

Максимальная шумовая (паспортная) мощность — электрическая мощ-

ность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений. Максимальная шумовая мощность должна быть не менее номинальной мощности.

Максимальная синусоидальная мощность — электрическая мощность не-

прерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений. Максимальная синусоидальная мощность должна быть не менее номинальной мощности.

Максимальная кратковременная мощность — электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1 с (испытания повторяют 60 раз с интервалом 1 мин). Максимальная кратковременная мощность должна быть не менее максимальной шумовой мощности ГГ.

Максимальная долговременная мощность – электрическая мощность спе-

циального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1 мин (испытания повторяют 10 раз с интервалом в 2 мин). Максимальная долговременная мощность должна быть не менее максимальной шумовой мощности ГГ.

73

Средняя акустическая мощность — среднее арифметическое значение акустической мощности, излучаемой ГГ в определенном диапазоне частот. Усреднение проводится по значениям акустической мощности на частотах (в полосах частот), распределенных равномерно в логарифмическом масштабе.

Приведенный коэффициент полезного действия — отношение акустиче-

ской мощности, излучаемой ГГ на данной частоте (полосе частот), к проводимой электрической мощности.

Среднее звуковое давление — среднеквадратичное значение звукового давления, развиваемого ГГ в заданном диапазоне частот и точке свободного поля при подведении к нему напряжения, соответствующего заданной электрической мощности. Усреднение проводится по значениям звукового давления на частотах (в полосах частот), распределенных равномерно в логарифмическом масштабе.

Характеристическая чувствительность — среднее звуковое давление,

развиваемое ГГ в заданном диапазоне частот на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1 м от рабочего центра и проводимой электрической мощности 1 Вт.

Уровень характеристической чувствительности — 20-кратный десятич-

ный логарифм отношения характеристической чувствительности к чувствительности 2 ∙ 10-5 Па ∙ Вт - 1/2.

Среднее стандартное звуковое давление — среднее звуковое давление,

развиваемое ГГ в заданном диапазоне частот на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1 м от рабочего центра и подводимой электрической мощности 0,1 Вт.

Характеристическая мощность — электрическая мощность, которую необходимо подвести к ГГ с тем, чтобы обеспечить номинальное среднее звуковое давление, равное 1 Па.

АЧХ и связанные с ней характеристики

Номинальный диапазон частот — диапазон частот, в котором заданы электрические и электроакустические характеристики ГГ.

Частотная характеристика по звуковому давлению — графическая или численная зависимость от частоты уровня звукового давления, развиваемого ГГ в определенной точке свободного поля, находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра, при постоянном значении напряжения на выводах ГГ.

Неравномерность частотной характеристики звукового давления —

разность максимального и минимального значений уровней звукового давления (отношение максимального звукового давления к минимальному, выраженное в децибелах) в заданном диапазоне частот. Пики и провалы частотной характеристики уже 1/8 октавы не учитываются.

Типовая частотная характеристика — графическая зависимость уровня звукового давления от частоты с обозначенным полем допускаемых отклонений и уровнем среднего звукового давления в заданном диапазоне частот, нанесенным в виде прямой горизонтальной линии.

74