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

Например, при f0 = 50 Гц, Qп = 2, S≈ 2 м2, при меньших площадях экрана на нижней граничной частоте, определяемой f0, наблюдается спад звукового давления на величину

где S — площадь экрана, вычисленная по (5.1); S1 — фактическая площадь экрана.

Чаще всего используют экран прямоугольной формы с соотношением сторон 2:1–3:1 [8] с ассиметричным расположением ГГ, когда расстояния от центра ГГ до кра в экрана различны. Дело в том, что для разных частот звукового сигнала сдвиг фаз между излучениями передней и задней сторонами диффузора ГГ в экране будет разным. Поэтому ассиметричное расположение, обеспечивая разную длину пути звуковых волн к передней стороне для разных направлений обхода, компенсирует последствия интерференционных явлений в определ нной полосе частот и выравнивает АЧХ. Это в равной степени относится и к собственным механическим резонансам щита.

Существует распростран нное мнение — «нет ящика — нет проблем». Нам представляется это мнение несколько спорным, поскольку «нет ящика — есть проблемы, есть ящик — опять проблемы». Таким образом, налицо сплошные проблемы, и вообще, акустика – это сплошные проблемы: добь шься одного — вязнет другое, но тем оно и интереснее, в жизни появляется смысл, состоящий в разрешении этих проблем.

При снижении нижней граничной частоты и использовании ГГ с полной добротностью меньше 2, размеры экранов становятся настолько большими, что становится весьма проблематичным разместить их в реальном жилом помещении подальше от стен и мебели. Размещение акустических экранов около стены, а лучше, вблизи углов позволяет значительно уменьшить их габариты, но при этом появляются ненужные резонансы, поскольку две параллельные плоскости – это уже резонатор. Первый резонанс, который привед т к образованию стоячей волны, произойд т, когда на расстоянии от экрана до стены уложится половина длины волны, например, при размещении экрана в 0,5 м от стены этот резонанс будет наблюдаться при 344 Гц. Бороться с этими резонансами следует также как и в ящиках — заполнять пространство между экраном и стенами (или вблизи задней стороны ГГ) звукопоглотителем, концентрируя и собирая пыль в помещении.

Поскольку ГГ в акустическом экране по сути является открытой системой, практически не ощущающей влияния гибкости окружающего воздуха, который не препятствует и не ограничивает движение диффузора, она может быть представлена электромеханическими эквивалентными схемами, аналогичными моделям для ГГ в свободном пространстве. По этой же причине подвижная

85

система ГГ совершает колебания с большой амплитудой (особенно на частоте основного резонанса) со всеми вытекающими нежелательными последствиями. Тем не менее, оформление «акустический экран» находит широкое применение среди энтузиастов, использующих раритетные, иногда довоенные (имеется в виду 2-я мировая) широкополосные ГГ. Эти излучатели являются высокодобротными и крайне дефицитными, даже их составные части редко встречаются в природе и, как правило, в рассеянном виде. Так как для получения гладкой АЧХ в области низких частот полная добротность ГГ в оформлении не должна превышать 0,8–0,9, то ГГ с добротностью выше 1 и оформлять-то некуда, кроме как в открытые оформления. Можно, конечно, в закрытые ящики объ мом до 1,5 м3 (Free air) с соответствующими габаритами и весом, что опять-таки проблемно, можно врезать в стену, нагружая соседнее помещение, что, по меньшей мере, не оригинально, учитывая, что там находятся или живут не энтузиасты.

Несмотря на некоторые проблемы применения оформления «акустический экран» на низких частотах, его применение для воспроизведения средних и высоких частот является оправданным, а иногда необходимым для формирования нужных и заданных характеристик АС (п. 5.6.1).

5.3.2. Открытый корпус

Для уменьшения размеров акустического экрана можно загнуть его края, получив таким образом «св рнутый» экран — ящик без задней стенки или открытый корпус (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Открытый корпус

Может показаться, что этот вид оформления является разновидностью экрана, но это справедливо лишь в некоторой степени, несмотря на то, что при расч те и разработке геометрии открытого корпуса следует руководствоваться теми же соображениями, что и для акустического экрана. Это акустическое

86

оформление скорее является разновидностью резонатора Гельмгольца (п. 3.5) с резонансной частотой f , Гц [5]

Электромеханической эквивалентной схемой ГГ, установленной в открытом корпусе, также является схема в табл. 3.3а, но в этом случае присоедин нная масса воздуха в корпусе и его упругость играют более существенную роль чем в экране, но не такую определяющую как в закрытом корпусе. Измерения параметров Тиля-Смолла ГГ в открытом корпусе показывают несколько иные значения по сравнению с аналогичными параметрами ГГ в экране,. кроме того, сравнение частотных зависимостей активных составляющих Z изл (табл. 3.3а) также демонстрирует различия.

Высказываются мнения о значительно большем влиянии на АЧХ открытого корпуса площади передней стенки по сравнению с его глубиной [8], нам это представляется спорным. Тем не менее нежелательно выполнять это оформление с глубиной более одной восьмой длины волны, излучаемой ГГ на частое своего основного резонанса. При больших глубинах оформление «открытый корпус» превратится в систему с распредел нными параметрами — «открытую трубу», а строже, в акустическое оформление «акустическая трансмиссионная линия», но это уже совсем другая история и глава.

Для подавления резонансов открытого корпуса, его стенки и (или) объ м покрываются (заполняются) звукопоглощающими волокнистыми упругопористыми материалами, открытая задняя стенка закрывается съ мной декоративной рамкой, обтянутой тканью с высокой акустической прозрачностью. ГГ также как и в акустическом экране устанавливаются на передней панели асимметрично.

Оформление «открытый корпус» в прошлом имело очень широкое распространение в радиопри мниках, телевизорах и т. д., в настоящее время это оформление встречается крайне редко, хотя в случае высокодобротных ГГ может быть единственно возможным.

5.3.3. Закрытый корпус (closed box, acoustical suspensions)

«Закрытый корпус» является одним из наиболее распростран нных видов акустического оформления. В этом случае поступают радикально, полностью изолируя излучение задней стороны диффузора ГГ, помещая е в герметичный закрытый корпус (рис. 5.4) и полностью устраняя акустическое «короткое замыкание».

87

При этом к упругости подвижной системы ГГ прибавляется упругость воздуха, содержащегося в объ ме закрытого корпуса, снижая гибкость ГГ

(рис. 5.5).

Рис. 5.4. Закрытый корпус

Рис. 5.5. Механическая схема ГГ в закрытом корпусе:

rмгг,cгг,mгг — коэффициент механических потерь, гибкость, масса

подвижной системы ГГ с присоедин нной массой воздуха;

rмв,cв — коэффициент механических потерь, гибкость воздуха в объ ме корпуса с уч том звукопоглотителя

Наличие дополнительной упругости воздуха в корпусе приводит к повышению собственной резонансной частоты ГГ fк и е полной добротности Qпк:

88

где fк — резонансная частота ГГ в корпусе;

f0 — собственная резонансная частота ГГ в воздухе; Vэ — эквивалентный объ м ГГ;

Vк — объ м корпуса;

Qпк — полная добротность ГГ в корпусе;

Qп — полная добротность ГГ в воздухе.

Таким образом, упругость воздуха в корпусе становится определяющим фактором, что накладываются определ нные требования на параметры НЧ ГГ, используемых в этом типе оформления. Они должны обладать низкой собственной резонансной частотой и полной добротностью, т. е. иметь высокую гибкость и достаточно большую массу подвижной системы. Кроме того, такие ГГ должны иметь длинную намотку звуковой катушки и особую конструкцию магнитной системы, обеспечивающие большой ход катушки в магнитном поле с одинаковой индукцией. Также следует иметь в виду, что увеличение массы приводит к снижению уровня характеристической чувствительности и КПД, что опять же требует применения мощных магнитных цепей для получения высокого коэффициента электромеханической связи и низкой электрической добротности.

Для расч та акустического оформления АС и анализа процессов в них на НЧ применим метод электромеханических аналогий с последующим использованием математического аппарата теории четыр хполюсников (гл. 3). При анализе электрических четырехполюсников используют передаточную функцию, которую в случае АС в области НЧ можно представить в следующем виде

где Pвых(S) — комплексный выходной сигнал — звуковое давление; Uвх(S) — комплексный входной сигнал– электрическое напряжение;

=— комплексная частота.

Поскольку «закрытый корпус» на НЧ, как и многие другие оформления, является системой с сосредоточенными параметрами, передаточная функция такой системы может быть аппроксимирована дробно-рациональной функци-

ей [1]

где Wm(S) и Gn(S) — полиномы степени m и n ≥ m соответственно. T(S) АС в области НЧ в общем виде может быть представлена в виде:

89