Иофе В. К., Лизунков М. В. Бытовы   акустические   системы. — М.:   Радио  и связь, 1984.

РАЗДЕЛ 8. ОТКРЫТОЕ АКУСТИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ

 

Открытым акустическим оформлением головки называется та­кое ее оформление, при котором задняя сторона звукоизлучающей поверхности диффузора головки не изолирована акустически от передней.  В  качестве открытого оформления   применяется  либо плоский экран  (щит), либо ящик, обычно имеющий форму параллелепипеда, с перфорированной задней стенкой.

Открытое акустическое оформление наиболее распространено как в нашей стране, так и за рубежом. Оно используется в телевизорах, переносных радиоприемниках всех классов, кассетных магнитофонах, абонентских громкоговорителях, а также в большей части катушечных магнитофонов, стационарных радиоприем­ников и электрофонов. Можно сказать, что за исключением высо­кокачественной звуковоспроизводящей радиоаппаратуры с вынос­ными АС, вся остальная бытовая звуковоспроизводящая аппара­тура имеет открытое акустическое оформление.

Достоинство открытых АС — простота и, кроме того, в них не имеет места повышение резонансной частоты по сравнению с резонансной частотой применяемой головки, а принципиально воз­можно и понижение этой частоты, что выгодно отличает откры­тую АС, например, от закрытой. Недостаток открытой системы — сравнительно большие размеры этого оформления, когда требу­ется  воспроизведение  низших  частот  звукового  диапазона.

Наиболее простой вид открытого оформления — плоский экран. Даже при сравнительно небольших его размерах воспроизведение низких частот значительно улучшается. Вместе с тем в области средних и особенно высоких частот экран уже не оказывает су­щественного влияния. Конструктивно экран рекомендуется вы­полнять в виде толстой доски или фанеры толщиной 10—20 мм в которой вырезано отверстие по периметру диффузородержателя головки, куда вставляется головка. Экран выполняется квадрат­ной или прямоугольной формы. Соотношения сторон прямоугольного экрана могут колебаться в довольно широких пределах. Пред­почтительное отношение сторон прямоугольного экрана в пределах от 2: 1 до 3 : 1.

Размещать головку рекомендуется в центре прямоугольного экрана. Смещение от центра уменьшает звуковое давление АС и ухудшает ее частотную характеристику. Для квадратных экранов некоторое смещение места установки головки улучшает частот­ную характеристику, поскольку при симметричном креплении го­ловки на частотной характеристике появляется глубокий провал в области средних частот. На рис. 27 показана форма частотной характеристики при смещении головки от центра.

На рис. 28 приведена конструкция стандартного акустическо­го экрана, предусмотренная ГОСТ 16122—78 «Громкоговорители. Методы электроакустических испытаний и измерений». С помощью этой конструкции измеряют параметры головок.

Практически конструкции плоского экрана могут выполняться, например, в виде щита, помещаемого в углу комнаты  (рис. 29).

Установка щита с головкой в углу комнаты позволяет умень­шить его размеры. Щит в виде треугольника  или трапеции  подвешивают, например,  в углу у потолка.  Между верхней кромкой щита и потолком необходимо оставить широкую щель, а простран­ство позади  щита  рекомендуется   заполнить   звукопоглощающим материалом. Головку необходимо защитить от возможных повреж­дений и пыли.

Встречаются описания АС, в которых головка вставляется в отверстие в стене комнаты, т. е. стена является экраном.

Принципиально такое конструктивное решение выгодно, но при этом не надо забывать, что звучание АС будет иметь место не только в той комнате, в которой АС предназначена работать, но и в той, куда выходит задняя поверхность головки, что, конечно, не всегда желательно. Если же такое решение возможно, то оно дает за­метное улучшение частотной характеристики и качества звуча­ния, особенно на низких частотах.

Определим, каким должен быть размер экрана? Желателен такой экран, который позволил бы на нижней граничной частоте воспроизводимого диапазона получить такой же уровень звуково­го давления, как и на верхней границе поршневого диапазона f_гр.в зоны его действия, т. е. выровнять звуковое давление на ниж­них и средних частотах. Значение f_гр.в может быть найдено из (27). Выбор нижней граничной частоты зависит от добротно­сти применяемой головки. Ранее отмечалось, что форма частот­ной характеристики головки при Q<1,93 монотонно возрастает, а при Ql,93 на частотной характеристике появляются провал на частоте  и пик на частоте . Добротность головки при поме­щении ее в плоский щит практически не меняется. Неравномер­ность частотной характеристики при Q<1,93 и при правильном выборе размеров экрана определяется только спадом в область более низких частот. Поэтому за нижнюю граничную частоту при Q<1,93 выбирают резонансную частоту головки . При Q1,93 за нижнюю граничную частоту обычно выбирают частоту пика  частотной характеристики головки (рис. 23, кривая 2) и неравно­мерность частотной характеристики в этом случае определяется провалом на частоте . Однако при этом несколько сужается расчетный диапазон воспроизводимых частот по сравнению с его значением при Q<1,93.

Для устранения этого недостатка авторами предложен другой способ выбора нижней граничной частоты воспроизводимого диа­пазона, позволяющий снизить ее значение. Суть его заключается в том, что нижняя  граничная частота  выбирается    на    частоте , на которой уровень частотной характеристики равен ее уровню на ча­стоте провала  (рис. 30).

В зависи­мости от значения Q эта частота мо­жет быть несколько выше или ниже . Исследования показали, что наиболее рациональная добротность головки для открытых АС равна 2,4. При этом нижняя граничная частота открытой АС f_гр.н совпадает с резонансной часто­ той головки .

Площадь экрана,  исходя  из обеспечения наиболее равномер­ной характеристики, может быть определена как

, (28)

где (Q) — некоторая функция от Q, при 1,93<Q<2,5 приближен­но равна Q; f_гр.н — определяется по рис. 32. При Q<1,93 выраже­ние (28) имеет вид

. (29)

Обычно экраны выполняют меньших размеров, чем рекомендовано в (28) и (29). Тогда на нижней граничной частоте следует ожи­дать спада частотной характеристики на

, (30)

где S — вычисленная по   (28)   и   (29)   площадь экрана; S'— фак­тическая площадь экрана.

Пример расчета экрана. Пусть требуется рассчитать размеры экрана для головки 0,5ГД-37 со следующими параметрами: f₀ = 315 Гц; d = 0,08 м; Q = 2,3; m₀=l,2.10^{-3 кГ, если допустимый спад частотной характеристики на} f_гр.н равен 6 дБ. (Величина m₀ будет использована в следующем примере.)

1.  Из (27) находим:  Гц.

2.  По рис. 32 определяем: f_гр.н = 315 Гц.

3.  .

4.  Площадь экрана по (28):  м².

5. При допустимом спаде частотной характеристики на нижней граничной частоте, равном 6 дБ, из  (30)   находим:   S' = 0,017 м².

6.   Выбираем размеры экрана равными (0,17x0,1) м².

Открытый корпус. Самый распространенный вид открытого акустического оформления — ящик, у которого задняя стенка имеет ряд сквозных отверстий или же полностью отсутствует. Головка устанавливается обычно на передней панели ящика. Его внутрен­ний объем, как правило, используется для размещения деталей электрической схемы, например радиоприемника. Выносные АС в виде открытых корпусов применяются реже. Акустическое дей­ствие открытого оформления подобно действию экрана. Наиболь­шее влияние на частотную характеристику акустической системы с открытым оформлением оказывает передняя стенка, т. е. та, на которой крепится головка. Вопреки довольно распространенному мнению боковые стенки открытого оформления влияют на ха­рактеристику открытого оформления мало. Поэтому не рекомен­дуется делать открытое оформление глубоким, а надо стараться по возможности увеличивать переднюю панель оформления. На рис. 33 показаны различные частотные характеристики АС с от­крытым оформлением в зависимости от его глубины. Обычно от­крытое оформление выполняют такой глубины, чтобы головка по­мещалась в нем с некоторым технологическим запасом (20% от глубины головки). При этом «вклад» баковых стенок в суммар­ное звуковое давление открытого корпуса составляет 1—3 дБ.

 

Однако авторами было уста­новлено, что наличие боковых стенок создает эффект снижения резонансной частоты открытого оформления с увеличением его глубины, которое происходит за счет присоединения части массы воздуха внутри оформления к массе подвижной системы головки. Резонансная частота в этом случае

. (31)

а глубина  оформления для  получения нужной резонансной ча­стоты

.

Конечно, если сделать оформление очень глубоким, то оно мо­жет действовать как труба, резонирующая на ряде частот, тем более низких, чем больше длина трубы. Естественно, что это не­желательно, поскольку такие резонансы являются причиной по­явления пиков и провалов на частотной характеристике АС.

Размеры передней панели, как уже говорилось, желательно иметь как можно больше. Ограничением здесь являются только соображения удобства размещения и пользования. Что касается места установки головки на передней панели, то рекомендации тут такие же, как при плоском экране.

Площадь передней панели открытого акустического оформле­ния с учетом влияния глубины оформления h может быть найде­на как

, (32)

где (Q) и f_гр.н определяются так же, как в (28), однако не­обходимо учитывать, что вместо частоты f₀ необходимо подстав­лять частоту f₀₂, определяемую из (31).

При Q<1,93 выражение (32) упрощается

, (33)

где f₀₂ определяется из (31).

Имеется еще один элемент открытого оформления, который может влиять на работу открытой АС. Это задняя стенка оформления, которая служит для защиты элементов схемы радиоуст­ройства. Она должна быть по крайней мере такой, чтобы не ухуд­шать акустические параметры системы. На рис. 34 приведены ча­стотные характеристики  АС  с открытыми  корпусами  с  задними стенками, выполненными из различных материалов (с разной их толщиной). Как видно, материал и толщина задней стенки сильно влияют на частот­ную характеристику открытой системы. Акусти­ческие параметры откры­той АС зависят также и от размеров и числа пер­фораций (отверстий) в задней стенке.

На рис. 35 приведены частотные   характеристики АС в ящиках с различным числом перфораций в поверхности задних стенок. Для оценки влияния перфораций вводится термин — степень перфорированности задней стенки, А₀/А — это отношение общей площади равномерно распределенных отверстий А₀ к пло­щади задней стенки А. Степень перфорированности задней стенки должна составлять не менее 0,1 для оформлений с объемом оформ­ления 5 л  и 0,15—0,20 для оформлений с объемом менее 5 л.

Конфигурация оформления оказывает большое влияние на фор­му частотной характеристики на средних частотах, вызывая появ­ление многочисленных пиков и провалов при неудачной конфигу­рации. Это хорошо видно из рассмотрения графиков на рис. 36, где приведены частотные характеристики для разных конфигура­ций оформления: сферического (шара), куба, усеченной пирами­ды, параллелепипеда. Наиболее благоприятная форма — сфера. Приведенные характеристики следует иметь в виду при выборе конфигурации оформления, хотя из конструктивных соображений редко можно применить благоприятную форму из числа приве­денных на рис. 36, за исключением параллелепипеда. Из эстети­ческих соображений размеры оформления в виде параллелепипе­да часто выбирают так, чтобы размеры лицевой панели (длина и ширина) и глубины относились как .

Пример расчета. Требуется рассчитать размеры передней па­нели открытого оформления глубиной h=80 мм для головки 0,5 ГД-37 (см. предыдущий пример).

1.  Из  (27)  находим граничную частоту:  Гц.

2.  По  (31)  определяем резонансную частоту головки в открытом оформлении с учетом его глубины:

 Гц.

3.   По графику на рис. 32 находим  нижнюю граничную частоту воспроизводимого диапазона при Q = 2,3; f_гр.в260 Гц.

4.  По графику на рис. 33 находим разность уровней пик — провал: N=1,0 дБ.

5.  .

6.   По   (32)   определяем площадь  передней  панели   оформления: м².

При спаде на частоте f_гр.н. равном 6 дБ, по  (30)  находим, что S' = 0,02 м².

7.        Выбираем размер передней панели равным 0,170,12 м².

 

Следующий раздел >>

Раздел 9. Закрытое акустическое оформление