М.М. ЭФРУССИ. ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ, М., «ЭНЕРГИЯ», 1971

 

3. ПРИНЦИП   ДЕЙСТВИЯ   И   УСТРОЙСТВО ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ

 

Электродинамический громкоговоритель является электроакусти­ческим преобразователем.

Принцип его работы основан на взаимодействии проводника с то­ком и постоянного магнитного поля. Схематически этот принцип, от­носящийся к любой электродинамической системе, показан на рис. 2 и заключается в следующем. Если в магнитное поле, обра­зованное полюсами магнита, помещен проводник, по кото­рому проходит постоянный электрический ток, то на про­водник будет действовать ме­ханическая сила, называемая электродинамической. Эта си­ла стремится вытолкнуть проводник из зоны действия магнитного поля в направлении, перпендикулярном силовым линиям поля и направлению тока (правило "левой руки"). В том случае если ток, проте­кающий по проводнику, будет переменным, то сила, вытал­кивающая проводник, будет изменять свое направление с частотой переменного тока и провод­ник будет совершать колебания в магнитном поле с той же частотой. В электродинамическом громкоговорителе, типовая конструкция которого показана на рис. 3, магнитное поле сосредоточено в кольце­вом зазоре, а проводник намотан на цилиндрическом каркасе в виде звуковой катушки. Сила взаимодействия переменного тока, протека­ющего по звуковой катушке, и магнитного поля приводит в аксиальное(осевое) колебательное движение катушку и жестко соединенный с нею диффузор (конус). Количественно эта сила (F) пропорцио­нальна магнитной индукции в кольцевом зазоре (В, вб/м²; 1 вб/м² = 10⁴ гс), длине проводника звуковой катушки (l, м) и силе тока (I, а), т. е.

 

Устройство электродинамического громкоговорителя видно из рис. 3. Постоянный магнит 1 создает сильное магнитное поле в коль­цевом зазоре между керном 2 и передним фланцем 3. В этом зазоре помещается звуковая катушка 4, жестко соединенная с диффузором конической формы 5. Звуковая катушка расположена посередине кольцевого зазора благодаря наличию центрирующей шайбы 6, при­клеенной к диффузору вблизи места соединения его со звуковой катушкой. Края диффузора и центрирующей шайбы в виде плоского воротника крепятся к диффузородержателю 7, имеющему прорези (окна). Звуковая катушка вместе с диффузором и центрирующей шайбой образуют подвижную систему громкоговорителя. Перемещения (колебания) диффузора возбуждают в окружающем воздушном пространстве звуковые волны, воспринимаемые человеческим ухом как звуки.

 

Основная резонансная частота подвижной системы (частота ме­ханического резонанса громкоговорителя) зависит от ее массы и гиб­кости (упругости): чем больше масса и больше гибкость, тем ниже резонансная частота. Гибкость подвижной системы определяется гибкостями центрирующей шайбы и под­веса диффузора; гибкость подвеса диффузора обычно больше, чем гибкость центрирующей шайбы. Масса подвиж­ной системы в основном складывается из масс звуковой катушки, диффузора и соколеблющейся с диффузором (при­соединенной) массы воздуха. При вос­произведении сигнала с частотой, близ­кой или равной частоте основного резо­нанса подвижной системы громкогово­рителя, и неизменном токе в звуковой катушке амплитуда колебаний диффу­зора увеличивается и повышается зву­ковое давление на этих частотах.

 

Магнитная   система.   Амплитуда   ко­лебаний   диффузора,   как   указывалось ранее,   зависит  от  величины   магнитной индукции,   существующей в кольцевом зазоре, где помещается   звуковая   ка­тушка.    В   свою   очередь    величина   ин­дукции зависит от конструкции деталей магнитной системы и качества постоян­ного магнита.  Магнитная система гром­коговорителя состоит из магнита  и магнитопровода.     Магнит     обычно     имеет форму кольца  (рис.   4, а, г) или керна (рис.  4, 6, в).  Коль­цевые    магниты    отливают    из специальных      алюминие-никелевых  сплавов   (типа  «альни» ЮНД4)   с  присадками  других материалов;  для создании ну­жных   индукций   в   зазоре   они имеют достаточно большой объем и вес. Керновые магни­ты имеют меньшие размеры и вес, так как изготовляются из более высококачественных алюминий-никелево-кобаль­товых сплавов с примесями других дорогих металлов (на­пример, сплавы ЮНДК24, ЮНДК25БА и др.).

 

Для магнитопровода   используют сталь (например, "армко"). Магнитопровод выполняют закрытым — в ви­де стакана (рис. 4, б) или открытым — в виде скобы (рис. 4, в). Вследствие трудностей изготовления магнитного керна с концом нужного диаметра и с минимальными допусками, на торцовую часть керна наклеивают круглую стальную пластинку. Ее толщина равна толщине переднего фланца. Пластинка и круглое отверстие фланца образуют кольцевой зазор. Керновые магниты позволяют создать магнитную систему громкоговорителя со значительно меньшим внешним магнитным полем рассеяния. Это очень важно для громкоговорителей, применяемых в телевизорах и радиоприемниках с внутренними магнитными антеннами; громкоговорители с кольце­выми магнитами там не могут использоваться. Наряду с магнитами из металлических сплавов широко применяются магниты, прессованные из ферритбария (марки 2БА и ЗБА). Они имеют вид сравнительно тонкой, но широкой шайбы для уменьшения магнитного сопротив­ления. Магнитная система в этом случае отличается малой высотой (рис. 4, г).

 

Звуковая катушка.  Звуковую катушку наматывают медным или алюминиевым проводом на каркасе из плотных сортов бумаги (в ма­ломощных громкоговорителях)  или алюминия, меди, а также пласт­массы (в мощных громкоговорителях). Число слоев всегда делается четным, чтобы выводы катушки были с одной стороны; чаще всего делаются два или четыре слоя. Благодаря хорошему отводу тепла допускается большая плотность тока в обмотке — от 30 до 90 а/мм². Для скрепления обмотки с каркасом витки склеивают между собой и с каркасом лаком. Согласно  ГОСТ 9010-67 полное электрическое сопротивление    звуковой    катушки   должно   быть   одним   из   следующих номиналов: 4;  6,5;  8;   12,5;   16;  30;  60 Ом.  Выводы обмотки приклеивают к каркасу и диффузору, а их концы припаивают к пустотелым заклепкам   или скобкам,   установленным    на    диффузоре.

К последним припаивают также специальные гибкие и очень прочные проводники, которые другими концами присоединяются к выводным контактам громкоговорителя, установленным на диффузородержателе. С целью уменьшения нелинейных искажений высота звуковой катушки делается или меньше, или больше высоты кольцевого зазора. В обоих этих случаях катушка совершает осевые перемещения в неизменном по силе магнитном    поле, т.е. сохраняется постоянным среднее значение индукции.

 

Центрирующая шайба. Правильное положение звуковой катушки по ширине магнитного зазора обеспечивается центрирующей шайбой, которая обладает значительно большей жесткостью в поперечном оси катушки  (радиальном)  направлении, чем в продольном. Попе­речная жесткость важна для стабильной установки звуковой катуш­ки в магнитном зазоре так, чтобы  она  не касалась ни керна, ни фланца. Осевая гибкость необходима для получения достаточно низкой частоты основного резонанса подвижной   системы    громкогово­рителя. В тех случаях, когда частота основного резонанса сравни­тельно высока,   например  у  высокочастотных  громкоговорителей, осевая жесткость центрирующей  шайбы может быть также увели­чена.

 

Применяются центрирующие   шайбы   гофрированной  (рис. 5,a) или паучковой  (рис. 5,6)   конструкции.   Первые,   получившие у нас наибольшее распространение, имеют концентрические гофры  с  числом  гофр   два — пять  разнообразного   профиля   (синусоидального, трапецеидального и других)  и делаются  из пропитанной  бакелито­вым или цапон-лаком хлопчатобумажной или шелковой ткани. Паучковые центрирующие шайбы изготовляются штамповкой из тонкого текстолита. У большинства громкоговорителей центрирующая  шай­ба расположена с внешней стороны диффузора (рис. 5, а, б), однако она может быть расположена и внутри диффузора (рис. 5, в), буду­чи прикрепленной своей центральной частью к керну. Внутренняя центрирующая шайба не допускает больших перемещений звуковой катушки без нарушения линейности ее упругости. Поэтому она при­меняется только в маломощных и высокочастотных громкоговорите­лях, у которых перемещения звуковой катушки малы.

Довольно часто, особенно в громкоговорителях большой мощно­сти центрирующая шайба устанавливается на переднем фланце маг­нитной системы.

Диффузор. Диффузор является излучающим элементом громкого­ворителя, в значительной степени определяющим его основные элек­троакустические характеристики. Как одно целое (как поршень) диффузор колеблется только в области низших частот; на средних и высших частотах различные участки диффузора колеблются с раз­ными амплитудами и фазами, в результате чего в частотной харак­теристике громкоговорителя появляются пики и провалы. Обычно диффузор имеет коническую форму. Широко применяются два типа диффузоров: круглые и овальные (эллиптические). У последних к вершине конуса, где к нему прикрепляется каркас звуковой катуш­ки, овал переходит в круг. Овальная форма диффузора не улучшает электроакустические параметры громкоговорителя, а лишь более удобна при размещении громкоговорителя в ящиках телевизоров, магнитофонов и некоторых типов приемников. Диффузоры штампу­ют из цельных листов бумаги или отливают из бумажной массы, иногда с примесью шерсти, на сетках; толщина диффузоров колеблется от 0,1 мм в миниатюрных громкоговорителях до 0,4 мм в громкоговорителях мощностью 5—10 вт. В некоторых зарубежных громкоговорителях применяют диффузоры из полимеров и пенопла­ста, армированного с двух сторон алюминиевой фольгой, а также из металла— титана. Край диффузора (основание конуса) имеет кон­центрические гофры, которые переходят в плоский воротник, при­клеиваемый к диффузородержателю. Концентрические гофры, назы­ваемые подвесом диффузора, обеспечивают ему возможность совершать осевые перемещения.

 

В некоторых громкоговорителях вместо кольцевого гофра при­менен воротник из дугообразных полосок тонкой кожи или другого гибкого материала.

Высота (глубина) диффузора делается такой, чтобы обеспечить симметричное положение звуковой катушки по высоте магнитного зазора; соблюдение этого способствует уменьшению нелинейных ис­кажений громкоговорителя.

 

Для хорошего воспроизведения высших звуковых частот диф­фузор должен быть жестким и иметь меньшую массу. Чтобы диф­фузор обладал достаточной жесткостью, ему обычно придают кони­ческую форму с углом раскрытия от 100 до 120—130° С. При боль­ших углах диффузор оказывается недостаточно жестким, а при меньших — слишком тяжелым, так как при этом растет глубина диффузора. Жесткость конической части диффузора можно повы­сить употреблением более жестких сортов целлюлозы и последую­щей пропиткой части диффузора, прилегающей к звуковой катушке, лаками. Этой же цели способствует кривизна образующей конуса (рис. 6, а), которая предназначена главным образом для снижения субгармонических колеба­ний диффузора (на поло­вине возбуждающей часто­ты). Кроме того, иногда применяют дополнитель­ный диффузор (конус) с меньшим углом раскрытия, который прикрепляется сво­ей вершиной к основному диффузору (рис. 6,б). Вто­рой диффузор, будучи жестче, лучше воспроизводит высшие частоты, расширяя вверх границу воспроизво­димых частот. Иногда в громкоговорителях мощно­стью 5 вт и выше применяют диффузоры с кольцевой гофрировкой (рис. 6, б), у которых благодаря гибкости гофра часть диффузора, прилегающая к его основанию, как бы отключается на высших ча­стотах, уменьшая массу подвижной системы и улучшая воспроизве­дение этих частот.

 

Диффузородержатель. Диффузородержатель предназначен для установки в нем диффузора, элементов подвижной системы и креп­ления громкоговорителя во внешнем оформлении, часто называе­мым акустическим. Диффузородержатели делают преимущественно из стали глубокой вытяжки, твердых сортов алюминия или отлива­ют из силумина (сплава алюминия с кремнием). Значительно реже делают диффузородержатель из пластмассы.

В диффузородержателях делаются боковые прорези (окна). Очень важно, чтобы в диффузородержателе была обеспечена парал­лельность между плоскостями, к которым крепятся воротник диф­фузора, центрирующая шайба и передний фланец магнитной систе­мы. К переднему фланцу диффузородержатель прикрепляется заклепками или винтами, реже при помощи сварки.

 

Классификация электродинамических громкоговорителей. Элек­тродинамические громкоговорители разделяются по электроакусти­ческим, конструктивным и эксплуатационным признакам. К первым относятся: полоса воспроизводимых частот (ширококополосные или узкополосные громкоговорители), номинальная электрическая мощ­ность, активное сопротивление звуковой катушки (низкоомные или высокоомные громкоговорители). К конструктивным признакам относятся: устройство подвижной системы (один диффузор или два, одна звуковая катушка или две, одиночный или спаренный громко­говоритель), устройство магнитной системы, форма диффузора — круглая или овальная. К эксплуатационным признакам относятся температурные и климатические условия работы громкоговорителя и его влагостойкость. Согласно ГОСТ 9010-67 сокращенные обозна­чения громкоговорителей имеют следующее значение: первая цифра указывает номинальную мощность громкоговорителя в ваттах, бук­вы указывают тип громкоговорителя (ГД — громкоговоритель элек­тродинамический, КЗ — колонка звуковая), вторая — номер разра­ботки громкоговорителя. Третья цифра указывает значение частоты механического резонанса, если этот тип громкоговорителя выпуска­ется с различными резонансными частотами. Громкоговорители, предназначенные для работы в тропических условиях, имеют в кон­це обозначения букву Т.

 

Следующий раздел >>

Раздел 4. Основные показатели электродинамических громкоговорителей