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

 

5. ОПИСАНИЕ ТИПИЧНЫХ  КОНСТРУКЦИЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ

 

Диффузорные громкоговорители прямого излучения. Наиболее простая конструкция диффузорного электродинамического громкого­ворителя с круглым диффузором и кольцевым магнитом из никель-алюминиевого сплава показана на рис. 3. Эта конструкция получила наибольшее распространение. На рис. 16,а представлен также ши­роко используемый в телевизорах, магнитофонах и громкоговорите­лях громкоговоритель с эллиптическим диффузором и керновым магнитом из сплава, содержащего кобальт (ЮНДКА-24). Этот громкоговоритель отличается малым внешним магнитным полем и более удобной формой. Такие же громкоговорители могут быть с диффузором, имеющим криволинейную образующую, что улучшает воспроизведение звуков высших частот и уменьшает нелинейные ис­кажения, вызываемые деформацией диффузора. Криволинейная об­разующая является либо экспонентом, либо дугой окружности. На рис. 16,б представлена модель громкоговорителя 2ГД-22, который можно считать «сверховальным»; модель позволяет еще более эко­номно использовать объем телевизора, магнитофона и других уст­ройств, ограниченных габаритами.

На рис. 16,в показан громкоговоритель с плоским кольцевым магнитом, прессованным из керамики феррит-бария (4ГД-28), кото­рый отличается от громкоговорителя, изображенного выше, главным образом конфигурацией магнитной системы. Применение магнита из феррит-бария позволило создать громкоговоритель весьма неболь­шой высоты. Стоит упомянуть о самой плоской конструкции гром­коговорителя, у которого магнитная система помещена внутри диффузора. Этот тип громкоговорителя более сложен в производстве и обладает несколько менее гладкой частотной характеристикой в об­ласти частот выше 2 кгц, чем громкоговоритель с обычным распо­ложением магнитной системы.

 

 

Громкоговоритель с двумя диффузорами лучше воспроизводит звуки высших частот (до 18—20 кгц). Наличие второго диффузора несколько повышает вес подвижной системы и приводит к сниже­нию основной резонансной частоты и уменьшению нижней границы полосы воспроизводимых частот. Эффективным средством улучше­ния воспроизведения звуков высших частот является двухполосный комбинированный  громкоговоритель,  он  представляет собой  объединение в одной коаксиальной конструкции двух узкополосных громкоговорителей, каждый из которых воспроизводит часть широ­кого диапазона частот; для этого оба громкоговорителя (или только высокочастотный) присоединяются к усилителю через фильтр, который защищает от перегрузки и искажений высокочастотную головку.

На рис.  17, а представлен   такой   коаксиальный   громкоговори­тель,   у   которого   внутри   большого    диффузора,   принадлежащего низкочастотному громкоговорителю, установлен с помощью перекла­дины (мостика) малогабаритный высокочастотный громкоговори­тель.

 

 

 

Задняя сторона диффузора высокочастотной головки во из­бежание воздействия на нее излучения низкочастотного громкоговорителя и появления искажений должна быть закрыта замкнутым кожухом. Как и все двухполосные громкоговорители, коаксиальный громкоговоритель обладает более гладкой частотной характеристи­кой, обычно свойственной узкополосным громкоговорителям. Благо­даря тому что высокочастотный громкоговоритель имеет диффузор малой площади, коаксиальные громкоговорители имеют расширен­ную характеристику направленности.

 

Еще более широкая характеристика направленности получается у коаксиального громкоговорителя, показанного на рис. 17, б, имеющего два высокочастотных громкоговорителя, установленных под углом друг к другу. Высокочастотные громкоговорители могут крепиться либо к керну низкочастотного громкоговорителя, либо к его диффузородержателю. Выпускаются также двухполосные коак­сиальные громкоговорители, у которых диффузорный высокочастот­ный громкоговоритель заменен рупорным. В некоторых конструкци­ях применяется многоячейковый рупор с выходными отверстиями, расположенными по сферической поверхности. Этим обеспечивается еще более широкая характеристика направленности громкоговорите­ля на высших частотах. В других конструкциях коаксиального гром­коговорителя рупором высокочастотного громкоговорителя служит диффузор низкочастотного громкоговорителя с криволинейной об­разующей (рис. 18).

 

Рис.   18. Двухполосный  коаксиальный   громкоговоритель с рупором, образованным низкочастотным диффузором.

1 — высокочастотная   часть   громкоговорителя;   2 — низкочастотный  громкогово­ритель.

 

В обеих указанных конструкциях коаксиального громкогово­рителя высокочастотная головка (часть) помещается за магнитной системой низкочастотной части и рупор   проходит   через   керн   последнего либо в нем сделано конусное отверстие, которое использует­ся как часть рупора.

Наиболее сложным по конструкции и дорогим является трехполосный коаксиальный громкоговоритель, показанный на рис. 19.

 

Рис.   19. Трехполосный коакси­альный громкоговоритель,

1 — низкочастотная головка; 2 — ру­пор   среднечастотной    головки;   3 — головка    высокочастотного   громко­говорителя.

 

Он состоит из диффузорной низкочастотной головки, рупорной среднечастотной головки и рупорной же или диффузорной высоко­частотной головки, установлен­ной внутри диффузора низко­частотной головки. Из рис. 19 видно, что над диафрагмами высокочастотной и среднечастотной головок помещены противоинтерференционные вкла­дыши в виде тела вращения (усеченного конуса). Назначе­ние этого вкладыша — осла­бить интерференционные яв­ления, наличие которых ухуд­шает равномерность воспроиз­ведения  высших частот.

При отсутствии вкладыша интерференционные явления усиливаются ввиду различной длины  путей от различных участков диафрагмы до входного отверстия рупора. Вкладыши урав­нивают длину пути от центра диафрагмы и от ее краев и тем са­мым уменьшают сдвиг фаз между звуковыми давлениями, создава­емыми различными участками диафрагмы.

Противоинтерференционный вкладыш может иметь несколько сквозных отверстий, расположенных по его длине, под небольшим углом к его оси, как это сделано в громкоговорителе, показанном на рис. 18, но принцип действия вкладыша остается тем же.

По избежание перекосов диффузородержатель коаксиальных громкоговорителей должен быть особенно жестким Обычно у таких громкоговорителей диффузородержатели  делают литыми и усиливают ребрами жесткости. Все двух- и трехполосные громкоговорите­ли включаются через разделительные фильтры, о которых будет сказано ниже.

 

 

Звуковые колонки и радиальные громкоговорители. За последнее десятилетие для звуковоспроизведения и звукоусиления стали ши­роко использовать групповые громкоговорители в виде звуковых ко­лонок и радиальных громкоговорителей. Звуковая колонка пред­ставляет собой деревянный или металлический закрытый ящик пря­моугольной или цилиндрической формы, в котором установлены в один или два ряда 5—12 включенных синфазно диффузорных гром­коговорителей (рис. 20). Вертикально расположенная цепочка гром­коговорителей обладает малой направленностью излучения в горизонтальной плоскости, соответствующей одной головке, и значитель­но большей направленностью в вертикальной плоскости. Для еще большего расширения характеристики направленности в горизон­тальной плоскости головки устанавливают в два ряда под углом 60^o один к другому или с развернутыми на 30^o осями смежных го­ловок в случае одного ряда в колонке, как это показано на рис. 21.

 

 

Чтобы устранить слишком большую направленность излучения в вертикальной плоскости частот выше 3 кгц, эквивалентную эффекту фокусировки, применяют расположение цепочки головок громкого­ворителей по дуге радиусом, равным двойной высоте колонки - 3 м (рис. 22, а). В этом случае характеристика направленности излучения для частоты 4 кгц охватывает даже более широкий угол, чем для 1 кгц (рис. 22,6), в противоположность тому, что имеет место у прямых колонок. Другим групповым излучателем являются ради­альные громкоговорители. Их характеристика направленности представляет собой окружность. Первым радиальным громкоговорите­лем, выпущенным у нас, был двухполосный громкоговоритель ДГР-25, которыми оборудована система звукоусиления на ВДНХ в Москве. Он состоит из низкочастотной головки, установленной акси­ально в верхней части громкоговорителя и излучающей через корот­кий направляющий рупор, и трех высокачастотных головок, уста­новленных наклонно в нижней части громкоговорителя под углом 120° друг к другу в горизонтальной плоскости.

 

 

Выпущенные позже радиальные громкоговорители 10ГДН-1 и 25ГДН-1 (рис. 23) имеют одинаковую, более простую конструкцию, в которой четыре широко полосные головки установлены внутри круглого металлического ко­жуха, симметрично по окружности под углом 35° к оси громкогово­рителя. Для улучшения равномерности характеристики направлен­ности на высших частотах под кожухом с головками имеется специальный отражатель (рассеиватель). Следует отметить, что и звуковая колонка может быть хорошим радиальным громкоговори­телем в том случае, если она содержит три-четыре вертикальных ряда громкоговорителей, развернутых по окружности так, что угол между осями головок равен 120° для трех рядов головок и 90°—для четырех.

 

Рупорные громкоговорители. Этот тип громкоговорителя получил значительное распространение в мощных системах звукоусиления и  оповещения на   больших открытых пространствах (площадях, ули­цах). Низкий к. п. д. громкоговорителей привел бы в этих случаях к существенному увеличению затрат на установку усилителей и на их эксплуатацию. Благодаря применению рупора — трубы с непрерывно возрастающим сечением, улучшается согласование между относительно высоким механическим сопротивлением подвижной системы головки и довольно низким сопротивлением нагрузки воздушной среды, характеризуемым сопротивлением излучения. Рупор увеличивает сопротивление излучения и значительно повышает к. п. д. громкоговорителя. Существует несколько форм рупора, однако наибольшее распространение получил экспоненциальный рупор, в котором площадь поперечного сечения возрастает по экспоненциальному закону

где S_o — площадь   поперечного    сечения   начала   рупора    (горла);— коэффициент     расширения;     x - координата,   отсчитываемая вдоль оси рупора от его начала (горла) к устью.

 

Рупор, подобно электрическому фильтру верхних частот, характеризуется низшей пропускаемой частотой, называемой критической, которая зависит от коэффициента расширения рупора. Для эффективного воспроизведения низших звуковых частот рупор должен быть значительных размеров, что и является его главным  недостатком. Поэтому в настоящее время рупорные громкоговорители находят широкое применение главным образом в качестве высокочастотных звеньев («пищалок»)  и двух- и трехполосных акустических агрегатах, так как для воспроизведения высших частот размеры рупо­ра и всего громкоговорителя должны быть небольшими.

Однако укороченный широкогорлый рупор, называемый также направляющим, не имеет недостатка, свойственного обычным рупо­рам большой длины. Он широко применяется в радиальных, киноте­атральных и в уличных громкоговорителях, но в последних — часто в сложенном виде, когда одна его часть помещается в другой. Приме­ром этому являются громкоговорители 10ГРД-5 и Р-100.

 

 

Следует отметить, что сложенный рупор, как показали практи­ческие испытания, хуже воспроизводит звуковые составляющие выс­ших частот из-за потерь при отражениях звука на изгибах рупора. Поэтому в широкополосных громкоговорителях для высококачест­венного звуковоспроизведения сложенный рупор не применяется. Широкогорлый рупор можно увидеть в кинотеатральном высокока­чественном двухполосном громкоговорителе 30А-2 (рис. 24). В этом громкоговорителе, помимо короткого широкогорлого направляющего рупора, для улучшения воспроизведения низших частот использу­ют фазоинвертор, два отверстия которого расположены рядом с ру­пором. Сверху низкочастотного громкоговорителя установлены вы­сокочастотные головки с рассеивающей звук линзой.

 

Рис. 25.  Разрез конструкции «земляного»  громкоговорителя.

1 — громкоговоритель; 2— направляющая конус: 3-— крышка; 4 — бетонная стенка волновода; 5 — земля; 6 — крышка с прорезями; 7 —труба для стока воды; 8— направляющий  рупор.

 

В заключение раздела познакомимся с конструкцией так назы­ваемого «земляного» громкоговорителя мощностью 25 вт (рис. 25). Этот громкоговоритель находит применение на стадионах и в дру­гих подобных местах, где по архитектурным или другим сообра­жениям установка его на столбах нежелательна. Сложность конст­руирования таких громкоговорителей заключается в защите громко­говорящей головки от дождя и сточной воды. Это сравнительно просто решается тем, что звук излучается головкой через направля­ющий рупор, а вода, попадающая в него, не может достигнуть го­ловки благодаря имеющимся отверстиям, через которые она стекает в землю или канализацию.

 

Отсутствие направленности излучения в горизонтальной плоско­сти у «земляного» громкоговорителя привело к тому, что на основе его конструкции недавно в США был создан мощный радиальный громкоговоритель с направляющим рупором из бетона (рис. 26).

Поскольку на высших частотах увеличивается направленность излучения, то для расширения характеристики направленности в высокочастотных рупорных громкоговорителях («пищалках») с ус­пехом применяются два средства. Первое средство, более старое, состоит в секционировании рупора, в результате чего он пре­вращается в пучок примыкающих друг к другу рупоров меньшего сечения, оси которых криволинейны и располагаются веером (рис. 27, а).

Принцип действия такого устройства заключается в том, что хотя направленность излучения каждой секции рупора вдоль оси возрастает на высших частотах, благодаря тому, что оси отдельных рупорных секций развернуты веером, их излучение направлено в пределах более широкого угла, образуемого веером осей. Поэтому угол раствора характеристики направленности громкоговорителя практически не зависит от частоты, так как он определяется пространственным расположением отдельных секций рупора. Это экви­валентно излучению группы отдельных громкоговорителей, рас­положенных рядом на сферической поверхности так, что их оси, схо­дящиеся в центре сферы, образуют одинаковые острые углы одна с другой.

 

Другим эффективным средством ослабления направленности рупора громкоговорителя является акустическая линза (рис. 27,6), более простая в изготовлении, чем секционированный многоячеечный рупор. Принцип действия акустической линзы подобен действию оп­тических рассеивающих линз, преобразующих распространяющуюся вдоль оси плоскую волну в сферическую или цилиндрическую.

Различие между оптическими и акустическими линзами состоит в том, что оптическая линза преобразует плоскую волну, изменяя ее скорость при прохождении сквозь линзу и тем более, чем длин­нее ее путь в линзе. Изменение скорости волны в линзе обусловлено ее материалом (стеклом), в котором скорость распространения света меньше, чем в воздухе. В акустической линзе скорость звука везде одинакова и преобразование волны происходит вследствие различия длины путей волн, проходящих через линзу в центре и на периферии. Изменение длины путей волн в акустической линзе осуществляется наклонными каналами  или щелями, удлиняющими путь звуковой волны, создаваемой громкоговорителем.

В зависимости от осевой симметрии линзы и ее положения в пространстве можно расширить характеристику направленности ру­порного громкоговорителя как в горизонтальной, так и в вертикаль­ной  плоскостях или только в одной из них.

 

Следующий раздел >>

Раздел 6. Влияние помещения и расчет необходимой мощности громкоговорителя