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

 

8. ИЗГОТОВЛЕНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО ОФОРМЛЕНИЯ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ

 

Демпфирование панелей. Акустическое оформление громкоговорителя, помимо соответствия размеров и формы расчет­ным данным, должно быть сделано так, чтобы оно не имело щелей и не вибрировали при работе громкоговорителя. Вибрации отдельных элементов оформления (обычно панелей), возникающие на их ре­зонансных частотах, порождают призвуки, искажающие основной сигнал.

 

Хороший способ уменьшения вибраций панелей акустического оформления, а следовательно, и нежелательного излучения заклю­чается в установке низкочастотного громкоговорителя на мягкой кольцевой прокладке (микропористая иди губчатая резина, пено­пласт, резиновая трубка и т. п.); такой способ может снизить уровень вибраций панелей на 15—20 дб. При мягком креплении громкогово­рителя необходимо, чтобы крепящие болты не касались непосредст­венно диффузородержателя, а под их головки и гайки были подло­жены шайбы из того же мягкого материала. Наиболее трудно виброизолировать от панели тяжелую головку, как, например, 8ГД-1; в этом случае рекомендуется крепить ее с помощью четырех скоб, две из которых прижимают к панели через упругие прокладки нижнее полукольцо диффузородержателя, а две — верхнее. К панели скобы прикрепляются болтами жестко (без прокладок). Можно под ниж­ней кромкой диффузородержателя установить уголок длиной 4— 5 см, приложив между ним и диффузородержателем упругую про­кладку; этот уголок примет на себя основную весовую нагрузку громкоговорителя и разгрузит болты, пропущенные сквозь диффузородержатель.

 

Распространенное средство борьбы с вибрациями панелей — уве­личение их жесткости путем применения дополнительных «ребер жесткости» (планок) или утолщения панелей. Однако простое уве­личение жесткости лишь повышает резонансные частоты панелей и пеняет характер распределения их вибраций и излучения, так как изменяются число вибрирующих поверхностей и их размеры. Утолще­ние панелей, кроме того, увеличивает вес и стоимость оформления. Поэтому для изготовления оформления более целесообразно приме­нять материалы, обладающие повышенными внутренними потерями колебательной энергии при их деформации (повышенным «внутрен­ним трением»), а также достаточно высокой упругостью. Такие ма­териалы, называемые вибродемпфирующими или вибропоглощающими, можно нанести на обычные панели.

Вибропоглощающие материалы превращают часть колебательной энергии вибраций в тепло и увеличивают механическое сопротивле­ние панелей, чем понижают амплитуду вибраций. Особенно эффек­тивно вибродемпфирование при резонансных частотах, когда возра­стают амплитуды вибраций  и деформации на изгиб или сдвиг.

Вибродемпфирующие свойства материала характеризуются коэф­фициентом потерь или его логарифмическим декрементом затухания (точнее, произведением декремента или коэффициента потерь на мо­дуль упругости). Декремент затухания определяется по осциллографической записи затухающих колебаний пластины из испытуемого материала, которая возбуждается ударом или вибратором. При записи устанавливают величины двух амплитуд затухающего колебания, отстоящих на период, и определяют декремент затухания по формуле

где A₁ — начальная и А₂ — последующая измеренные амплитуды. Если колебания испытываемой пластины затухают медленно, то соседние амплитуды мало отличаются одна от другой. В таких слу­чаях определяют амплитуды, отстоящие на любое число периодов n, а декремент затухания подсчитывают но формуле

где A₁ — начальная амплитуда; А_п — амплитуда  через п периодов.

 

В качестве примера определим декремент затухания колебаний, изображенных на рис. 12, а. Он будет равен: d = ln (14,5/9) = 2,3 lg 1,61 = 0,47.

Другим распространенным способом определения декремента затухания или коэффициента потерь, равного , служит изме­рение ширины полосы частот резонансной кривой в герцах на уровне 0,7 от максимума. Поделив ширину полосы частот на частоту макси­мума, получают коэффициент потерь

 или .

Практическое представление о декременте затухания панели да­ют звонкость и длительность ее звучания после того как, держа панель на весу за один угол, ударяют по ней суставом пальца или куском дерева. Длительный звонкий звук, получающийся у металлических панелей, говорит о малом декременте затухания, а короткий, глухой звук указывает на значительные внутренние потери в материале.

Измерение декремента затухания панелей толщиной 6 мм из раз­личных пород дерева показало, что он равен для сосны 0,02 , для бука—0,03 , для фанеры—0,04. Хорошим вибропоглощающим свойством обладают древесно-волокнистые плиты, имеющие декремент затухания около 0,08 , и древеспостружечные плиты, декремент которых 0,06. Для сравнения укажем, что декремент стали равен 10^-3— 10^-6, а алюминия в 3 раза больше. Хорошими вибропоглощающими свойствами обладают слоистые напели, составленные из двух слоев тонкой (3—6 мм) фанеры, между которыми помешен слой резины поролона, войлока или изола толщиной 1—3 мм или стеклоткани толщиной 0,25—0,5 мм, В такой конструкции материалы при вибра­циях испытывают сдвиговые деформации, при которых внутренние потери в них получаются большими, чем когда они нанесены на од­ной стороне панели и испытывают изгибные деформации.

Указанные слои лучше всею склеивать между собой клеем № 88, причем если применяется войлок, то можно использовать вместо клея нитрокраску, но ее или клей следует наносить только на фанеру, так как войлок интенсивно их впитывает; это относится и к другим материалам, кроме резины и изола. Очень высоким вибродемпфирующим свойством обладает сухой песок, которым иногда рекомендуют засыпать пространство между двумя панелями из тонкой фанеры или пластмассы.

Используя древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты, можно оклеить их наружные поверхности тонкой фанерой ценных пород дерева.

Самым простым и дешевым средством получения достаточного декремента затухания панелей акустического оформления, изготовленных из любого материала, вплоть до алюминия или стали, сле­дует считать нанесение на них покрытия, обладающего повышенными внутренними потерями. Хорошим вибропоглощающим покрытием мо­жет служить кровельный материал рубероид, представляющий собой пористый картон, пропитанный битумом. Рубероид выпускается свер­нутым в рулоны (16 м длины при 1 м ширины). Толщина слоя рубе­роида 1,2—1,5 мм, декремент затухания 0,4, модуль упругости 25*10⁴ н/см³. Рубероид наклеивают двумя — тремя слоями на панель резиновым клеем или клеем № 88.

Более хорошим вибропоглощающим покрытием является синте­тический линолеум (пластик) без подложки из мешковины. Такой линолеум выпускается в рулонах или плитках толщиной 1,5—3,0 мм; его декремент затухания равен 0,7—0,9; модуль упругости 15*10⁴—30*10⁴ н/см²; удельный вес 1,6—1,9. Линолеум может быть наклеен клеем для линолеума или клеем № 88.

Для нанесения на криволинейные поверхности более удобны противошумовые мистики № 579 и 580, употребляемые в автомобиль­ной промышленности. Эти мастики, изготовленные на битумной осно­ве, наносят на панель жесткой кистью или лопаточкой. Затвердевают они при комнатной температуре. Декремент затухания мастик приблизительно 0,7 , а модуль упругости — около 25*10³. н/см². Мастичное покрытие делают толщиной 3—6 мм, причем наносить его нужно слоями в несколько приемов, чтобы каждый слой успел отвер­деть. Применяя вибропоглощающее покрытие, следует учитывать, что степень демпфирования вибраций или декремент затухания панели с покрытием пропорциональны его толщине, т.е. чем толще покрытие, тем больше демпфирование. Совершенно достаточно нанести покры­тие, толщина которого равна 0,4—0,5 толщины демпфируемой панели.

Если между демпфируемой панелью и вибропоглощающим по­крытием поместить слой достаточно жесткого пористого материала (слой пенопласта толщиной 6—12 мм), то отнесение вибропоглощающего покрытия от демпфируемой панели увеличит его деформа­цию (растяжение и сжатие) при вибрациях. Результатом возросших деформаций вибропоглощающего материала будет увеличение коле­бательной энергии вибраций, обращаемой в тепло, т.е. демпфирова­ние увеличится. Применение промежуточного слоя позволяет снизить толщину вибропоглощающего покрытия (приблизительно 1 мм на 5 мм прослойки) без ухудшения его демпфирующих свойств.

Промежуточный слой может быть не сплошным, а иметь пропус­ки, составляющие 20—30% всей площади панели, что позволяет, сохранив демпфирующие свойства, делать промежуточный слой из многих кусков материала. Для получения ровной поверхности и на­дежного склеивания с рубероидом или линолеумом (пластиком) куски промежуточного материала должны быть одинаковой толщины.

Применение на панелях акустического оформления внбропоглощающего покрытия приводит к увеличению общей жесткости панели, а поэтому представляется возможным в 1,5—2 раза снизить толщи­ну панелей без опасения увеличения их вибраций. Следует иметь в виду, что для вибропоглощающего покрытия не пригодны резина или войлок, потому что они, имея удовлетворительный декремент затухания (0,3—0,6), обладают невысоким модулем упругости (3*10³—20*10³ н/см²).

Заметим, что нанесение вибропоглощающих покрытий может быть полезным не только в акустическом оформлении громкоговори­телей, но и во многих других случаях борьбы с вибрациями, напри­мер для ослабления вибраций панели проигрывателя с электродви­гателем и звукоснимателем.

Звукопоглощающее покрытие, применяемое в акустическом оформлении, обязательно должно быть пористым. Механизм дейст­вия такого покрытия состоит в том, что звуковые волны, проникая, в поры материала (капиллярные каналы), рассеивают (теряют) свою звуковую энергию благодаря вязкому трению в узких каналах и теплообмену между воздухом в порах и стенками этих пор (каналов). Чем толще покрытие, тем больше его коэффициент звукопоглощения.

В качестве звукопоглощающего материала для акустического оформления лучше всего применять волокнистые и пористые материалы, такие, как войлок и фильц, минеральная, стеклянная, капроновая или хлопчатобумажная вата, а также хлопчатобумажные очесы и другие подобные отходы. Толщина звукопоглощающего покрытия из войлока должна быть не менее 0,8—1,0 см и из ваты—не менее 2—3 см.

Для того чтобы нанести поглотитель из ваты на внутренние по­верхности ящика, необходимо предварительно сделать из нее заго­товки (маты). Для их изготовления берут куски картона, размеры которых должны соответствовать внутренним  поверхностям ящика, и раскладывают на них слой ваты желаемой толщины. Поверх слоя ваты кладут марлю или какую-нибудь другую неплотную (редкую) ткань, после чего этот трехслойный пакет прошивают (простегивают) в нескольких местах суровой ниткой. Можно простегать вату между двумя слоями марли или еще лучше стеклоткани. Изготовленные таким способом пакеты прикрепляют к панелям внутри ящика не­большими шурупами или гвоздями так, чтобы картон был обращен к стенкам, а вата — внутрь ящика. При работе со стеклотканью, стеклянной или минеральной ватой следует надевать перчатки во избежание болезненных и опасных заноз и порезов.

В последнее время наша промышленность стала выпускать но­вый пористый эластичный материал — пенополиуретан (поролон), который продается в виде ковриков, губок и т. п. Этот материал, как показали измерения, обладает неплохими звукопоглощающими свойствами. Пенополиуретановые коврики толщиной 2—5 см удобно применять в качестве звукопоглощающего покрытия в акустическом оформлении громкоговорителей. Для повышения звукопоглощающих свойств таких ковриков полезно в течение короткого времени похо­дить по ним. В результате этого пористость ковриков увеличивается вследствие механического разрыва пленочек, открывающих дополни­тельные капилляры.

Звукопоглощающее покрытие наносят на большую часть внут­ренней поверхности закрытого ящика или фазоинвертора. Если ма­териала недостаточно, то лучше им покрывать противоположную громкоговорителю сторону ящика и углы.

В качестве жесткого звукопоглощающего материала можно ис­пользовать древесно-волокнистые плиты, применяемые для теплоизо­ляции толщиной 1,5—2,5 см, имеющие пористую структуру. Для этой цели древесно-волокнистые плиты прикрепляют в один - дна слоя (в зависимости от их толщины) к внутренним поверхностям ящика или располагают на обеих боковых сторонах ящика перпендикулярно им, в виде гребенки из трех — пяти листов. Ширина гребенок мо­жет быть различной и должна составлять 0,25—0,4 ширины ящика, а расстояние между ними—10—15 см. Звукопоглощающие гребенки могут быть прикреплены перпендикулярно к дну или крышке ящика.

Простым и дешевым звукопоглотителем для акустического оформления громкоговорителей может служить полужесткий древесно-волокнистый материал. Он представляет собой литые формы для упаковки яиц. Размер стороны такой формы 31 см, высота 5 см, а толщина самого материала приблизительно 1,5 мм. Эти формы нужно сложить (одну в другую) по пять — восемь штук в пакет общей высотой около 8 см и прикрепить к внутренним поверхностям ящика. Если почему-либо окажется трудно достать необходимое ко­личество форм, то число их в пакете можно уменьшить до трех-четырех штук и проложить между ними вату или очесы. Применяя любой звукопоглотитель надо иметь в виду, что, если звукопоглотитель расположить не непосредственно на стенках ящика, а с отнесе­нием на 2—5 см от стенок, то звукопоглощение несколько увеличи­вается за счет воздушного промежутка между поглотителем и стенками.

Для изготовления акустического оформления необходимо иметь столярные навыки. Соединять панели на шипах в домашних усло­виях трудно. Сделать чистое шиповое соединение панелей из древесно-волокнистого материала и панелей, покрытых вибропоглощающим слоем, вообще невозможно. Подходящим в домашних условиях способом можно считать соединения панелей при помощи деревянных  брусков и деревянных  или металлических уголков (рис. 52). Реко­мендуется предварительно приклеить к панелям металлические угол­ки клеем № 88, синтетическим клеем завода «Аэрозоль» или эпок­сидной смолой, а деревянные бруски или уголки — казеиновым или столярным клеем или любым клеем, указанным для металлических уголков.  Чтобы облегчить завинчивание шурупов, рекомендуется предварительно просверлить для них отверстия сверлом, диаметр которого равен приблизительно половине диаметра шурупа.

 

Рис. 52. Способы соединения стенок ящика.

 

Наиболее трудной и ответственной является отделка внешних поверхностей ящика, поскольку они определяют его общий вид фа­нерование ценными породами дерева и последующая полировка по­верхностей придают оформлению привлекательный вид. К сожале­нию, такую отделку могут позволить себе немногие, так как она требует, помимо соответствующих материалов, высокой квалифика­ции. Поэтому если имеется возможность лучше использовать фане­рованные древесно-волокнистые плиты. Довольно привлекательный вид имеют древесно-стружечные плиты, покрытые лаком для паркетных полов.

 

Другой способ отделки ящика заключается в покрытии его поверхности декоративной тканью, которую натягивают на покрываемую поверхность и обрамляют декоративными рейками или багетом. На тех поверхностях, где нет громкоговорителей, вместо декоративной ткани можно натягивать цветную хлорвиниловую пленку и текстовинил подходящего цвета и рисунка. Можно также использовать любую тонкую ткань, цветную бумагу или обои соответствующего рисунка, защитив их прозрачной полиэтиленовой или хлорвиниловой пленкой. Внешний вид нескольких образцов конструкций и отделок ящиков показан на рис. 53. Удачным внешним оформлением громко­говорителя является книжная полка, продающаяся в мебельных ма­газинах. Эта полка имеет размеры 105x32x23 см; внутренний объем полки составляет 61 дм³. Для ее использования необходимо заменить две стеклянные створки деревянной панелью. Такая  полка может быть установлена как вертикально — колонкой, так и горизонтально. В последнем варианте ее удобно устанавливать на полу на трех - четырех круглых ножках длиной около 37 см, которые берутся вместе с металлическим креплением от табуретки (рис. 54).

Акустическое оформление необходимо рассчитывать только для низкочастотных или широкополосных громкоговорителей. Высокочастотные и среднечастотные громкоговорители не требуют для своей работы такого оформления. Однако для эффективной работы всех, звеньев акустической системы необходимо выполнить определенные условия по установке и оформлению высокочастотных и среднечастотных громкоговорителей. Диаметр отверстия для головки должен быть   равен   полному   диаметру   диффузора,   включающему гофры (подвес). Если размер отверстия сделать меньше, то в частотной ха­рактеристике звукового давления возникнут нежелательные резонансные пики и провалы.

 

Рис. 53. Различные конструкции акустического оформления громкоговорителей.

 

Рис. 54. Ящик громкоговорителя.

 

Если громкоговоритель, предназначенный для воспроизведения достаточно высоких частот, устанавливается в отверстии, сделанном в толстой стенке (20—30 мм), то воспроизведение высших частот ухудшится, так как перед диффузором образуется объем воздуха, увеличивающий эффективную массу подвижной системы. В этом случае следует увеличить отверстие до диаметра диффузородержа­теля и прикрепить громкоговоритель к наружной стороне панели с помощью дополнительного кольца из металла или пластмассы.

 

Диффузор громкоговорителя желательно защитить от возможно­го внешнего механического повреждения, прикрыв отверстие (под декоративной тканью) металлической или пластмассовой сеткой со стороной ячейки 3—8 мм. Очень удобны для этой цели полиэтиле­новые решетки с ячейками размером 22x25 мм, предназначенные для мытья посуды. Если готовой сетки нет, ее можно сделать самому из капроновой лески толщиной 0,6—0,8 мм, которую натягивают без переплетения на гвоздиках, прибитых вокруг отверстия.

 

Значительное  влияние  на  частотную характеристику громкоговорителя оказывают всякого рода облицовочные и декоративные элементы. Плотная ткань ухудшает воспроизведение звуков и низких и высоких частот. Толстые решетки и жалюзи могут иногда вызвать резонансные явления, и в частотной характеристике громкоговорителя появятся дополнительные пики и провалы. Поэтому, наружное оформление следует применять весьма осторожно и не вводить излишних усложнений. Диффузорные среднечастотная или высокочастотная головки, работающие в общем оформлении с низко­частотной головкой, должны быть сзади закрыты кожухом из плот­ного или упаковочного картона (с гофрированной прослойкой), фа­неры, пластмассы или металла. Для этой цели можно подобрать соответствующую по размеру круглую или прямоугольную пласт­массовую или картонную фабричную коробку или алюминиевую кастрюльку. Такой кожух устраняет воздействие на высокочастотную головку излучения задней стороны диффузора  низкочастотной го­ловки, о котором говорилось выше. Свободное пространство внутри кожуха следует заполнить ватой или другими пористыми или волок­нистыми материалами.

 

При выборе и установке кожухов для головок следует обратить внимание на недопустимость щелей или отверстий как в самом кожу­хе, так и между ними и панелью Можно использовать для заделки щелей пластилин или проложить между краями кожуха и панелью прокладки из губчатой резины. Все диффузорные громкоговорители, устанавливаемые в любом ящике, рекомендуется обернуть одним - двумя слоями марли для зашиты магнитного зазора от загрязнения пылью и особенно железными опилками.

 

Следующий раздел >>

Раздел 9. Двух- и трехполосные системы громкоговорителей