/
Author: Попянев Д.
Tags: радиотехника електротехника инженерство електроника радиоелектроника
Year: 1988
Text
Д. ПОПЯНЕВ
ЕЛЕКТТОАКУСТИЧНИ
ПРЕОБРАЗУВАТЕЛИ
ТЕХНИКА
УДК 621.39*534.86 __
В книгата са разгледани електроакустичните преобразуватели, коитс
намират широко приложение в бита. Дадени са определения на основни’'
понятия за тях и кратки сведения за човешкия слух. Описана е основ на
теория на електроакустичните преобразуватели от генераторен и двигателей
тип, като на базата на електромеханичната и електроакустичната аналогия
са съставени еквивалентните заместващи схеми. Посочени са основните пара-
метр» на описаните електроакустични преобразуватели, принципът на дей-
ствие и устройството им. Разгледани са методите за иэмерване на основните
електрически, електроакустични и механични (акустични) параметры. Вклю-
чени са справочки данни за голяма част от проиэвежданите у нас електро-
акустични преобразуватели. Дадени са и кратки сведения за подобии чужде-
странни изделия.
Кннгатз е предназначена за читателите, конто се интересуват от електро-
акустично обзавеждане. Тя .може да бъде полезна и на специалистите, заети
с производството и експлоатацията на електроакустичните преобразуватели
© Днмнтър Фотев Попянев, 1988
с/о Jusautor, Sofia
621.3
УВОД
Електроакустичните преобразуватели, с чиято помощ се лреоб-
разува част от акустичната енергия на звуковото поле в електри-
ческа енергия (микрофоните) или електрическата енергия от
усилвателя в акустична енергия на звуковото поле (внсокогово-
рителите и озвучителните тела), са намерили широко приложение
в бита на съвременвия човек. Едва ли съществува дом без електо-
акустична апаратура.
Електроакустичният тракт започва от първичния изтбчник на
звук (човешки глас, музикален инструмент и др.) и завършва до
приемника на звука — човешкото ухо. При пряко възприемане
на звука създаденото от първичния звуков източник звуково поле
непосредствено въздействува върху човешкото ухо Между излъч-
вателя и приемника на звука сыцествува само веществената среда,
в която се възбужда звуково поле. Развитието на техниката създаде
възможност за съхраняване на звуковите трептения и за пренася-
нето им на разстояние Това наложи разделянето на естествения
звуков тракт на отделки звена (звукоизточиик — звуково поле —
ухо) и появата на нови звена Създаде се разшнрен електроакусти-
чен тракт. Първото звено от този тракт е преобразувателят на
звуковата енергия в електрическа — микрофонът, а последнего
звено е преобразувателят на електрическата енергия отново в
звукова — високоговорителят като обобщено понятие Тези два
преобразувателя се характеризират с много малък коефициент на
полезно действие, поради което прякото им свързване не дава
желания резултат Налага се още едно звено, което да усили по-
лучената на изхода на първия прсобразувател електрическа енер-
гия и тогава да я подаде на втория преобразувател. Това звено е
усилвателят или по-точно усилвателният комплект, в конто се
включват различимте коректори и дру1 и допълнителни устройства.
За съхраняване на звуковата информация се появиха различии уст-
ройства, конто я преобразуват от функция на времето във функ-
ция на пространството. За осъществяване на звукозаписа възник-
наха електронни звена със специфичнн функции, конто също са
съставна част на електроакустичння тракт Естествено е обаче да
се изисква от всички звена да се характеризират с линейност при
функционирането си, така че получената от изхода на електро-
акустичния тракт звукова панорама да не се различава или ноне
3
да не се различава съществено от създаваната от звуковия източ-
ник. Съвременните електронни технически устройства в голяма
степей отюварят на това изискване. Електроакустичните пре-
образуватели в значителна степей също отюварят на това изиск-
ване, но все пак отклоненията при тях са по-чувствителни, осо-
бено по отношение на амплптудната зависимост на преобразуването
от честотата.
В книгата са описани главно произвежданите от нашата про-
мишленост електроакустични преобразуватели. Трябва да се от-
бележи, че техните технически параметри са на еднакво равнище
с параметрите на аналогични изделия, произвеждани от реномира-
ни в световен машаб фирми
Методиката на проектнране на озвучителните тела, филтрите
за тях и данните за произвежданите у пас високоговорителн пред-
лагат възможност за конструиране и изработване на спенифични
за определен!! високи изисквания озвучителни тела
Глава първа
основни понятия
1.1. ВЪВЕДЕНИЕ
Основните понятия, свързани с едектроакустичните преобра-
зуватели, са основни понятия от електроакустиката изобщо В
средняя курс на обучение по физика се изучават, макар и бегло,
приникните на електроакустиката Дават се и определения на
никои от основните понятия. В бита на хората са получили широко
разпространение термините, конто се ползуват при опнсване
на явленията, свързани с възннкването, разпространението и въз-
произвеждането на звукови картини. Следователно може да се
приеме, че терминологията на електроакустиката се ползува
с широка популярност.
Развитието на всяка наука води до непрекъснато усъвьршен-
ствуване на нейната терминология. С оглед да се избегне влияние-
то, което може да окажат никои неправилно усвоени или възприе-
ти термини, тук ще бъдат дефинирани основните понятия, конто
ще се използуват в книгата Дефинициите ще бъдат даденн в соот-
ветствие с препоръките на Междунаридната електротехническа
комисия (МЕК), препоръките и стандартите на СИВ и действува-
щите Български държавни стандарти (БДС)
1.?. ЗВУК
Акустично трептение или вибрация е движението на части-
ните на една еластична среда около едно равновесно положение.
В зависимост от това, дали акустичните трептения може или не
може непосредствено да се приемат от човека чрез неговия слухов
орган, те се разделят на звук, инфразвук и ултразвук.
Звукът е акустично трептение, което може да предизвика
слухово възприятие у човека или може да възбуди чувство за чува-
не. Съвкупността от всички звукове, т е. от всички акустични треп-
тения с различии честоти, конто може да се възпрнемат от човека,
се нарича звуков спектьр. Долната граница на звуковия спектър
е приета 164-20 Hz, горната — 160004-20000 Hz Горната
граница на звуковия спектьр завися силно от индивида и от него-
вата възраст — при възрастнн и стари хора тя се намалява и мо-
5
же да достигне до 8000 Hz Приетите границ» на звуковия спектър
са средни величини за хората с нормален слух.
ИН'рраэчукът е акустично трептение, което не предизвиква
слухово възприятие у човека, защото е с много ниска честота —
по-ниска от най-ниската честота на звуковия спектър.
! Ултразиукът е акустично трептение, което не предизвиква
слухово възприятие у човека, защото е с много висока честота —
по-висока от най-високата честота на звуковия спектър.
Освен това звукът може.да бъде:
— чист звук (тон) — звук, създаван от елементарно хармо-
нично трептение;
— сложен (съставен) звук — звук, съставен от два или повече
чисти звукове;
— виещ звук (виещ тон) — звук, чиято честота се измени
периодично около една средна стойност. Понякога у нас се изпол-
зура и термины вобел звук.
1.3. ШУМ
Ыумът представлява непостоянно, статистически случайно
акустично трептение. Той'може да бъде определен още и като не-
приятен, нежелан звук или друго акустично смущение със случаен
характер.
Съществуват акустични шумове, конто се подчиняват по никои
параметри на определени закономерности. Те носят определена
наименовани я — бял шум, розов шум и пр. Ще бъдат дефинирани
по- цолу.
1.4. ЗВУКОВА ВЪЛНА И ЗВУКОВО ПОЛЕ
. От даден ото определение се вижда, че звукът представлява
състояние на средата (на веществого), характеризиращо се с треп-
тенията на частините му около едно равновесно положение. Всяка
частица при трептенето си привежда в трептене съседните си частп-
ци; тя предава своето състояние и на тях. Така звукът се предана,
разпространява в определена посока или във всички посоки.
Предаването на трептенията от частица на частица в една среда се
нарича механичен вълнов процес или механично вълново движение.
Казна се още, че в средата се разпространява механична вълна.
Когато трептенията са акустични, се говори съответно за акусти-
чен вълнов процес и за разиространение на акустични вълни. В
б
тази книга ще бъдат разгледани електроакустичните преобразува-
телн, конто работят във въздушна среда, поради тоьа разглежда-
нето на акустичните явления ще се ограничи само за газова сре-
да. Звукът в газова среда се предана посредством разреждане и
сгъстяване на газа.
Породените вълни при разпространенне на сгъстяването и раз-
реждането на една газова среда, предизвнканн от акустично треп-
тение, се нарнчат звукови вълни.
Областта от пространството, в която се разпространяват зву-
ковите вълни, се нарича звуково поле. Казва се още, че областта
е средище на звуково поле.
1.5. ОСНрВНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ЗВУКОВОТО ПОЛЕ
Еластичната среда, в която обикновено се възбужда звуково
поле, е .атмосферннят въздух. Във всяка точка на пространството
н.ма някакво налягане, което зависи от мястото, температурата и
други фактори и се нарича атмосферно налягане. Ако през опре-
делена точка на пространството не преминава звукова вълна,
съществуващото в нея атмосферно налягане е статичного наляга-
не в дадената точка от средата Ако обаче през точката преминава
звукова вълна, тя се оказва точка от съответното звуково поле и
наля!ането в нея е различно от атмосферного. Разлнката между
налягането, което съществува в дадена точка на звукового поле,
и атмосферного налягане в определен момент от времето представ-
лява моментного звуково налягане в дадената точка на средата
(на звукового поле). Ако налягането в разглежданата точка в
даден момент е по-голямо от статичного атмосферно налягане,
звукового поле се характеризира със сгъстяване на частиците на
средата в околността на точката и моментного звуково налягане е
положително. Ако в никой следващ момент налягането в точката
се окаже по-малко от статичного, в околността на точката части-
ците на средата се разреждат и моментного звуково налягане е
отрицателно. Звуковото налягане се означава с р, а единицата за
звуково налягане съгласно SI е ласкал (Ра). Един паскал е на-
лягане, което се получава от действието на сила 1 N върху повърх-
ност 1 т2, т.е. Pa=N'm2.
Звуковото налягане в дадена точка на звуковото поле зависи
и от времето. На фиг. 1.1 е показана производна функция на момент-
ного звуково налягане от времето, отнасяща се за определена точ-
ка на звуковото поле Ефективната стойност на звуковото наляга-
не е средноквадратичната стойност от моментните му стойкости
7
за даден интервал от време. Ако се’разглежда чист звук, ефектив-
ната стойност се определи за един период Възярието е пол звуко-
во налягане да се разбира неговата ефективна стойност, ос вен ако
не е споменат изрично друг смисъл.
Скоростта, с конто се предана състоянието на материалните
частики на средата, в която се разпространява звуковата вълна,
се нарича скорост на разпространенне на звуковата вълна или
скорост на звука. Тази скорост се определи катопът, който звуковата
вълна изминава за единица време при разпространяването си в даде-
на еднородна среда. Измерва се в nPs и себележи с с. Трябва добре
да се различена скоростта на разпространенне на звуковата въл-
на (скоростта на звука) от скоростта на трептене на частикнте на
средата, в която е възбудено звуково поле Скоростта на звука е
постоянна величина и нейната големина завися само от парамет-
рите на средата. За въздух със статично налягане рв=10БРа,
плътност р0=1,276 kgms и температура t=20cC скоростта на
звука е 343, 7 mzs. Зависнмостта на скоростта па звука с във въз-
духа от температурата /СС се дава с израза
с=331,74-0, 6/. (1.1)
Скоростта на разпространенне на звука слабо зависи от отно-
сителната влажност на въздуха — при промяната й от 0 до 100 %
скороспа на звука се измени само с 0,5 m/s.
В кислородна среда при О'С звуковите вълни се разпространя-
ват със скорост 316 m/s, в азотна среда — с 338 m s, а във водо-
родна среда — с 1261 ms.
8
Фронтът на звуковата гълна е повърхността, която се получа-
ва от съединяването на всички съседни точки на дадено звуков»
поле, в конто звукового налягане и фазата в даден момент са рав-
нн. При надлъжни звукови вълнн фронтьт им е винаги перпенди-
кулярен на посоката на разпространението.
Звуковата енергия е енергията, която се пренася от звуковите
вълни. Измерва се в джаули (J).
Звуковата мощност е звуковата енергия, пренасяна от зву-
ковите вълни за единица време. Измерва се във ватове (W).
Интензивността на звуковата вълна е звуковата мощност,
която преминава през площ I ш2 от фронта на звуковата вълна.
Измерва се във ват на квадратен метър (W'm3). Доскоро вместо'
интензивност се уиотребяваше терминьт сила на звука.
Плътността на звуковата енергия е количеството звукова
енергия в единица обем. Измерва се в джаул на кубичен метър
(J/m3).
При едновременното разпространяване на две или повече звукови
въл ни в едно и също пространство те си взаимодействуват. Това явле-
ние се нарича интерференция на звуковите вълни. Интерференция-
та между две звукови вълни с близки честоти, в резултат на която
се получава периодично изменение на интензивността на звука
в дадена точка на звукового папе, се нарича биене Изменението
на посоката на разпространенне на звуковата вълна при преминава-
нето й покрай преграда или през процеп се нарича дифракция
на звуковата вълна.
Отиошението на максималното звуково налягане ртах към
минималното pmin в дадена точка на звукового поле за определен
интервал от време определи динамичния обхват D на звуковата
картина за този интервал от време:
D=—. (1.2>
^min
1.6. ЧИСТ ЗВУК
Ако звукового поле се поражда от разпространението на чист звук»
моментного звуково налягане в дадена точка на това папе ще пред-
ставлява синусоидна функция от времето (фиг. 1.2). Такава
звукова вълна се характеризира със следните параметри.
Фазата на звуковото налягане естадият на изменение състоя-
нието на средата (налягането) в разглежданата точка по отношение
на коею и да е нейно състояние (налягане), условно прието за на-
чално. Изразява се с единииите за измерване на равнинен ъгъл —
радиан (rad) или градус С). Обикновено за начално състояние на
средата се приема състоянието, при което нейните частици се намират
в равновесного си положение, т. е в средата не се разпространява
звукова вълна и частиците й не извършват трептения. В този слу-
чай налягането в разглеждаиата точка е равно на атмосферного
налягане, моментната стойност на звуковото налягане е равна на
нула Точките А и В от фиг. 1 2 притежават еднаква фаза — те
се характеризират с максимална моментна стойност на звуковото
налягане, съответствуващо иа максимално сгъстяване на части-
ците на средата, установено след равни интервали от време спря-
мо момента на нулевата стойност на зуковото налягане. Фазата
на звуковото налягане придобива съществено значение, когато
в дадено пространство се създава звуково поле, породено от два
или повече звуковн източника.
Периодът Т е най-малкият интервал от време, в чийто край зву-
кового налягане в разглеждаиата точка има същата фаза, както
и в началото. На фиг. 1.2 е показан периодът Т. Измерва се в се-
кунди (s) или нейните кратни.
Чесмотата f е броят на периодите за една секунда. Единица-
та за измерване на честотата е херц (Hz). От кратните й величини
в електроакустиката се използува главно килохерц (kHz). В мате-
10
матичаските зависимости, дадени в тази книга, честотата е изразе-
на в Hz.
Между честотата и периода сыцествува зависимостта
/Г=1; (1.3)
Амп.штудата рт е максималната стойност на звуковото на-
лягане за време един период.
ДОоментната стойност на звуковото налягане р се определи от
зависимостта
p=p„sin((o/4-<p0), (1-4)
надето ш=2 я/ е кры овата честота;
•1'0 — началната фаза, която може да бъде равна и на
нула.
Ефективната стойност на звуковото налягане на чист звук се
определи от зависимостта
(1-5)
Дължината на звуковата вълна X е разстоянието, на кое-
то се разпространява звуковата вълна за един период. Дължина-
та на звуковата вълна е прост-
ранствен параметър. На фиг. 1.3
е показано пзмёнението на мо-
ментната стойност на звуковото
налягане в различии точки на
звуковото поле, разположени
върху една права линия по по-
сока на разпространението на
звуковата вълна. На същата
фигура е означена и дължина-
та на звуковата вълна X.
Среща се и друго определе-
ние за дължината на звуковата
вълна — разстоянието между
две най-близки точки на зву-
ковото поле по посока
конто се характеризират с еднакви
Между дължината на звуковата
Фиг. 1.3
на разпространението
на звуковата вълна,
фази на звуковото налягане.
вълна X, скоростта на раз-
11
пространение на звука с, честотата f и периода Т съществува зави-
си мостг а
Х=сТ; (16)
А=-^- (1.7)
Дължината на звуковата вълна зависи само от честотата, тъй
като скоростта на разпространение на звука при дадени условия
е постоянна величина. В табл. 1.1 са дадени дължините на звуко-
вите вълни за различии честоти при скорост на разпространение на
звука с=340 m/s.
Таблица 1.1
Честота /, Hx 20 Б0 100 500 1000 5000 10000 20000
Дължина на вълната X, m 17 6,8 3.4 0,68 0,34 0,068 0,034 0,017
Хармоникът (обертонът) е звукова вълна (чист звук), чията
честота е цяло число пъти по-висока от честотата на основната
звукова вълна. Нарича се също и хармонична съставка.
Субхармоникът (унтертонът) е звукова вълна (чист звук),
чиято честота е цяло число пъти по-ииска от честотата на основна-
та звукова вълна. Нарича се също и субхармонична съставка.
1.7. ДРУГИ ГЕРОИНИ
Тсмбърът на звука е характерна особеност (окраска) на сло-
жен звук, която се определи от количеството на хармонините и
техннте амплитуди.
Октавата е интервал (честотно разстояние) между две честоти,
чието отношение е равно на две, т.е.Казва се, че често-
тата f2 е с една октава по-висока от честотата или честотата ft
е с една октава по-ниска от честотата [2.
Броят п на октавите между две произволни честоти fWSK и fmin
се определи от зависимостта
fmax :/mln = 2'1
ИЛИ
<IS>
12
He e трудно да се определи, че звуковият спектър (от 20 до
20 000 Hz) съдържа 10 октави.
। Честотният спектър от 10 000 до 20 000 Hz се съдържа само в
една октава. Посочените примеря показват, че октавата е твърде
голяма единица и трябва да се въведат кратки единини. В елек-
троакустиката твърде често се нзползува една третз от октавата —
т. нар. терца. Отношението на честотите, конто ограничават една
терца, е
/max:/mln=2^=VT=l,26. (1,9)
За провеждане на електроакустичните измервания е стандар-
тизирана поредица от честоти, конто отстоят една от друга на чес-
тотно разстояние една терца. Те са: 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80;
100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600;
2000; 2500; 3150; 4000; 5000; 6300; 8000; 10 000; 12 500; 16000;
20000 Hz.
Честотният обхват е всичкн трептения с честоти, съдържащи
се между две дадени честоти, конто се наричат граници на честот-
ния обхват или съответно долна /я и горна [г гранична честота на
обхвата.
Честотният спектър на звука е съвкупността от всички чисти
звукове (тонове), на конто може да се разложи даден сложен
звук.
Реверберацията е продължаващото звучене в закрито поме-
щение след прекратяване действието на звуковия източник.
Стандартното време на реверберация е времето, в течение на
което след прекъсване на звука неговата интензивност се намалява
един милион пъти (10е) спрямо началната си стойност.
1.8. НИВО И ЛОГАРИТМИЧНИ ЕДИНИЦИ
Сетивните органи на човека оценяват съответните дразнители,
като ги сравняват. Човек не може да определи количествено звуко-
вото налягане, но може да прецени кога то е променяло своята
големина. Поради тази особеност на човешките сетивни органи
и в частност на ухото в електроакустиката е въведено понятието
ниво La на физичните вели чини — логаритъм от отношението на
две стойности А и Ао на дадена физична величина
Lx-Blg-^-. «-10)
където В е коефициент на пропорци оналност.
13
За улеснение нивото на физичннте величини се определи спрямо
някаква стойност, условно прнета за нулева или реперна. В зави-
симостта (1.10) реперната стойност е Ао. Казва се, че LA е нивото
на А спрямо Ап.
Необходимо е добре да се знае, че понятието ниво се въвежда само
при сравняване на еднородни физични величини, тъй като може
да се логаритмува само число, което няма размерност.
Ако се приеме, че величината А е мощност, коефициентът В=1
и се премине към десетичен логаритъм, се получава
(i.ii)
Единината за това ниво е бел (В). Тази единица е твърде голя-
ма за практическо приложение и затова по-често се използува
кратната й единица децибел (dB), конто е една десета част от еди-
ницата бел. Нивото LA на величината А спрямо реперната стой-
ност Лп е
Дд=Юlg dB. (1.12)
ло
Като логаритмична единица за ниво на дадена величина се из-
ползува и единината непер (Np). Връзката между двете единици е
lNp=8,68 dB; 1 dB=-O, 1151 jNp. (1.13)
В акустиката за реперна стойност на интензивността на звуко-
вото папе е прието /о=1О'12 W'm2, конто съответствува на прага
на чуваемост при 1000 Hz. Нивото на интензивността е ,
L,= 101g-£- 120-f-lO lg/, [dB, (1.14)
където [/ e интензивността на звуковото поле, W^m2.
Нивото Lf се измени с 10 аВ при изменение на интензивността
/ 10 пъти. -Т
Нивото Lp на звуковото налягане р се определи спрямо р(,=
=2.10‘5 Ра, съответствуващо на врага на чуваемост при честота
1000 Hz във въздушна среда. Тъи като интензивността на звуково-
то поле е пропорционална на квадрата на звуковото налягане,
101g -^—20 lg; -J-=94+20 lg>,\daj (1.15)
. До
На изменение на звуковото налягане 2 пъти съответствува из-
менение на неговото ниво с 6 dB.
14
Ако е известно нивото Lp на звуковото налягане р в dB, стой-
ността му може да се определи, като се използува зависимостта
Lp
р=102° .р0, Ра. (1.16)
Нивото на звуковото налягане в тиха стая (например въввилна
зона) е 25-5-30 dB, докато нивото в жилищна стая в градската зона
при затворен лрозорец е около 60 dB. Разликата между нивата е
ЗО-е-35 dB, на което съответствува отношение между звуковите
налягания от 31,6 до 55. На булеварда на голям град нивото на
звуковото налягане достига около 100 dB, докато в тихи горски
поляни то е около 20 dB. На разлика между нивата 80 dB съответ-
ствува отношение между звуковите налягания 10 000.
1.9. ЧЕСТОТЕН СПЕКТЪР НА ЗВУКОВИТЕ ИЗТОЧНИЦИ
Честотният спектър, създаван от звуковите източници, трябва
да се възпроизвежда от електроакустичната апаратура и затова
трябва добре да се познава както от конструкторите, така и от те-
зи, конто използуват апаратурата. Микрофюните трябва да преоб-
разуват акустичните сигнали в електрически, без да внасят честотни
изкривявания, за да не променят звуковата картина. При употреба
на микрофон за определена цел предварително трябва да се позна-
ва честотният спектър на акустнчната звукова картина и съобраз-
но с това да се избере типът на микрофона, т. е. да се из-
бере микрофон със съответствуваща за случая честотна характе-
ристика. Същото се отнася и за звуковите нзлъчватели, когато се
касае за преобразуване на електрически сигнал в акустичен.
Основни или първични източници на звук са човешкият глас
(говор, пеене и пр.) и различните музикални инструменти. Разбира
се, към първичните източници на звук спадат и различните машини,
техническисъоръжения, природни звукоизточницн (шумът на лис-
тата на дърветата, на падащата вода, на морските вълни, на вятъра,
на дъжда) и др. Звуковите картини, конто се създават от първич-
ните звукови източници, се наричат първични. Електроакустич-
ните звукоизлъчватели *а вторични източници на звук — те не
излъчват производна звукова картина, създадена от самите тях,
а строго определена, създадена от първичните звукоизточницн.
Честотният спектър на дадена първична звукова картина се опре-
дели от честотните спектри на звуковите източници, конто участ-
вуват при създаването й. В табл. 1.2 са дадени честотните спектри
на най-често срещаните звукови източници.
15
Таблица 1,2
Звуков маточник Основен честотен спектьр (мелодия). Н« Пилен честотен спектьр (мелодия я тембьр). Hz
Мъжки говор Женски говор Бас Баритон Тенор ' Алт Мецосопран Сопран Чело Цн гулка Бас саксофон Кларинет Обой ! Флейта Бараба н Орган Роял Чинели 70 4- 700 164,84- 1300 82.44- 392 98 4- 440 130,84- 587,3 174,64- 784 220 4- 880 261,64- 1568 [ 65,44- 784' 174,64- 3520; 55 4- 587.3 ПО 4- 1318.5 246,94- 1568 239,74- 2349,8 87.84-22220 16.44- 8372 27,54- 4693,7 329,64-16744 70 4-8372 164,84-10548 82.44-9392 98 4-9392 130.84-9392 174,64-10548 220 4-10548 261,64-10548 65.44-16744 174,6-^-16744 55 4-14080 1104-15804 246,94-12544 239,74-16734 87,84-15804 16,44-21096 27,54-7040 329,64-16744 <
Под основен честотен спектьр се разбира спектърът от основ-
ни тонове, конто може да създаде даден звуков източннк. Пълният
честотен спектьр включва и честотния спектьр от хармонииите,
конто възннкват с даден основен тон и определят тембъра на звуко-
източника. От таблицата се вижда, че спектърът на органа заема
най-шйрок честотен обхват — по-широк от звуковия спектьр.
Затова нзпълнение с участието на орган трябва да се записва и
възпроизвежда с висококачествени електроакустични преобразу-
ватели.
Нивото на сигнала — електрически или акустичен, съответст-
вуващ на определено музикалноизпълнение или говор, е производ-
на функция на времето. За определен интервал от време тази
функция има някаква средна стойност Лср и максимална стойност
£тах. Разликата между макси.малното ниво Lmax и средното ниво
Lep се нарича върхов фактор (пик-фактор) П
П = £тах—Lcp. (1.17)
Върховият фактор е сыцествен параметър на сигнала. Той по-
казва какъв резерв трябва да прнтежава електроакустичният ка-
нал спрямо средната стойност на сигнала, конто ще се възпроиз-
16
вежда. Върховият фактор, измерен за никои музикални инстру-
мента при изпълнение на откъси с продължителност 15 s, е: за
барабан — 16 dB; за контрабас — 10,8 dB; за бас-саксофон —
16,5 dB; за орган — 13,2 dB; за оркестър от 75 инструмента —
от 17,7 до 27,8 dB.
Формата на акустичния сигнал, получаван от даден първичен
мзточник на звук, се измена непрекъснато с времето. Измена се
и съставът на неговия спектьр. Независимо от това във всеки мо-
мент от времето сигналы може да се разглежда като съставен от
краен брой сигнали с фиксирана честота, т. нар. дискретен спектър,
който представлява сума от един или няколко основни тона и тех-
ните хармоници. Спектър, който е съставен от неограничен брой
сигнали с фиксирана честота, се нарича плътен или непрекъснат
спектър. Моментната стойност на акустичния сигнал се получава
като сума от моментните стойкости на отделяйте сьставящи го
сигнали. Всеки съставен сигнал притежава определена мощност и
пренася определено количество енергия. Мощността е пропорцио-
нална на квадрата на амплитудата на съответния сигнал. За пълно
характеризиране на даден сложен сигнал трябва да се определи него-
вата мощност и мощността на съставящите го сигнали. Във връзка с
това седефиниратпонятията енергиен спектър и спектрална плът-
ноет на сигнала. Мощността на сложен сигнал е сума от мощностите
на всички спектрални съставки, конто го образуват. Еиергията,
която пренася слоения сигнал за определен интервал от време, също
е сума от енергиите, конто пренасят съставящите го сигнали за
същия интервал — енергийният анализ на даден сложен сигнал
винаги се извършва за определено време, като за говор се приема
15 s, а за музикално изпълнение — 60 s, Определянето на енергия-
та на отделяйте сигнали, съставящи сложния сигнал, се нарича
енергиен спектрален анализ на сигнала. Спектралното разпреде-
ление на енергията се представя с линии, съответствуващи на
квадрата на амплитудата на съставящите сигнали.
1.10. ЕНЕРГИЕН СПЕКТЪР НА СЛОЖЕН СИГНАЛ
Спектърът от енергиите на сигналите, конто съставят даден
сложен сигнал, се нарича енергиен'спектър и се определя за даден
интервал от време. Ако се разглежда процесът на пренасяне на
звуковата енергия за единица време, следва да се говори за мощ-
ност на сигнала и съответно за честотен спектър на мощността на
сложния сигнал. Кривата, която обвива повдигнатите на квадрат
амплитуди на съставящите сигнали, изобразява графично енер-
2 Електроакустнчнп преобразуватели
гийния спектър на даден сложен сигнал за даден интервал от вре-
ме — крива а на фиг. 1.4. На практика тази крива се нарича също
енергиен спектър на сложния сигнал.
Интензивността на звука в честотен обхват с широчинаединица
се нарича спектрална плътност на акустичния сигнал. В акустика-
Фиг. 1.4
та за единица широчина се приема 1 Hz, при което спектралната
плътност J се определи от зависимостта
(Ы8>
където е интензивността, измерена в честотен обхват с широ-
чина А/.
За удобство при разглеждане на енергийното разпределенне
при оценка на плътността на спектъра също се въвежда логаритмич-
на единица. Тази единица се нарича ниво на спектралната плът-
ност или спектрално ниво LB-
В електроакустиката твърде често се използуват акустични
шумове, чиито енергийни спектри се подчиняват на определена
закономерност. Шумът, конто се характернзира с еднаква спектрал-
на плътност в целия честотен обхват, се нарича бял шум. Като се
има предвид определението за спектрална плътност, следва, че в
честотни обхвати с еднаква абсолютна широчина се съдържа
еднакво количество енергия. Например честотният обхват от 200
до 400 Hz съдържа толкова енергия, колкого и честотният обхват
18
от 15 000 до 15 200 Hz, тъй като абсолютната широчина на обхвд-
та и в двата случая е 200 Hz. Енергията в равнн относителни чес-
тотни обхвати (например октави) за шум с постоянна спектрална
плътност не е еднаква, а нараства пропорционално на увелнчение-
то на абсолютната широчина на обхвата. Например широчината
на обхвата за октавата от
50 до 100 Hz е 50 Hz, а
за октавата от 500 до
1000 Hz е 500 Hz, т. е. де-
сет пъти по-голяма. При
еднаква спектрална плът-
ност енергията на втора-
та октава е 10 пъти по-
голяма от тази на първа-
та. Шумът, конто се ха-
рактеризира с еднакво ко-
личество енергия в често-
тен обхват, равен на 1
октава, 1 терца или друг
-относителен честотен об-
хват, се нарича /юзов шум.
Обикновено се измерва
електрическото напреже-
ние на сигналите, отгова-
рящи на изискването за
бял или розов шум. Ни-
вото на напрежението на
розовия шум е еднакво във
всяка октава или терца, а
нивото на напрежение на
белия шум нараства при
увеличаване на честотата с
3 dB на октава или с 1 dB
на всяка следваща терца.
Не трябва да се смесват
понятията еднаква спект-
рална плътност с еднакво
количество енергия в равни относителни честотни обхвати (окта-
ва или терца).
Интерес за практиката представлява спектралното разпреде-
ление на енергията на сигнали, съответствуващи на определена музи-
кална или говорна програма. Това е необходимо за правилноопре-
деляне енергийните режими на работа на отделяйте звена от даден
19
акустичен канал, в който възпроизвеждането на различните честот-
ни спектри се осъществява от обособени звена. Обикновено изслед-
ването се провежда за откъсис продължителност 15-;-60sb продъл-
жение на 15-е-30 min, след което от получените резултати се опре-
дели средната стойност за
цялото време. Необходимо
е да се отбележи, че опре-
делинето на една статис-
тична крива за спектрал-
ната плътност на дадено
музикално произведение е
много трудна, практически
нерешима задача. Причи-
ната за това е обстоятел-
ството, че изпълнението на
всяко музикално произве-
Фиг- 17 дение има индивидуална
спектрална плътност. Мо-
же да се определи спектралната плътност на конкретно изпъл-
нение на произведението, но това не означава, че при следващо-
то му изпълнение тя ще бъде същата. На фиг. 1.5 е дадена осред-
нената спектрална плътност на средната мощност на вокал на и
камерна музика, на фиг. 1.6 — на естрадна музика, а на фиг. 1.7—
на симфонична музика.
Глава втора
КРАТКИ СВЕДЕНИЯ ЗА ЧОВЕШКИЯ СЛУХ
2.1. ВЪВЕДЕНИЕ
Основните изисквания, на конто трябва да отговарят електро-
акустичните преобразуватели — микрофоннте, високоговорите-
лите, озвучителните тела и др., се определят от свойствата на слу-
ховото възприятие на човека. Проектирането на електроакустич-
ната апаратура се основава на задълбоченото изучаване на свой-
ствата на човешкия слух. Само като се познават колнчествените
характеристики на слуха, можеда се дефинираттехническите изис-
квания към електроакустичните преобразуватели по отношение
20
на честотен обхват на възпроизвеждане, характеристична чувстви-
телност, допустимы нелинейны изкривявания при определена стой-
ност на звуковото налягане, форма и неравномерност на честотна-
та 'характеристика и др.
Устройство™ на човешкия слухов орган — ухото, е разгле-
дано в редина спениализирани курсове [511- Тук ще бъдат дадени
само основните му свойства, установени в резултат на експеримен-
тални изследвания, конто трябва да се вземат предвид при
анализа на високоговорителите и озвучителните тела.
2.2. ПРАГ НА ЧУВАЕМОСТ
Човешкото ухо е устроено така, че човек не реагира на безкрай-
но малки звукови налягания. В противен случай неговият живот
би бил кошмарен —денем и нощем той би възприемал различии зву-
ци (дори топлинния молекулярен шум), конто не биха му позволи-
ли нито да се труди съсредоточено, нито да си почива полноценно.
У човека се възбужда чувство за чуване едва когато звуковото
налягане придобие определена стойност. За различните индивиди
тя е различна. Номиналната му стойност може да се получи само
в резултат на статистическо осредняване, като при определени
условия се измери (определи) за много хора. По този път е устано-
вено, че за да се чуе в напълно тихо помещение чист .звук с честота
1000 Hz, амплитудата на звуковото налягане, създавано в точка
от звуковото поле, която се намира в непосредствена близост до
човешкото ухо, трябва да има стойност 2,83.10‘5 Ра. Ефективна-
та му стойност е 2.10'6 Ра. Това звуково налягане се нарича праг
на чуваемостта. Интензивността на звука, съответствуваща на
прага на чуваемост, е равна на 10'12 W/m2. Звуковото налягане
2.10"6 Ра представлява едва 2.10'10 от атмосферного налягане.
Интересно е да се отбележи, че случайните флуктуации на наляга-
нето вьрху човешкото ухо, дължащи се на топлинните молекуляр-
ни движения, са само 5—10 пъти по-малки от налягането, съот-
ветствуващо на прага на чуваемост. За човек с остър слух слу-
чайните флуктуации са съвсем близо до собствення му праг на
чуваемост. Тезы данни показват, че прагът на чуваемостта е твър-
де нисък; едва ли би могло да се иска по-сполучливо решение на
проблемата за възприемане на слаби*сигналя, без да се приемат
смущенията, конто съществуват непрекъснато в природата.
Прагът на чуваемостта силно зависи от честотата. В резултат
на многобройни изследвания, експери.ментиране и статистическо
осредняване с международно споразумение е утвърдена кривата
21
на зависнмостта на прага на чуваемост от честотата за чист звук,
която е дадена на фнг. 2.1 — крива /. От фигурата се вижда, че
звукове с честота от 2000 до 3000 Hz предизвикват чувство за чува-
не даже и ако създават налягане, по-малко от 2.10"5 Ра. С увели-
чаване или наяаля-
ване на честотата
прагът на чуваемост
се измества към по-
големите звукови на-
лягания. Това е на-
пълно естествено — в
природата всичко се
измени плавно. Пра-
гът на чуваемост в
зависимост от често-
тата също се измени
плавно—той има най-
ниска стойност в об-
ластта 20004-3000 Hz
и геостепенно нараст-
така и към областта
ва както към областта на’ ниските честоти,
на високите честоти. При 50 Hz прагът на чуваемост е 500 000
пъти, а при 20000 Hz — 1 000000 пъти по-висок, отколкото при
честота 1000 Hz. Под 20 Hz и над 20 000 Hz прагът на чуваемост
клони към безкрайност или по-точно тук прагът на чуваемост не
съществува.
г
2.3. ПРАГ НА БОЛЕЗНЕНО УСЕЩАНЕ
Ако амплитудата на звукового налягане на сигнали с честоти
от звуковия спектър се увеличава постепенно, чувството за чува-
не се измени — едва доловимият звук вече звучи по-ясно. Казва се,
че гръмкостта на звука се е увеличила. При известно достатъчяо
голямо звуково налягане чувството за чуване се смесва с чувство
за болка в ушите. Звукового налягане, при което настъпва болез-
нено усещане, се нарича прагна болезненото усещане. По-нататъш-
ното увеличаване на амплитудата на звукового налягане води само
до засилване на чувството за болка в ушите, а при достатъчно голе-
ми стойности на звукового налягане, респективно на интензив-
ността на звука, човешкият слухсетравматизира сопасни после-
дний за здравето и живота на човека. Средностатнстическата
крива за прага на болезненото усещане в зависимост от честотата
22
на сигнала е дадена на фиг. 2.1 — крива 2. Вижда се, че прагът
на болезнено усещане също завися от честотата, но в по-малка
стелен от прага на чуваемостта. Разликата между звуковите наляга-
ния. съответствуващи на прага на чуваемост и на прага на болезне-
ното усещане, за средните честоти на звуковия спектър е много-
по-голяма, отколкото за граничните честоти. Това е също напълно
естествено. За честотите извън звуковия спектър (под 20 Hz и над
20 000 Hz) чувство за чуване изобщо не възниква, а при опреде-
лена интензивност на звука направо възниква болезнено чувство,
т. е. в инфразвуковия и ултразвуиовия спектър може да се гово-
ри само за праг на болезненото усещане. Явно е, че съществуват
честоти, за конто прагът на чуваемост почти се слива с прага на
болезненото усещане. Тези честоти се намират на границата на
звуковия с инфразвуковия и ултразвуковия спектър.
2.4. ЗОНА НА СЛУХОВО ВЪЗПРИЯТИЕ
Стойностите на звуковою налягане, конто се намират между
прага на чуваемост и прага на болезненото усещане и се създават
от сигнали с честоти от звуковия спектър, образуват зона на слу-
ховото възприятие. Отношеннето между стойностите на звуковите
налягания, съответствуващи на прага на болезненото усещане и
прага на чуваемоетта за дадена честота, представлява динамичният
обхват на слуховою възприятие или динамичният обхват на човеш-
кото ухо. От казаното следва, че този обхват има различна стой-
ност за различните честоти —за 1000 Hz стбйността му е 8.10е.
Прагът на чуваемост в областта на високите честоти се из-
мества към по-големите стойкости на звуковите налягания при
увеличаване възрастта на човека. За хора с напреднала възраст
сливането на прага на чуваемост с прага на болезненото усещане
става още при 10000 Hz, а дори и при по-ниски честоти.
2.5. ВИСОЧИНА НА ТОНОВЕТЕ
Устройството на слуховия орган на човека спомага за възпри-
емане по различен начин на звуковите вълни с различии честоти.
При сравняване на два звука се казва, че звукът с по-висока чес-
тота се възприема като по-висок тон. В резултат на продължител-
ни експерименти е установено, че чувство за промяна на възприе-
маната височина на тона възниква при определено относително
изменение на честотата, а не при определена абсолютна промяна на
23
нейната стойност. Звук с честота 100 Hz се възприема спрямо звук
с честота 80 Hz с такава разлика във височината на тона, с каквато
се възприема звук с честота 500 Hz спрямо звук с честота 400 Hz,
тъй като отношението и в двата случая е 1, 25, макар че разликата
в честотите е съответно 20 и 100 Hz. Разстоянието по височина на
тона се нарича музикаленинтервал нт само интервал. Като основ-
на степей за изменение на височината на тоновете в музиката, а
също и в електроакусти ката е възприет интервалът, чиито чес-
тоти се намират в отношение 2:1. Този интервал се нарича октава.
Необходимо е да се знае, че човешкото ухо е много чувствител-
но към относителните изменения на честотата. В областта на
средните звукови честоти (от 500 до 4000 Hz) човек може да раз-
личи два тона, различаващи се по честота само с 0,2%, т. е. звук
с честота 501 Hz човек различава от звук с честота 500 Hz. Именно
тази голяма чувствителност по отношение височината на тона па-
лата високите изисквания по отношение на относителните изме-
нения на скоростта на задвижване на магнитофоните и грамофо-
ните — допустимите отклонения от номиналната скорост са мно-
го малки.
Поради свойството на човешкия слух да реагира на относител-
ното изменение на честотата при графично изобразяване на чес-
тотните характеристики на електроакустичните лреобразуватели
честотата се нанася по абсцисната ос в лот аритмичен мащаб.
2.6. ГРЪМКОСТ. НИВО НА ГРЪМКОСТТА
Грьмкост G. Субективното възприятие, свързано с усеща-
нето н а различна интензивност на звуковото поле (за различна
сила на звука), се нарича гръмкост. Обективен определител на
гръмкостта е звуковото налягане, респ. интензивността на звука.
Известно е, че колкото е по-голяма интензивността на звука с да-
дена честота, толкова по-гръмко звучи той на слух. В средата на
миналия век Вебер установил, че най-малкото нарастване на зву-
ковата интензивност, което може да се различи слухово, пред-
ставлява около 10% от нейната стойност, т. е. субективното въз-
приятие се измени пропорнионално на относителното изменение на
дразнителя. Почти по същото време Фехнер дал математическата
формулировка на съотношението, установено от Вебер, съгласно
която ннвото на субективното възприятие е пропорнионално на
•лога^итъма от отношението на интензивностите на звуковото поле.
Тази зависимост носи названието психофизичен закон на Вебер—
Фехнер. Съгласно определенията за логаритмични единици на
24
изменение на ннвото с 1 dB съответствува изменение на стойността
на звуковото налягане с 12,2%. Следователно човек може да раз-
личи на слух изменението на дадено звуково поле едва когато ни-
вото му се измени поне с 1 dB. Слуховото възприятие е субективек
5
Фиг. 2.2
пронес и не се поддава на Точно математнзиране, така че законы
на Вебер—Фехнер е само приблизптелно верен, като най-малки
са отклоненията за сигнали с честота 1000 Hz. Единицата за гр ъм-
25
жост се нарича сон (sone). Един sone съответствува на гръмкостга
на звуков сигнал с честота 1 000 Hz и ниво на звуковото налягане
40 dB спрямо 2.10"5 Ра.
За възприемане на два звукови сигнала с различии честоти
като сигнали с еднаква гръмкост е необходимо те да създават раз-
лично ниво на звуковото налягане. Като се съпоставя гръ.мкостта
на сигнал с честота 1000 Hz с гръмкостга на сигнал с различии
честоти, се определят стойностите на нивото на звуковото наляга-
не, за конто гръмкостга е еднаква. Така се получават кривите на
еднаква гръмкост за хармоничен сигнал, дадени на фиг. 2.2а.
Ниво на гръмкост Lq. Toe изразенотовдецибели ниво на звуко-
вото налягане на сигнала с честота 1000 Hz за дадена крива с
еднаква гръмкост. Единината за ниво на гръмкостга е фон (phone).
На фиг. 2.2а за кривите с еднаква гръмкост е означено нивото на
гръмкостга във фонове.
Поиятияга гръмкост и ниво на гръмкостга твърде често се смес-
ват, затова ш.е се дадат някои пояснения. Сигналът с честота —
1000 Hz, който създава звуково налягане 2.10'3 Ра, т. е. има ниво
40 dB спрямо 2.10'® Ра, се възприема с гръмкост 1 сон. Но нивото
на тази гръмкост не е 0 фона (колкото би се получило, ако се лога-
ритмува 1), а е 40 фона (колкото е нивото на звуковото налягане,
възприемано с гръмкост 1 сон). По принцип нивото на гръмкост-
та не се определи чрез логаритмуване на число, показващо гръм-
костта, а съответствува на нивото на звуковото налягане на сиг-
нал с честота 1000 Hz, възприемано с определена гръмкост. При
известно ниво на гръ.мкостта на чист тон може математично да се
•определи гръмкостга, но за £о^40 фона
G«2 6 . (2.1)
На фиг. 2.26 е показана графично зависимостта на гръмкостга
за чист тон (в сонове) от нивото на гръмкостга (във фонове), като
крива 1 е експериментално определена, а крива 2 съответствува
на формула (2.1).
От графиките на фиг. 2.2а се вижда, че честотната зависимост
на кривите с еднаква гръмкост е различна за различните нива на
гръмкостга — при високо ниво на гръмкостга кривите са сравни-
телно равномерни, а при ниско — много неравиомерни с ясно из-
разен седловиден характер. От това следва една сыцествена осо-
беност, която трябва да се има предвид. Ако се слуша при високо
ниво на гръмкостга (например 90 фона), сигналите с различии
честоти трябва да създават приблизително еднакво ниво на звуко-
вото налягане, за да се възприемат от човека с еднаква гръмкост.
Ако се слуша при ниско ниво на гръмкостга (например 30 фона).
26
сигналите с ниски и високи честоти ще трябва да създават значи-
телно по-високо ниво на звуковото налягане от сигналите със сред-
ни честоти, за да се възприемат от слушателя с еднаква гръмкост—
например сигналът с честота 40 Hz трябва да създава с 42 dB
по-високо ниво на звуковото налягане от сигнала с честота 1000
Hz. От това следва, че когато се слуша при ниски лива, в електронния
тракт на електроакустичната система трябва да се повишава ниво-
то на сигналите с ниски и високи честоти. За тази цел сеизползу-
ват гонкоректорите. Ако се слуша при ниско ниво на гръмкост-
та, тонкоректорите трябва да бъдат максимално отворени (в макси-
мална стелен да повишават нивото на сигналите с ниски и високи
честоти).
2.7. МАСКИРОВКА НА ЗВУКОВИТЕ СИГНАЛИ
Прагът на чуваемост на звуков сигнал с дадена честота е опре-
делен в напълно тйхо помещение. Всички сигнали със същата
честота, конто създават по-високо ниво на звуковото налягане, би
следвало да се възприемат от човека. Но това е вярно само в условия
на запазване на тишината. Ако едновременно с дадения звуков
сигнал се появи друг чист тон или някакъв шум, прагът на чувае-
мост за задения сигнал се измества към областта на по-високите
нива. Това явление се нарича маскировка на звуковите сигнали
Л4. Маскировката на даден маскиран сигнал от друг маскиращ
сигнал се оценява количествено с разликата между прага на чувае-
мост на маскирания сигнал при наличие или липса на маскиращия.
Например, ако за сигнал с дадена честота прагът на чуваемост
е 30 dB в тихо помещение и 40 dB в същото помещение, но при
въздействието на друг сигнал (маскиращ) маскировката М е рав-
на на
М =40—30=--10 dB.
Маскировката завися от съотношението на честотите на двата
сигнала и от нивото на маскиращия сигнал.
Маскиращото влияние на сигнал с определена честота съглас-
но изследванияга на Цвикер и Фелдкелер се илюстрира с криви-
те за прага на чуваемост, дадени на фиг. 2.3. Крива 1 представля-
ва абсолютният праг на чуваемост (в напълно тихо помещение),
а крива 2 — прагът на чуваемост при маскиращ сигнал с честота
1000 Hz и ниво на звуковото налягане 80 dB. Вижда се, че за чес-
тоти, конто се намират на 1 октава по-ниско от маскиращия звук
(под 500 Hz), прагът на чуваемост остава непременен. За честоти,
27
конто лежат в октавата от 1000 до 2000 Hz, прагът на чуваемост
е повишен в най-голяма степей. В обхвата от 2000 до 10 000 Hz из-
менението на Прага на чуваемост намалява с увеличаване на често-
тата, като над 10 kHz остава непременен. За честоти, равни на
основната, на удвоена-
та и на утроената че-
стота на маскиращия
сигнал се чува биенего
(разликата от двата сиг-
нала) за широк обхват
на изменение нивото на
маскиращия сигнал (на
фиг. 2.3 тези зони са
защриховани). Вижда
се, че чист тон оказва
сил но маскиращо влия-
ние върху други чисти
тонове, намиращи се в
обхвата на по-високата
1000 Hz и октавата от
Фиг. 2.3
(в случая
на по-ниската октава (от 1000 до
октава на маскиращия звук
1000 до 2000 Hz). В обхвата
500 Hz) маскиращото влияние рязко намалява. За високите често-
ти (над 2000 Hz) 'маскировката намалява по-плавно. С намаляване
нивото на маскиращия сигнал се намалява и измененнето на
прага на чуваемост, като в същото време се стеснява и честотният
обхват, в който се проявява маскиращият ефект.
На фнг. 2.4 е показано маскиращото влияние на пигулка с
основен тон 195 Hz за различии нива на създаваното маскиращо
звуково поле, а на фиг. 2.5 — маскиращото влияние на високите
честоти на пигулка. Изводът, конто се налага от анализа на тези
зависимости, е ,че гръмките тонове с ниска честота маскират висо-
ките тонове с ниско ниво, докато високите тонове с високо ниво не
маскират ниските тонове с ниско ниво. Този извод е твърде същест-
вен. С него може да с обясни преобладаването на броя на женски-
те гласове в един смесен хор, а в симфоничен оркестър — преоб-
ладаването на музикалните инструменти, конто създа ват високо-
честотни сигнала. В резултат на анализа на маскировката се
установява и следната особено важна зависимост: ако се възпро-
извежда дадена музикална картина при ниско ниво, съдържащи-
те се в нея високи тонове ще се възприемат ясно, но ако се повиши
нивото на създаваното звуково поле, ниските тонове (вече с по-
високо ниво) ще маскират високите тонове. В крайна сметка музи-
калната картина обеднява значително. Ако дадена музикална
28
картина трябва да се възприеме така, както би се възприела в
концертната зала, възпроизвеждането на тази картина в домашни
условия трябва да се реализира при същото звуково ниво, как-
вото се създава при възпроизвеждането й в концертната зала.
Това изискване трудно може да се реализира на практика. Зато-
ва, ако се слуша при ниски нива, се налага възпроизвеждането
да става при повдигане нивото на ниските честоти.
29
Ако за маскиращ сигнал се използува шум, чиято спектрална
плътност е постоянна от 20 до 500 Hz, а от 500 до 20 000 Hz иама-
лява пропорцнонално на увеличаването на честотата, прагът на
чуваемост става честотнонезависим в областта на зоната на чува-
нето. Такъв шум се нарича равномерно маскиращ шум. На фиг.
2.6 е показано изменението на Прага на чуваемост при маскировка
с равномерно маскиращ шум.
2.8. БИНАУРАЛЕН ЕФЕКТ
Нормално звуковата информация постъпва-през два рецептора—
двете уши на слушателя. В главния мозък се извършва слож-
на обработка (съпоставяне) на информацията, постьпила през
двете уши, и се изгражда единна звукова картина. При тази об-
работка се определят редица параметри на звуковия източник,
конто не биха могли да се определят, ако информацията постъпва-
ше само през един канал. Изграждането на единен звуков образ
в съзнанието на слушателя при слушане с двете уши, при което се
получава определена представа и за звуковия източник, се нари-
ча бинаурален ефект. Ако слушателят се намира точно срещу
звуковия източник, звуковата вълна достига едновременно до
двете му уши и звукового налягане в тях е с еднаква амплитуда
и фаза. Всяко изменение на взаихЙюто разположение на звуковия
източник и главата на слушателя (освен преместване по правата,
30
която ги съединява) ще доведе до промяна кокто на амплитудата».
така и на фазата на звукового налягане, действуващо на двете
уши на слушателя. До ухото, което е разположено по-далече от
звуковия източник, звуковата вълна достига с известно закъсне-
ние и създава пониско налягане. Тези две явления, позволяващи
да се определи слухово посоката към звуковия източник, се нари-
ча съответно фазов и амплитуден бинаурален ефект.
Благодарение на бинауралния ефект човек може да определи
не само посоката, но и приблизително разстоянието, на което се
намира звуковият източник. При определяне на разстоянието
трябва да се има предвид и ефектът на изпреварването (ефект на
Хаас): ако един и същи звук се излъчва от два или повече източ-
ника, намиращи се на различно разстояние от слушателя, звукът
се възприема така, като че ли се излъчва от един-единствен (най-
близкия) звуков източник. При това ефектът на изпреварване се
запазва дори и тогава, когато по-далечните звукови източници
създават звуково налягане с по-високо ниво.
Бинауралният ефект и ефектът на Хаас оказват съществено
влияние при стереофонично йъзпроизвеждане на музикални или
говорни картини.
2.9. ВЪЗПРИЯТИЕ ЗА ТЕМБЪР НА ЗВУКА
Още Ом изказал мисълта, че простого слухово усещане се по-
лучава само при въздействие на звуково поле, създадено от из-
точник на чист звук. Ако към основния звук се прибавят втори,
трети и т. н. чисти звукове с други честоти, слухового възприя-
тие се измени — възниква впечатление за окраска на звука. Въз-
приятието, което се получава от един и същи основен тон, но съче-
тан с различен брой и различно ниво хар.монични тонове, е раз-
лично и се нарича възприятие за тембър на звука. Според Ом
и Хелмхолц човешкото ухо като че ли разлага сложния звук на
чисти звукове, конто предизвикват отделни усещания. Всяко из-
менение на честотния спектър на даден сложен звук или измене-
ние на съотношението на нивото на съставящите го чисти звукове
води до промяна на тембъра на звука.
31
Глава трета
ЗАМЕСТВАЩИ СХЕМИ НА ЕЛ ЕКТРОАКУСТИЧНИТЕ
ПРЕОБРАЗУВАТЕЛИ
3.1. ЕЛЕКТРОМЕХАНИЧНА И ЕЛЕКТРОАКУСТИЧНА АНАЛОГИЯ
3.1.1. Механична трептяща система
Функциони рането на електроакустичните преобразуватели е
свързано с трептенията на някаква механична система — поява-
та на електрическо напрежение в изхода на микрофона е пред-
шествувано от трепте-
Фиг. 3.1
нията на трептящата му
система. Възникването
на звукова вълна и съ-
ответно на звуково поле
винаги е предществува-
но от трептенията на
трептящата система на
високоговорителя. Раз-
пространението на зву-
ковите вълни също е съ-
проводено с механични-
те трептения на средата.
Познаването на основни-
те закономерности,- на
конто се подчиняват
трептенията на една ме-
ханична трептяща систе-
ма, спо.мага в значител-
на степен за правил-
ното възприемане на специфичната същност на явленията,
свързани с функционирането на електроакустичните преобразува-
тели от генераторен или двигателей тип.
На фиг. 3.1 а схематично е показана една механична трептя-
ща система със съсредоточени параметри и една степен на свобода.
Масата т на цялата трептяща система е съсредоточена само
в движещото се тяло (масата на пружината се пренебрегва). Тя
се измерва в единиците за маса ко.
Гъвкавостта с на системата е съсредоточена само в пружината
(тялото се приема за идеално твърдо тяло). Измерва се в метър
на иютон (tn/N).
32
Силите на триене г възникват само в мястото, където двяжещо-
то се тяло опира до неподвнжната опора. Тези сили пораждат
активни механични загуби в системата. За отразяване на загуби-
те се приема, че в мястото на триене съществува активно механич-
но съпротивление г, което се измерва в N.szm (нютон по секунда
на метър).
Трептящата система е с една степен на свобода, ако движещо-
то се тяло може да трепти само в едно направление.
Ако се приложи външна сила F върху тялото с маса т, съглас-
но законите на динамиката тялото ще започне да се движи. Дей-
ствието на хармонична сила F~ ще приведе тялото в хармонично
трептение. Закономерностите, на конто се подчинява това треп-
тение, може да се получат в резултат на решаване на системата.
Да се реши една механична трептяща система, означава да се на-
мерят онези зависимости между приложената сила и елементите
на системата, които позволяват да се определи положението на
всяка точка от системата във всеки момент от времето. Решението
може да се осъществи по два начина: чрез използуване на закони-
те на динамиката и чрез използуване законите на електротехника-
та след прилагане на електромеханичните аналогии.
3.1.2. Механична еквивалентна заместваща схема
на иеханичната Трептяща система
Решаването на механичната трептяща система изисква да се
състави нейната механична еквивалентна заместваща схема. За
целта физическите елементи се заменят със символи:
—(т)— т— маса;
г — активно механично съпротивление;
с — гъвкавост;
г — механичен импеданс, съдържащ маса,
гъвкавост и активно механично съ-
противление или само някои от тези
елементи.
.3 Електроакустичии преобразуете ль
33
За трептящата система от фиг. 3.1 а или б външната сила F-. прео-
долява инерцията на масатя tn, възвръщащата сила на пружината
с гъвкавост с и силата на триенето. Съгласно законите на динами-
ката (принципа на Даламбер) сумата от всички сили, действуващи
на системата, е равна на нуля, т. е. силата F^ е равна по големинг
и обратна по посока на сумата от силите, действуващи върху от-
деляйте елементи Fm, Fe и Fr. Въз основа на този принцип може
да се състави еквивален > ната механична заместваща схема, коя-
то за системата от фиг. 3.1 л имя вида, даден на фиг. 3.1 в. Този
начин на свързване на механичнее елементи се нарича свързване
във възел. При такова свързване елементите на трептящата сис-
тема се характеризират с това, че скоростта на трептене във всеки
от тях е една и съща. Решението на системата се извежда от зависи-
мостта
f~=Fm+F'+F,. (3.1)
3.1.3. Електрически трептящ кръг
На фиг. 3.2 е показана еквивалентната заместваща схема на
последователен електрически
и = О„ sinuj/.
трептящ кръг със съсредоточени
параметри: индуктивност L, ка-
пацитет С и активно съпротивле-
ние R. От основните закони на
електротехниката е известно, че
токът, който протича през трите
елемента, е един и същи, а сума-
та от напреженията върху тях iiL ,
ис и uR е равна на приложеиото
външно напрежение и, т. е.
«=вх+«с+в/?. М
Ако външното напрежение е
синусоидно:
(3.3)
напреженията върху елементите на кръга са също синусоидни.
От (3.2) може да се получи решението на електрическия трептящ
кръг — да се намери стойността на тока i в зависимост от еле-
ментите R, L, С и напрежението и. Получава се
i=In sin(<of+<p), (3.4)
34
където
I / 1/" '1 г °v (3'5)
Z.=^R«+^L-^-)‘ (3.6)
Ze е модулът на електрнчсския импеданс на трептящия
кръг;
/? — активната съставка на Ze;
(шД—реактивната съставка на Ze;
ср—фазовата разлика между тока I и напрежението и
в даден момент.
_ При
"i—г- (з-7>
за Ze се получава
Ze = Ze = г (3.8)
Честотата, за която е нзпълнено (3.7), се нарича резонансна
честота <о0 и съгласно (3.7) се определи от параметрите на кръга
(3-9)
уЦ.
За ш0 токът през кръга е максимален
/т=/шп,ах = ^-- (3.10)
Обикновено в практиката се използуват не максималните, a
ефективните стойкости на тока / и на напрежението 1), като
/=-^; (3.11)
(3-12)
35
3.1.4. Електромеханмчна аналогия
От сравняването на еквивалентната механична заместваща схе-
ма на механичната трептяща система и еквивалентната електри-
ческа заместваща схема на електрическия трептящ кръг, както и
на зависимостите (3.1) и (3.2), се вижда, че между тях сыцествува
пълна аналогия, конто се изразява в следното:
— сумата от силите върху ме-ханичните елементи е равна на
приложената сила; сумата от напреженията върху електрически-
те елементи е равна на приложеното външно напрежение. Следо-
вателно силата и напрежението са взаимноаналогични величини;
— скоростта на трептене на механичните елементи е една и
сыца; токът, който протича през електрическите елементи, е един
и сьщи. Следователно скоростта на трептене и електрическият
ток са взаимноаналогични величини.
Посочената аналогия дава достатъчно основание за механич-
ните трептящи системи да се съставят електрически еквивалент-
ни заместващи схеми, конто да се решават със законите на електро-
техниката. В получените зависимости електрическите елементи
се заместват със съответните им механични елементи и се получава
решението за механичната система. Стремежът да се работи с елек-
трически заместващи схеми е продиктуван от факта, че решение-
то на електрическите вериги е значително по-леко от решението
на механичните системи.
От зависимостите (3.1) и (3.2) не става ясно на дадена величина
от механичната система коя величина от електрическата система
съответствува. Но ако съответните сили (или напрежения) се из-
разяват чрез елементите на системите и скоростта на трептене
(токът през елементите), ще се получат диференциални уравне-
ния, от конто аналогията се определи еднозначно. До същия резул-
тат може да се достигне и чрез следните разсъждения:
— инертността на механичната трептяща система се определи от
нейната маса т, докато индуктивноспa L определи инертността на
електрическия трептящ кръг. Следователно т и L са взаимно-
аналогични величини.
— активните загуби на енергия и в двете системи се .определят
от активните съпротивления — механичного г и електрическото
R. Следователно те също са взаимноаналогични величини.
— в пружината на механичната система се съхранява меха-
нична енергия, а електрическата енергия се съхранява в конден-
заторите. Следователно механичната гъвкавост с и електричес кият
капацитет С са взаимноаналогични величини.
Определението „взаимноаналогични величини" показва, че
36
аналогията е обратима и от електрическите заместващи схеми мо-
же да се премине към еквивалентните им механични заместващи
схеми, а оттам — към механични трептящи системи. Това е мно-
го полезно при синтезиране на трептящи системи с предварител-
но определени изисквания.
Разгледаната аналогия между механични и електрически ве-
личини е само една от възможните аналогии, която най-често се
използува. Ако механичната трептяща система от фиг. 3.1 а (съот-
ветно нейната еквивглентна схема от фиг. 3.1 в) се сравнява с
37
паралелен трептящ кръг, ще се установи аналогия, при коятр на
силата съответствува електрическият ток, и т. н.
В табл. 3.1 са дадени аналогичните величини за електромеха-
ничната аналогия сила—напреженне.
Аналогия та между елек-
трическите и механичните ве-
личини може да изглежда
случайна или формална.
Всъщност това не е така. Раз-
гледаната аналогия само по-
твърждава единството на ма-
териалния свят. В епохал-
ния си труд „Материализъм
и емпириокритицизъм" Ле-
нин пише: „Единството на
природата се открива в по-
разителната прилика на ди-
ференциалните уравнения,
отнасящи се към различии
области на явленията."
Решението на механичната трептяща система от фиг. 3.1 мо-
же да се получи сравнително леко, ако се приложи електромеха-
ничната аналогия и се състави еквивалентната електрическа за-
местваща схема, дадена на фиг. 3.3. За скоростта осъгласно фиг.
3.3 се получава
о=-, F = — • (3.13)
V-t-i)'
По аналогия
тяща система
и тук г* се нарича механичен импеданс на треп •
(3.14)
к
ъдето г е актнвната съставна на z„;
(torn ——реактивната.
При tom— — =0
(3.15)
38
се получава
гм=д
F
(3.16)
(3.17)
Тук v и F са ефективни стойкости.
Честотата, за конто е изпълнено изискването (3.15), се нарича
резонансна честота и се определи от зависимостта
шо=7==" (3.18)
’ V®e
Резонансните явления възникват твърде често при електро-
аКустичните преобразуватели « оказват много голямо влияние
върху качествените им показатели.
3.1.5. Електроакустнчна аналогия
В електроакустиката основна величина е звуковото налягане.
Известно е, че то е силата, конто действува на единица повърх-
ност (1 т!). Във връзка с тази величина се оказва по-удобно да
се използуват и величините акустична маса, акустична гьвка-
вост и пр. Връзката между механичните и акустичните величини е
р^= q=vS’, we= -^Г» (3.19)
Величините т„ сл и г, са съответно акустичната маса, акус-
тичната гъвкавост и акустичното активно съпротивление. S е
еквивалентната звукоизлъчзаща повърхност на акустичната треп-
тяща система, a q — звуковият поток.
Между акустичните и електрическите величини сыцествува
сыцата аналогия, каквато сыцествува между механичните и елек-
трическите величини, като на звуковото налягане съответствува
електрическо напреженне, а на звуковия поток — електрически
ток, на акустичната маса—индуктивност и т. и. Символите за
елементите на акустичната трептяща система са сыците, като
значенията носят индекс „а“.
3.2. ЕЛЕКТРОМЕХАНИЧЕН ПРЕОБРАЗУВАТЕЛ
Енергнята на звуковото поле по своята същност представлява
механична, енергия. В практиката носителях на информацията за
39
то да превърне електрическата енергия в
Фиг. 3.4
Фиг. 3.5
дадена звукова картина притежава определена електрическа енер-
гия. Следователно, за да може от пренасяната информация да се
възбуди звуково поле, е необходим някакъв преобразувател, кой-
механична. Устройства-
та, конто преобразуват
електрическата енергия
в механична, се нари-
чат електромеханични
преобразуватели. Ос но-
вен принцип на тезн
преобразуватели е тях-
ната обратнмост, т. е.
те могат да преобразу-
ват и механичната енер-
гия в електрическа.
Преобразуват е л и т е
на електрическата енер
гия в механична се
наричат преобразувате-
ли двигатели. Понятие-
то двигател показва, че
в резултат на пронеси-
те, конто протичат в
дадено устройство, полученият краен резултат се изразява в това,
че определена част от устройството се привежда в механично дви-
жение. Типичен представител на такива устройства е електро-
двигателят. Високоговорителите, озвучителните тела, слушалки-
те, телефонните капсули и др. представляват преобразуватели
двигатели.
Преобразувател ите на механична енергия в електрическа се
наричат преобразуватели генераторы. Понятието генератор оз-
начава устройство, в което нещо сепоражда, нещо се произвежда.
В електротехниката се има предвид устройство, в което се пораж-
да, възниква електрическа енергия като резултат от процесите,'
конто протичат в него. Преобразуватели-генератори са микро-
фонйте, звукоотнемателите и др.
Условного изобразяване на една механична система е дадено
на фиг. 3.4, а на електрическа система — на |фиг. 3.5. Механична-
та система се характеризира с действуващата сила Fi и скорост-
та с»! на нейния вход, съответно сила Ft и скорост на нейния
изход. Двата лоста (на входа и на изхода) са свързани вътрешно
с някаква динамична система. При действие на сила върху еди-
ния от тях той се привежда в движение с определена скорост. а
40
посредством вътрешната връзка привежда в движение и другия
л ост. Названията вход и изход в случая са условии, тъй ка-
то системата е обратима. Електрическата система се характерная*
ра с действието на определено напрежение и протичането на елек-
Фиг. з.б
трически ток в едната страна, конто пораждат съответно напре-
жение и ток в другата страна. Изобразената на фиг. 3.5 електрическа
система в електротехниката се нарича четириполюсник.
Ако се замени едната страна на механичната система с елек-
трическа или едната страна на електрическата система с механич-
на, ще се получат смесената електромеханична система, показана
на фиг. 3.6 а, която има електрическн вход и механичен изход;
и смесената механоелектрическа система, показана на фиг. 3.6 б,
която има механичен вход и електрическн изход. Системата от
фиг. 3.6 а се нарича електромеханичен четириполюсник. Той се
характеризира с напрежението U, което е приложено на входните
му клеми, и големината на протичащия в ходен ток /. Изходът на
този четириполюсник. се характеризира със силата F, която дей-
ствува върху пръта, и скоростта на трептене на пръта и. Приема
се, че прътът няма собствена маса и представлява недеформируе-
мо (абсолютно твърдо) тяло.
На фиг. 3.7 е дадена друга схема на електромеханичен пре-
образувател от двигателей тип, която по ясно изобразява неговите
елементи и тяхното взаимодействие. Характерно за тази схема е
означеното влияние вежду електрическия товар на .системата и
нейния механичен изход. При протичане на определен ток i през
товара Zo под действието на приложеното напрежение О или
е.д. н. Е се поражда определена механична сила F в елемента г0.
Под действието на тази сила елементът г, се привежда в движение
със скорост V, която зависи от силата F и механичного натоварване
на системата. Ако елементът z0 е обединен по някакъв начин с елек-
трическия товар ?о, привеждането на Zo в движение със скорост о
41
ще доведе до поява на обратна реакция от елемента z0 върху еле-
мента Zo. На фиг. 3.7 тази реакция е означена с прекъсвана линия
от движещата се точка към елемента Zo, като е отбелязана с Е\
Необходимо е да се има предвид, че скоростта на трептене на
механичната система на преобразувателя и скоростта на трептене
на механичния товар zT на системата са- винаги равнн.
Системата от фиг. 3.6 б също се нарича електромеханичен че-
тяриполюсник, макар че би било по-правилно да се нарича меха*
ноелектрически преобразувател, тъй като преобразува механич-
ната енергия в електрическа. Названието електромеханичен чети-
риполюсник се ползва обобщено, катоеотчетена обратимостта на
тезн преобразуватели. Четириполюсникът от фиг. 3.6 б се харак-
теризира със силата F, приложена на входа му и пораждаща ско-
рост на трептене и. На изхода се появява електрическо напреже-
ние U, което предизвиква протичането на ток / през товара.
Общата енергия W, която притежава един електромеханичен
преобразувател, винаги е равна на сумата от електрическата енер-
гия и механичната енергия
(3.20)
Електромеханичните преобразуватели трябва да преобразуват
линейно'електрическите трептения в механични и обратно, без да
внасят изкривявания. Това е възможно само ако зависимостите
между електрическите и механичните величини на системата пред-
ставляват линейни уравнения. Линейната зависимост между елек-
трическите величини U и / и между механнчните величини F и
v при установен режим на трептене на системата се дева с уравне-
нията
L/=Z/+^ и F=kJ+zv. (3.21)
42
I Коефиииентите на уравненията могат да се определят по след-
мия начин.
При застопорена механична трептяща система скоростта на
трептене е равна на нула (о=0). От първото уравнение се получава
| 2=(Я..
следователно Z е входният електрически импеданс на електро-
ыеханичния преобразувател от двигателей тип при застопорена
механична трептяща система. Входният електрически импеданс
завися по принцип от честотата на приложения електрически сиг-
нал, но не трябва да зависи от неговата амплитуда, за да бъде
греобразуването линейно.
При прекъсната ёлектрическа верига на входа входният ток
е равен на нула (7=0). От второю уравнение на (3.21) се получава
Н-Н.. (123)
Отношеннето от силата и скоростта на трептене на ненната
прилежна точка в механнката се нарича механичен импеданс. Сле-
дователно г представлява механияният импеданс на трептящата
система на преобразувателя при отворена електрическа верига на
входа. Този импеданс също може да зависи от честотата, но не бн-
ва да- зависи от големнната на приложената сила F, за да бъде
линейно преобразуването.
Коефиниентите и k2 изразяват връзката между разнородни
физични величини. От зависимостите (3.21) се вижда, че произве-
дението кр трябва да има размерност волт (V), а произведенного
Ы— размерност нютон (N). Поради тази си същност k2 и kt се
наричат коефициенти на електромеханичната връзка. Количест-
вено те могат да се определят от слединге зависимости:
*•-(£)..»
След известии преобразувания на размерностите на величини-
те от (3.24) и (3.25) може да се покаже, че за електродинамичен
електромеханичен преобразувател размерността и на двата кое-
финиента е една и съща — Вебер на метър (Wb/m). Освен това се
дрказва и тяхното количествен© равенство [5] или по-точно
4»=—(3.26)
43
Коефиниентът на електромеханична връзка k не зависи от
електрическите и механичните импедансн 'на преобразуватели.
При увеличаване на механичния импеданс до безкрайност (засто-
порена подвижна механична система) скоростта на трептене v
става равна на нула. Ако се определят при това условие силата,
която действува върху механичния товар, и токът, протичащ във
входната верига на преобразуватели, от (3. 25) ще може да се опре-
дели и големнната на коефициенТа на електромеханичната връзка.
По аналогичен начин, ако се определи скоростта на трептене на
механичната трептяща система и напрежението U на входните
клеми на преобразувателя при прекъсната входна верига, от за-
висимостта (3.24) също може да се определи големнната на кое-
фициента на електромеханичната връзка.
3.3. МЕХАНИЧНА И ЕЛЕКТРИЧЕСКА ЕКВИВАЛЕНТНА
ЗАМЕСТВАЩА СХЕМА НА ЕЛЕКТРОМЕХАНИЧЕН ПРЕОБРАЗУВАТЕЛ
ОТ ДВИГАТЕЛЕН ТИП
На фиг. 3.8 е дадена схемата на електромеханичен преобразу-
вател от двигателей тип [5]. Той се захранва^от източник на електро-
Фиг. 3.8
движещо напрежение Е с изходен електрическн импеданс Zt.
Външна механична сила не е приложена върху преобразувателя,
а механичните импеданси на трептящата система z0 и на товара
г-, определят общия механичен импеданс
z=z0+zT. (3.27)
При тези. условия състоянието на преобразувателя се описва
от следните линей ни зависимости:
U=ZI+kv\
F=-kI+(z+?r)V. (3.28)
44
3.3.1. Механична еквивалентна заместваща схема
Съгласно схемата от фиг. 3.8 може да се иапяше
U*=E-ZtI. (3.29)
Като се замести (3.29) в първото уравнение на (3.28) и се реши
спрямо тока /, получава се
I t3-30)
Замества се (3.30) във второго уравнение на (3.28) и след из-
вестии преобразования се получава
*7^2 = (-2^2 +*о+«г)* • (3-31)
Зависимостта (3.31) изразява връзката между електрическите
и механичните величини в един линеен електромеханичен преоб-
разувател двигател.
Изразът в лявата страна на (3.31) има характер на меха-
нична сила F
F
- F=kz^z <3’32)
Трите събиразми в скобите от дясната страна на (3.31) имат ха-
рактер на механичен импеданс. Първото събираемо представлява
внесеният механичен импеданс в механичната част на преобразу-
вателя, дължащ се на елекгродинамичното въздействие в елек-
трическата част на преобразувателя
Z»B " zt+Z ' (3.33),
Другите две събираеми са известии.
От зависимостта (3.31) се вижда, че трите механични импедан-
са се намират под действието на сили, чиято сума е равна на сила-
та, определена с (3.32). При това и в трите механични импеданса
движението на елементите се осъществява с една и съща скорост
V. Това дава достатъчно основание да се смята, че трите импедан-
са са свързани във възел.- Еквивалентната механична заместваща
схема ще има вида, даден на фиг. 3.9.
Ако се използува електромеханичната аналогия сила—напре-
жение и скорост—ток, може да се получи електрическият екви-
валент на механичната заместваща схема на преобразувателя, да-
ден на фиг. 3.10.
45
Схемата от фиг. 3.10 е построена като електрическа схема, но
елементите, конто я изграждат, са залазили своя механичен харак-
тер. Това се прави за удобство — по законите на електротехника-
та направо се получават зависимостите между механичните вели-
чини. Използуването на електрически величини води само до из-
лишни затруднения — да се заместват механичните величини с
електрически, да се намерят зависимостите между тях и отново в
тези зависимости да се. заместят електрическите величини с меха-
ннчни.
При съставянето на електрическа заместваща схема на дадена
механична система винаги ще трябва да се запазва механичният
характер на величините.
3.3.2. Електрическа еквивалентна заместваща
схема
От второто
уравнение на (3.28) за скоростта v се получава
*о-+-*т
(3.34)
Замества се (3.29) и (3.31) в първото уравнение на (3.28) н
като се реши получеиата зависимост спрямо Е, се получава
f“(z'+z+^r)'- ’
Лзразът (3.35) показва, че трите събираеми в скобите трябва
да имат* характер на електрически импеданс. Третото събираемо
завися само от механичння импеданс на трептящата'система и кое-
фициента на електромеханична връзка. Следователно то представ-
лява внебеният импеданс в електрическата част на преобразувате-
46
ля, дължащ се на електродинамичното взаимодействие в механич
вата част на преобразуватели
Z"H в ^+7^' (3-36)
От зависимостта (3.35) се вижда, че през трите електрически
импеданса протича един и същи ток /, а сумата от напреженията
върху тях е равна на приложе-
ното външно напреженне Е.
Следователно трите импеданса
са свързани последователно. Ек-
вивалентната електрическа схе-
ма на електромеханичен пре-
образувател двигател е дадена
на фиг. 3.11.
Необходимо е да се прави
разлика между електрическата
еквивалентна заместваща схема
на електромеханичния преобра-
зувател (фиг. 3.11) и електрическия еквивалент (фиг. 3.10) на ме-
ханичната му еквивалентна заместваща схема (фиг. 3.9).
Схемата от фиг. 3.9 (или фиг. 3.10) е заместваща схема за из-
хода на преобразуватели. Влиянието на входа се изчерпва съссъз-
даването на електродинамичната сила F и внасянето на импедан-
са, определен с (3.33).
Схемата от фиг. 3.11 се отнася за входа на преобразуватели.
Тук влиянието на изхода се изразява във внесения импеданс,
определен с (3.36).
При разглеждане на изходните величини на преобразуватели
двигател се използува заместващата схема от фиг. 3.10 и по-ряд-
ко тази от фиг. 3.9, а при разглеждане на входните величини —
схемата от фиг. 3.11.
3.4. МЕХАНИЧНА И ЕЛЕКТРИЧЕСКА ЕКВИВАЛЕНТНА
ЗАМЕСТВАЩА СХЕМА НА ЕЛЕКТРОМЕХАНИЧЕН
ПРЕОБРАЗУВАТЕЛ ОТ ГЁНЕРАТОРЕН ТИП
Този преобразувател е представен на фиг. 3.6 б. Падът на напре-
жението върху товарния електрически импеданс ZT може да се
изрази чрез протнчащия през Z, електрически ток /:
(3.37)
47
Външно електрическо напрежение не е приложено и състоя-
нието на преобразувателя се описва от следните линейни зависи-
МОСТИ *
0=(Z+Zr)/+*v; (3.38)
F = -kI+zv.
3.4.1. Механична еквивалентна заместваща схема
От първото уравнение на (3.38) се получава
(3.39)
Замества се (3 39) във второго уравнение на (3.38) и се полу-
чава
<3.40)
Зависимостта (3.40) изразява връзката между механичните и
електрическите величини в един линеен електромеханичен преоб-
разувател генератор.
Двете събираеми в скобите от дясната страна имат характер
на механичен импеданс. Първото събираемо е внесеният механичен
импеданс в механичната страна (входа) на преобразувателя, дъл-
жащ се на електродинамичното взаимодействие в електрическата
страна (изхода) на пре-
образувателя генератор
Z»H ~ Z^+Z ’
Ако Zt-*~OO, TO Zbh =
=0. Това следва да се
очаква — ако електри-
ческата верига в изхода
на преобразувателя е
прекъсната, изчезва
влиянието върху меха-
ничния му вход, т. е. внесеното механично съпротивление е равно
на нула.
От (3.40) се установява, че двата механични импеданса са
свързани във възел и имат еднаква скорост на трептене и. Екви-
валентната механична заместваща схема на електромеханичен
преобразувател генератор е дадена на фиг. 3.12а. Като се приложи
Фиг. 3.12
48
слектромеханичната ггглогия сила—напрежение и скорост—ток
се получава електр.мхкият еквивалентна мехацичната замест-
ваща схема на пр ссСразуватсля генератор (фиг. 3.126).
3.4.2. Електрическа еквивалентна заместваща схемг
Ст второю уравнение на ,(3.38) се определи
(3.42)
Замества се в първото уравнение и след преобразувания Jce
получава
/-0.
(3.43)
Първото събираемо има
Това е елсктродвижещото
тат на функиионирането на
характер на електрическо напрежение.
напрежение, което възниква в резул-
преобразувателя генератор
• г
(3.44)
Фйг. 3.13
Трите събираеми в скобите имат характер на електрически им-
педанс. Първият от тях се дължи на електродинамичното взаимо-
действие в механичния вход на
преобразувателя, отразява влия-
нието на механичния вход върху
електрическия изход и се нарича
внесен електрически импеданс
= (3.45)
Трите електрически импедан-
са са свързани последователно
и през тях протича един и същи
ток /, породен от електродвиже-
щото напрежение е. Електриче-
ската еквивалентна заместваща
схема на електромеханичния преобразувател генератор е дадена на
фиг. 3.13. Тя се отнася за изхода на преобразувателя и трябва да
се ра^личава от електрическия еквивалент на механичната замест-
ваща схема, която се отнася за входа на преобразувателя.
4 Епектроакустични преобразувателя
.49
Внесените импеданса при електромеханичните преобразува-
тели от генераторен тип са честотнозависими, тъй като импедан-
•ите, участвуващи в (3.33) и (3.45), са честотнозависими, като в
никои случаи коефнциентът k също зависи от честотата.
Глава четвърта _
МИКРОФОНИ
4.1 ОСНОВНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРИ НА МИКРОФОНИТЕ
Микрофоннте преобразуват механичната енергия на звуково-
то поле в електрическа енергия и са електромеханични преобра-
зуватели генератори. Полученият на техния изход електрическн
сигнал точно ще съответствува по форма на звуковото налягане
само при условие, че между електрнческите величини на изхода
и механичните величини на входа на преобразувателя съществу-
ва линейна зависимост. Микрофоннте по принцип отговарят на
това изискване. Верността на това твърдение може да се устано-
ви от съставените еквивалентни заместващи схемн на преобразу-
вателя от генераторен тип, дадени на фиг. 3.12 и 3.13.
Характеристиките и параметрите на микрофоннте са слвдннте:
Изходният (вътрешният) импеданс е стойността на импедан-
са, измерена на електрическия изход на микрофона, разположен
в свободно звуково поле. Той се характеризира с определен модул
и определен фазов ъгъл. Модулът на изходния импеданс е равен
на отношението отмодулитена напрежението на празен ход към
тока на късо съединение. Съгласно българските държавни стан-
дарта модулът на изходния импеданс на микрофоннте при често-
га 1000 Hz се нарича модул на номиналния изходен импеданс.
Изходният импеданс се нарича още пълно вътрешно електрическо
съпротивление на микрофоннте.
И мпедансната характеристика е зависимостта на модула на
изходния импеданс на микрофона от честотата.
Ефективността, с която микрофоннте преобразуват механич-
ната енергия в електрическа, се определи от полученото елек-
тродвижещо напрежение Е при действие на единица звуково
налягане р на техния вход (мембраната). Отношението на Е към
50
действуващото звуково налягане
А на микрофона:
р се нарича чувствителност
Д= —
Р
V
Ра
(4.1)
В никои случаи чувствителността на микрофона се определи
по отношение на напрежението U, което се получава върху опре-
делен електрическн товар на изхода му. Обикновено за товар се
използува електрическо съпротивление, което е с поне три пъти
по-голяма стойност от стойността на изходното (вътрешното) съ-
противление на микрофона при честота 1000 Hz. Този товар на
микрофона се нарича номинален.
Ниво на чувствителността LA се нарича изразеното в децибе-
ли отношение на определената чувствителност към приетата за ре-
перна чувствителност Af=l V/Pa:
La =20lg ~ =20IgA, dB. (4.2)
Честотна характеристика на микрофона се нарича зависи-
мостта на чувствителността или на нивото на чувствителността от
честотата. На фиг. 4.1а е показана честотната характеристика на
микрофон по отношение нивото на чувствителността. Вижда се,
че за всяка честота то е различно, т. е. микрофонът с различна
ефективност преобразува механичната енергия на звуковото поле
в електрическа. Особено ниска е ефективността на преобразува-
нето за сигналите с много ниска и много висока честота. Същест-
вуват една ниска честота fH и една висока честота fa, за конто ни-
вото на чувствителността е по-ниско с определена стойност М =
= 10-5-16 dB. Тези честоти се наричат съответно долна и горна гра-
нична честота на ефективното преобразуване на микрофона. Чес-
тотният обхват между fa и /в се нарича полезен честотен обхват
а микрофона (по-правилно е да се нарича ефективен честотен
обхват).
Типовата честотна характеристика на микрофона е честот-
иа характеристика, характерна за даден тип микрофон. Тя се
получава от осредняването на значителей брой индивидуалнн
честотни характеристики и се задава в техническата документа-
ция обикновено като начупена линия (фиг. 4.1 б — плътната ли-
ния), но може да се зададе и като плавна крива (фиг. 4.1 а). С-ти-
яовата честотна характеристика на микрофоннте производителят
гарантира пред потребителя повторяемост с незначителни откло-
нения на хода на честотната характеристика при всички произ-
ведени образци.
51
Фиг. 4.1
52
Поради различната чувствителност на микрофо гите за различ-
ните честоти се налага въвеждането на следните допълнителни
понятия.
Номиналната чувствителност Лном е чувствителността за
дадена честота или осреднената чувствителност за даден честотен
обхват. Обикновено номиналната чувствителност се определи за
честота 1000 Hz или за октавата със средна честота 1000 Hz.
Характеристичната чувствителност А , е средноквадратич-
ната стойност на чувствителностите Afi за определен)! честоти
от полезния честотен обхват на микрофона
Лх = Ал+ А/г+ А/з+- • +л% . (4 3)
Ati се определи за честоти от стандартната поредина, а п е
броят на честотите, терпите или октавите, съдържащи се в осред-
нявания обхват.
Неравномерностям! на честотната характеристика е разли-
ката между нивото на максималната £лтах и мннималната
чувствителност в полезния честотен обхват на микрофона
(фиг. 4.1 а). Когато се обявява тиПовата честотна характеристика
на микрофона, се нормира неравномерността на типовата честот-
на характеристика и се задава допустимого отклонение за инди-
видуалните характеристики, означено на фиг. 4.1 б с прекъсвани
линии. То обикновено е симетрично и е от порядъка от — 1 до —3
dB. В този случай обаче общата неравномерност на индивидуал-
ната честотна характеристика е сума от неравномерността на
типовата характеристика и удвоената стойност на допустимого
от нея отклонение. Например при типова характеристика с не-
равномерност 12 dB и допустимо отклонение от нея ±3 dB общата
неравномерност се допуска да бъде до 18 dB. Неравномерността
на типовата честотна характеристика може да се зададе и графич-
но (фиг. 4.1 в). Типовата честотна характеристика трябва. ля се
вмества между линиите. Графично дефинираното изискване за
допустимата неравномерност на честотната характеристика на
мнкрофоните е по-строго, тъй като неравномерността е различна
при различните честоти — тя е малка в областта на 1000 Hz и
значително по-голяма за ниските и високите честоти. Дадената
на фиг. 4.1 в допустима зона за типовата честотна характеристи-
ка е изискването на съветския стандарт ГОСТ 6495—79 за микро-
фо ни от първи клас.
Характеристика на насоченост G(0) се нарича зависимостта
на чувствителността на микрофона от ъгъла, койтб сключва акус-
тичната му ос с посоката към звуковия източник. Тази характе-
53
ристика се определи за редица честоти или честотни обхвати при
постоянно звуково налягане. Обикновено се определи нормирана-
та характеристика на насоченост Go(0) — отношението на чувст-
вителността Я, , определена при даден ъгьл 0, към осовата чув-
ствителност Яв:
/1.
О0(9)= —— при /?=const и /= const. (4.4)
В практиката се използува нивото на нормираната характе-
ристика на насоченост
Lg,w = La- La~ 201g А- , dB. (4.5)
Графиката на характеристиката на насоченост се изобразява
в полярна координатна система и се нарича диаграма на насоченост.
На фиг. 4.2 са показани две диаграми на насоченост, определени
за един и същи микрофон при две различии честоти Д и f2.
В зависимост от характеристиката на насоченост микрофоните
биват ненасочени, едностранно насочени и двустранно насочени.
Отношението фронт—тил Qo/iao е отношението на осовата
54
чувствителност Аа на насочен микрофон към чувствителността
му Лио при 0 = 180’ за дадена честота:
Со/1 во ’ (4.6а)
Обикновено се използува разликата фронт—тил Lqo/ieo. коя-
то представлява разликата между ннвата на осовата чувствител-
ност LM и на чувствителността £ли011 при 180° на микрофона
за дадена честота
Qo/180 “ЛА> ^180 • (4.66)
На практика разликата фронт—тил се определи за даден чес-
тотен обхват. В този случай LA0 и £Л1в0 са ннвата на средните
звукови налягания по оста и на 180° за дадения честотен обхват.
Индексът фронт—тил представлява твърде голям интерес
за практиката. Определи се като разлика между нивата Lp$ и Lp-,
на електрическите мощности, отдавани от микрофона на товара
при самостоятелно въздействие на дифузно звуково поле от пред-
ната (фронталната) и задната (тилната) полусфера. Действуващи-
те върху микрофюна звукови налягания от предната и задната
полусфера трябва да бъдат равни по големина:
£<?фт-££-£,т. (4.7)
Този индекс показва в каква степей ннвото, създавано от микрофона
под действието на постъпващия сигнал от фронталната полусфера,
например от оркестъра, ще бъде по-високо от нивото, създавано от
микрофона под действието на настъпващите от задната полусфера
шумове, например от публиката. Индексът фронт—тил показва
степента на потискане на шума в сравнение с полезния сигнал.
На клемите на един микрофон, поставен вън от звуково поле,
винаги се измерва някакво електродвижещо напрежение £ш,
създавано от собствения шум на микрофона. То се дължи на
флуктуациите на атмосферного налягане и на топлинния шум в
електрическата част на микрофона. Еквивалентното звуково на-
лягане рш на собствения шум се определи като отношение на Еш
към номиналната осова чувствителност:
Р* = <4М
'‘оном
\Hueomo на собствения шум Lm се определи като логаритъм от
отношението на рш към реперното звуково налягане ро=2.1О-ь Ра:
£ш =201g -^ = 201g -у^=г =94+201gрш, . dB. (4.86)
55
При преобразуване на звукови сигнали с ниво от зоната на слу-
хового възприятие мембраната на микрофона се отклонява незначи-
телно от равновесного си положение. Поради това преобразуване-
то се осъществява в почти линеен режим и възникналнте нелиней-
на изкривявания са пренебрежимо малки. Забележими изкривява-
ния може да се появят едва при много високи нива на звуковото-
налягане — обикновено над прага на болезненото уеещане. За
оценка на нелинейността на микрофоните производителите обик-
новено обявяват нивото на звуковото налягане, при коего коефи-
цнентът па хармоничните изкривявания достига 1%, а в никои
случаи и 0, 5%. Други производители обявяват стойността на кое-
фициента на хармонични изкривявания при определено ниво на
звуковото налягане — например при 124 dB.
Вибровъзприемчивостта е пораждане на електродвижещо на-
прежение в изхода на микрофона като резултат от вибрациите»
на конто е подложен корпусът на микрофона. Този параметър е
много важен за практическата експлоатация на микрофоните.
Желателно е породеното е. д. н. при зададени вибрации да бъде
колкото е възможно по-малко. Ако микрофонът има голяма виб-
ровъзприемчивост, на неговия изход ще се появява напреженне,
породено от вибрациите на ръката, която държи микрофона, или от
вибрациите от движението на актьорите, предадени по пода и стой-
ката, към която е закрепен микрофонът. Крайне неприятно е заед-
но с музикалното изпълнение да сечуват стъпкн или други шумо-
ве, породени от вибрации. Затова трябва микрофоните да не при-
тежаватвибровъзприемчивост. Необходимо еда се вземат специал-
ни конструктивни мерки за намаляване вибровъзприемчивостта на
микрофоните. Обикновено микрофонният капсул, конто съдържа
трептящата система на микрофона, се закрепва „меко“ към] корпу-
са му — например чрез пръетен от мека каучукова смес.
4.2. ПРИЕМНИЦИ НА ЗВУКОВО НАЛЯГАНЕ И[НА ГРАДИЕНТ
~ ’НАЗВУКОВО НАЛЯГАНЕ
В зависимост от конструктивного си оформление мнкрофэни -
те биват приемници на звуково налягане и приемници на градиент
(разлика) на звуково налягане. Това разделяне се определи един-
ствено от начина, по който звуковото налягане действува върху
звуковъзприемащия елемент на микрофона. То не зависи от начина
на преобразуване на механичната енергия в електрическа. В пове-
56
налягане.
чето случаи звуковъзприемащият елемент на микрофона пред-
ставлява една механична трептяща система, която се нарича мем-
брана. Ще бъде анализирано функционирането само на трептяща-
та система на микрофоните — приемници на звуково налягане и
приемници на градиента на звуковото
Приемник на звуково налягане.^
Микрофонът, при конто звуковот^
налягане може да действува сам°
върху едн!та страна на звуковъз"
приемашия елемент, представлява
приемник на звуковото налягане. Прин-
ципната конструкция на подвижна-
та система на такъв микрофон е по-
казана на фиг. 4.3. Той се състои от
мембрана / с повърхност S . и зву-
конепроницаема кутня 2, която аку-
стично закрива едната страна на
мембраната. Променливото звуково
налягане р действува само от едната
страна на мембраната. За нзравнява-
не на външното статично налягане
със статмчното налягане в обема на кутията винаги се осъществява
връзка на обема с околното пространство чрез отвор с много 'ма-
лък диаметър, който има много голямо акустично съпротивление-
за звуковото налягане.
Звуковите вълни, чиято дължина е значително по-голяма от
размерите на микрофона, оказват еднакво налягане р върху нзго-
вата мембрана независимо от ъгъла, под който падат върху нея.
Механичната сила F, която действува върху м?м5раната на мик-
рофона, се определя от зависимостта
F^pS. (4.9У
Силата F не завися от ъгъла hi падане на звуковата вълна-
В Следователно за сигнали с ниска честота (голяма дължина на
звуковата вълна) микрофоните—приемници на звуковото наляга-
не, са насочени, тяхната характеристика на насоченост е сферич-
на, а диаграмата им на насоченост представлява окръжност —
фиг. 4.4, крива 1.
За звукови вълни, чиято дължина е съизмзримз с размерите
на микрофона, явленията се усложняват. При фронтално падане
върху мембраната (0=0) звуковите вълни се отразяззт от нейна-
та повърхност. Отразената и падащата звукова вълна взаимо-
действуват и тъй като те са синфазни, звукозото налягане, дейст-
57
вуващо ьърху мембраната, се увеличава. При високи честоти
действуващото звуково налягане рф, може да стане до два пъти
по-голямо от звуковото налягане рф, което съществува в мястото
на микрофона преди неговото поставяне. Това е еквивалентно
Фиг. 4.4
на увеличаване на чувстви-
телността на микрофона два
пъти. Ако посоката на раз-
пространение на звуковите
вълни сключва някакъв ъгьл
0 с оста на микрофона (фиг.
4.3), звуковото налягане р&,
действуващо върху неговата
мембрана, става по-малко от
Рф. Това се дължи на раз-
личната фаза на звуковото
налягане, действуващо върху
различии точки от мембрана-
та на микрофона. В резул-
тат на намаленото действие
на звуковото налягане върху
мембраната чувствителността
на микрофона намалява. Сле-
дователно за високи честоти микрофонът започва да се появява ка-
то насочен приемник на звуковото налягане и неговата диаграма на
насоченост се различава от кръговата. На фиг. 4.4 с криви 2 и 3 са
показани диаграмите на насоченост за различии стойкости на от-
ношението — (d е диаметърът на мембраната, 1 — дължината на
звуковата вълна). За да бъде ненасочен един микрофон-приемник
на звуково налягане, неговите размери трябва да бъдат по-малки
от Головин дължина на звуксвата вълна. За запазване на ненасоче-
ните свойства на даден микрофон до 8000 Hz е необходимо него-
вият диаметър да бъде по-малък от 21 mm. Обикновено се каз-
ва, че микрофоните-приемнини на звуково налягане са ненасочени,
но в същност това се отнася за ниските и средните честоти на
звуковия спектър.
Приемник на градиента на звуковото налягане. Микрофон,
при който звуковото налягане може да действува върху двете
страни на мембраната, се нарича приемник на градиент на звуко-
во налягане. Принципната конструкция на механичната трептя-
ща система схематично е показана на фиг. 4.5, където с 1 е озна-
чена мембраната, а с 2—звуконепроницаема преграда. Механич-
ната сила F, която разтрептява мембраната, е равна на разликата
58
между силата Гф, която действува от предната (фронталната)
страна на мембраната, и силата Ft, която действува от задната
(тилната) страна на мембраната
(4.10)
но
^ф-рф5, a Fr~p,S. (4.11)
Следователно
F=(p*-p,)S, (4.12)
т. е. механичната сила F е пропорционална на разликата между
фронталното рф и тилното рт звуково налягане и на площта на
мембраната S.
Разлика между звуковнте налягания Рф и р» се получава в
два случая:
а. Когато звуковият източник е в непосредствена близост до
микрофона. В този случай се получава разлика между амплиту-
дите на двете звукови налягания. При ниски честоти разлика-
та между фазите не сыцествува и механичната сила има постоян-
на (независеща от честотата) големина. При високи честоти се
появява и разлика между фазите, дължаща се на различните пъ-
тища, конто изминава звуковата вълна до предната и задната стра-
на на мембраната на микрофона. Поради това механичната сила
намалява с повишаване на честотата. Зависимостта на отношение-
то на механичната сила към pS от честотата е дадена на фиг. 4.6,
крива 2. х
б. Когато звуковият източник е на разстояние от микрофона,
много по-голямо от неговите размери. В този случай амплитудата
Рф„ на фронталното звуково налягане е почти равна на амплитуда-
та ртт на тилното звуково налягане.
59
При ниски честоти <р«0 и FxO, т. е. чувствителността на
микрофона клони към нула. С повишаване на честотата нараства
фазовата разлика <р, нараства и механичната сила F, респ. — чув-
ствителността на микрофона. Честотната характеристика начув-
ствителността на микрофона за ниските честоти представлява
почти права линия; минаваща през началото на координатната
система—фиг. 4.6, крива 1. За дадени размери на микрофона при
определена честота фазовата разлика <р става 180° и механичната
сила F става два пъти по-голяма от фронтално действуващата
сила Гф. При по-високи честоти механичната сила намалява с
повишаване на честотата.
От кривите на фиг. 4.6 се вижда, че чувствителността на мик-
рофона-приемник на градиент на звуково налягане за ниски
честоти зависи много от това, дали микрофонът се намира в ие-
посредствена близост или на значнтелно разстояние от звуковия
източник. За високи честоти чувствителността и в двата случая
е почти еднаква. Оттук следва една съществена особеност на тези
микрофони. Чувствителността на даден тип микрофон е почти
еднаква за ниски и високи честоти, когато е разположен на зна-
чително разстояние от звуковия източник. Ако този микрофон се
постави в непосредствена близост до звуковия източник, неговата
чувствителност за ниски честоти нараства, а чувствителността му
за средни и високи честоти остава почти непроменена. В резултат
на това този микрофон ще подчертава възпроизвеждането на сиг-
налите с ниска честота. Обратно, ако даден микрофон има равно-
60
мерна^честотна характеристика при разполагане близо до звуко-
вия източник, при поставянето му на значително разстояние от
него той щеподчертава възпроизвеждането на сигналите с внсока
честота.
Диаграмата на насоченост на микрофоните-приемници на
градиент на звуковото налягане за високи честоти има вид на ос-
мица — фиг. 4.7. Тази диаграма е симетрична спрямо оста 90—
270°. Конструкцията на микрофона също е симетрична спрямо
равнината, в която се намира неговата мембрана. Поради тази
симетрия разглежданите микрофони се наричат симетрични при-
емници на градиент на звуковото налягане.
В практиката са намерили по-широко приложение асиметрич-
ните микрофэни-приемници на градиента на звуковото налягане.
Принципната конструкция на механичната им трептяща система
е показана па фиг. 4.8. Този вид микрофони се получават, като към
симетричния приемник на градиента на звуковото налягане се
прибави една звуконепроницаема тръба 1. Принципът на дейст-
вие е същият, както и на симетричните приемници, като тук
разликата между пътищата на фронталната и тиловата звукова
вълна е по-голяма.
61
|l80*
Фиг. 4.9
Диаграмата на насоченост на асиметричните микрофони-при-
емници на градиента на звуковото налягане има вид на кардиои-
да — фиг. 4.9.
Комбинирани приемници на звуково налягане. Твърде
често в практиката са необходими микрофони, чиято диаграма на
насоченост трябва да има по-
Ив) специална форма. В такива
10 случаи се реализират комби-
———нирани микрофони — комби-
-о.в нация от приемник на зву-
/ \ ково налягане и приемник
/ с ,0 1 fUQ I
на градиент на звуково на-
\ (-0Л I лягане. По такъв начин може
\ t-o.2 / да се получат микрофони със
_______у / следните диаграми на насо-
9*о° ченост:
— кръгова — при функ-
циониране само на приемни-
ка на звуково налягане —
фиг. 4.4 крива Г,
— осмица — при функцио-
ниране само на симетричния
приемник на градиент на зву-
ково налягане — фиг. 4.7;
— кардиоида — при функционира не на приемник на звуково
налягане и си метричен приемник на градиент на звуково наляга-
не с равни чувствителности — фиг. 4.9;
— суперкардиоида — при функциониране на приемник на
звуково налягане и симетричен приемник на градиент на звуково
налягане с отношение на чувствителностите 0,37:0,63 — фиг.
хиперкардиоида — при функциониране на приемник на звуко-
во налягане и симетричен приемник на градиент на звуково наля-
гане с отношение на чувствителностите 0,25: 0,75 — фиг. 4.11.
Микрофоннте, чиито диаграми на насоченост имат дадения на
фиг. 4.9, 4.10 и 4.11 вид, се наричат едностранно насочени микро-
фони. Те се използуват в случайте, когато върху микрофона освен
полезния сигнал денствуват и различии смущаващи акустични
сигнали — шумът в дадено помещение, отразените звукови въл-
ни и др. Тогава микрофонът се поставя така, че за полезния сиг-
нал да има голяма чувствителнрст, а за смущаващите сигнали —
малка. Практически измерените диаграми на насоченост в една
или друга степен се'различават от съответните математически кри-
ви. За сигналите с ниски и средни чест»ти отклоненнята не са го-
62
леми, но при високите честоти се намесват дифракцнонни явае-
ния и фазови разлики, конто изменят характеристиката на на
соченост на микрофона. По принцип за високите честоти микро-
фоните стават по-насочени.
Фиг. 4.11
Фиг. 4.10
4.3. ВИДОВЕ МИКРОФОНИ
Въгленови (контактни) микрофони. Конструирани са през:
1876 г. от Бел. Те са най-старият тип микрофони. Основного им
предимство е голямата чувствителност — 20-5-100 mV/Ра, но при-
тежават много недостатъци — тесен номинален честотен обхват
(обикновено от 300 до 3400 Hz), високо ниво на собствения шум
(25-е-ЗО dB), тесен динамичен обхват (около 30 dB), големи нели-
нейни изкривявания (коефициентът нЗ хармониците при ниски
честоти достига 15-5-20%). Параметрите на въгленовите микро-
фони силно зависят от атмосферните условия, особено от влагата.
Сега те намират ограничено приложение в микротелефонните гар-
нитури на телефонните апарати за предаване на говор. Въглено-
вите микрофони са приемници на звуково налягане — за ниски и
средни честоти те са неыасочени.
Електродинамични микрофони с подвижна бобина. Тези
микрофони се конструират като приемници на звуково налягане
и като приемници на градиента на звуковото налягане.
Принципното устройство на електродинамичен микрофон с
подвижна бобина, действуващ като приемник на звуково наляга-
е, е дадено на фаг. 4.12. Той се състои от магнитна и трептяща
63
система. ПредназначениетО на магнитната система е да създаде
постоянно по големина и посока магнитно поле в работната въз-
душна междина (11 на фиг. 4.12). Тя е изградена от постоянен
магнит 1, сърце 2, магнитопровод 3 и горна полюсна наставка 4.
Всички части на магнитната система освен магнита [се изработ-
ват от магнитно мек материал, който оказва малко съпротивле-
ние на магнитния поток. Магнитната индукция в работната въз-
душна междина е 5=0,6ч-1,0 Т.
Механичната трептяща система на микрофона се състои от
мембрана 9 и звукова бобина 10. Мембраната се оформя като ку-
пол, който завършва в гофрнрана част. Куполната форма има го-
ляма механична устончивост и позволява мембраната да се изра-
64
ботва с малка дебелина, което я прави много лека. Обикновено се
използуват поликарбонатно фолио (макрофол), полистирол и
други подобии материали. Гофрираната част на мембраната позво-
лява преместването й само по оста на микрофона. В основата на
купола е залепена звуковата
бобина. Тя-се разполага в ра- .
ботната въздушна междина на I ----------- п I_______г------
магнитната система, която е JT
средище на магнитно поле с <лЕ и Пн, >•
индукция В. у LI
Капачката 5 се изработва от I------
немагнитен материал (обикнове- L -------—1
но месинг) и служи да отдели
обема на магнитната система от фиг. 4.13
обема под мембраната 9. Кана-
лите 7 образуват с обема V на
магнитната система резонатор на Хелмхолц. Върху сърцето 2 се
поставя дискът 6, който се изработва от плат или друга подобна
материя и оказва определено акустично съпротивление на звуко-
вите вълни. Чрез диска 6, каналите 7 и обема V може да се влияе
върху хода на честотната характеристика на микрофоните.
Предпазната решетка <8 предпазва мембраната от външни въз-
действия, но оказва влияние върху преобразуването на сигналите
с висока честота.
Принцнпът на действие е следният. Под действие на звуковото
налягане р върху мембраната действува сила F=pS. Площта на
мембраната S е постоянна и силата F е пропорционална на наляга-
нето р. Силата F разтрелтява мембраната, а заедно с нея и звукова-
та бобина. При трептенето си звуковата бобина пресича магнит-
ните силови линии и в нея се индуцира е. д. н.
E=Blv, (4.13)
където [ е дължината на проводника, от който е навита звуковата
бобина;
v — скоростта на трептене на звуковата бобина, която е
равна на скоростта на трептене на мембраната.
Индукцията В и дължината на проводника I са постоянни вели-
чини, конто не зависят от честотата. Тяхното произведение се
нарича коефициент на електромеханична връзка k на електро-
динамичния микрофон:
k=Bl. (4.14)
5 Електроакустични преобраэуваиия
65
Поряди малките амплитуды,
с конто трепти трептящата сис-
тема на микрофона, се приема,
че A=const.
Индуцнрането е. д. н. Е
трябва да бъде постоянно за
целия номинален честотен об-
хват на микрофона. Това е въз-
можно само ако скоростта на
трептене и остава постоянна в
този честотен обхват.
Напрежението U, което мик-
рофонът създава върху товар-
ного съпротивление (на входа
на усилвателя), се определи по
формулата (фиг. 4.13)
р
(4Л5)
където Rt е изходното съпро-
тивление на микрофона.
Зависимостта на напрежение-
то U от честотата се нарича
електрическа товарна характе-
ристика на микрофона. От (4.15)
се установява, че електрическа-
та товарна характеристика на
електродинамичния микрофон с
подвижна бобина ще бъде рав-
номерна, защото U не завися
от честотата.
Долната граница на номи-
налния честотен обхват на тези
микрофони достига 80-i-lOOHz,
а горната граница е 12 0004-
15 000 Hz.
В областта на ниските и
средните честоти (до около 5000
Hz) електродинамичните микро-
фони с подвижна бобина, дейст-
вуващи като приемници на зву-
66
ково налягане, са ненасоченн. За по-високите честоти те стават
насочени.
Принципното устройство на електродинамичен микрофон с
подвижна бобина, действуващ като приемник на градиента на
звуковото налягане, е почти същото, както и на приемник на зву-
ково налягане. Разликата е само в това, че в корпуса на микро-
фона и в неговата магнитна система са направени отвори, през
конто проникват звукови вълни от тилната страна на микрофона
към неговата трептяща система. По принцип всеки микрофон на
звуково налягане може да стане микрофон на градиент на звуково
налягане, ако се пробият подходящи отвори в корпуса и магнит-
ната му система. Получаването на равномерна честотна характе-
ристика обаче изисква да се вземат специални мерки. Условието за
получаване на равномерна честотна характеристика при микро-
фоннте-приемници на градиент на звуковото налягане е входният
им механичен импеданс да нараства пропорционално на честота-
та. Такъв импеданс притежава всяка трептяща система за често-
ти, значително по-високи от резонансната й честота. Казва се, че
такава трептяща система се управлява от масата и нейният входен
импеданс е zM^2ntnf. Долната гранична честота на микрофона е
приблизително равна на резонансната честота на трептящата му
система. Диаграмата на насоченост има приблизително карди-
оцдна форма.
На фиг. 4.14 е показана конструкцията на съвременен микро-
фон с кардиоидна характеристика на насоченост, като са означе-
ни акустичните елементи на микрофона:
/им, См, — маса, гъвкавост на окачването и съпротивление
на загубите на мембраната;
с0 — гъвкавост на обема под мембраната;
mlt ri — маса и съпротивление на загубите в тръбата, през
която прониква задната звукова вълна;
т2, с2, г.2 — маса, гъвкавост и съпротивление на загубите на
резонатора, образуван в магнитната система;
/Из, Сд, г3 — маса, гъвкавост и съпротивление на загубите на
резонатора, образуван в корпуса на микрофона;
т4, с4, г4 — маса, гъвкавост и съпротивление на загубите на
резонатора, образуван под предната защитна ка-
пачка на микрофона;
ms, сБ, гь — маса, гъвкавост и съпротивление на загубите на
резонатора, образуван при задняя вход на микро-
фона.
За анализ на работата на микрофона и за определяне влиянието
на стделните елементи ьърхукпараметрите на микрофона се със-
С7
тавя неговата еквиватентна заместваща схема. Тя е дарена на
фиг. 4.15, като са запазени означенията на елементите от фиг.
4.14. Характерно за тази схема е, че тя има два входа, на конто
действуват двете звукови налягания pt и р2, но звуковото наляга-
Фкг. 4.15
не р., зависи от рА и геометричните размери на микрофона, по-
точно — от разстоянието d между предния и задняя микрофонен
вход или от отношението на d към скоростта на разпространение
на звука с. Показател за ефективността на преобразуването е
скоростта през мембраната на микрофона, тъй като звуковата бо-
бина е закрепена към нея, а от трептенето на звуковата бобина
в магнитного поле се индуцира напрежение.
Прави впечатление голямата дължина на тръбата в корпуса
на микрофона. Въздушният стълб в тази тръба се разтрептява от
мембраната на микрофона и масата на този стълб се прибавя към
динамичната трептяща маса на мембраната. При увеличаване
масата на трептящата система на микрофона се намалява резонанс-
ната му честота и се по/обрява преобразуването на сигналите с
ниска честота. Следователно при увеличаване дължината на тръ-
бата се постига по-ниска долна гранична честота на микрофона.
Освен това проннкналите през задняя акустичен вход звукови
вълни въздействуват на мембраната чрез въздушния обем в тръ-
бата, при което се получава известно закъснение. С масата на въз-
духа в тръбата и триенето при неговото трептене се образува ед-
но звено от m—г тип, което внася необходимого дефазиране на
задната звукова вълна и съдействува за получаване на необ-
ходимата пространствена характеристика на микрофона.
Възможно е задният акустичен вход да се реализира и на дру-
68
го място например към задняя край на капсула. Не е желателно
отворите да се реализират в средната част на корпуса, тъй като в
процеса на експлоатация миЯрофонът може да седържив ръка и
да се запушат отворите.
Фиг. 4.16
Произвежданият от българската промишленост микрофон
MA801N е с кардиоидна пространствена характеристика. Негб-
вите основнн параметри са:
номинален изходен импеданс
номинален честотен обхват
200zfc40 Q
40-i-16 000 Hz
чувствителноет
неравномерност на типовата честотна
характеристика
1 mV Ра
15 dB
допустимо отклонение на индивидуалните
характеристики от типовата =±2,5 dB
отношение фронт—тил (средно) 12 dB
препоръчван товар ^660 Q
маса ^0,125 kg
размери 040X158 mm
На фиг. 4.16 е показан външният вид на микрофона, а на фиг.
4.17 са дадени честотннте характеристики, измерени при 0 и 180°
за определен образец, от конто може да се определи разликата
фронт—тил.
В някои случаи се конструират микрофони с превключваема
характеристика на насоченост — със специален превключвател
се запушват или отпушват отворите, през конто проникват звуко-
вите вълни към задната страна на мембраната. В нашата страна
също се произвежда такъв микрофон — тип МДПН68, конто мо-
же да функционира като ненасочен или насочен с кардиоидна ха-
рактеристика на насоченост.
Към корпуса на някои микрс4они се монтира ключ за включва-
не и изключване на електрическата верига на микрофона.
Гроизвеждаъият от aECipi йсгата (}ирма AKG микрсфон тип
69
D 112 има кардиоидна характеристика на насоченост и следните
основни параметри:
изходен импеданс при 1000 Hz 210 fi
номинален честотен обхват 30-ь 17000 Hz
чувствителност 1,8 mV/Pa
препоръчван електрически товар ^600 Q
максимално допустимо ниво на звуковото налягане 168 Ра
(поради голямата стойност е определено по изчислителен път)
изводи — триполюсен съединител XLR
70
Неравомерността на честотната характеристика може да се от-
чете от фиг. 4.18. Крива 1 е снетатана 1т_от звуковия източник
честотна характеристика по оста, крива 2 — честотната характе-
ристика на 180°. С прекъсвана линия е означено изменението на
честотната характеристика по оста, ако микрофонът, се постави
на 10 ст от звуковия източник. Особено благоприятен е фактът,
че разликата между фронталната и тилната характеристики е
константна. Пространствената характеристика на този микрофон
е близка до кардиоидната в целия честотен обхват, като отклоне-
нието е по-голя'мо едва при 16 kHz.
Унгарското предприятие BEAG произвежда кардно.идния
микрофон тип MD231, със следните параметри:
изходен импеданс 200±40 Q
номинален честотен обхват 100-Т-15000 Hz
чувствителност 1 mV/Ра
отношение фронт—тил при 1000 Hz 13=t=2 dB
изводи — триполюсен съединител XLR
На фиг. 4.19 са показани типовете честотни характеристики
на микрофона при 0, 90 и 180° и характеристиката (означена с А),
снета при поставяне на микрофона близко до звукоизточника.
Вижда се, че микрофонът проявява достатъчна насоченост при
90" за целия честотен обхват. Допустимото отклонение на индиви-
дуалните характеристики от типовата е ±3,5 dB.
Лентови електродинамични микрофони. Те са разновидност
на микрофоните с подвижна бабина. Полюсните накрайници на
71
магнитната система са успоредни помежду си и между тях се поста-
вя тънка немагнитна метална лентичка (обикновено от алуминий),
която изпълнява функцията на звуковъзприемащ елемент (мем-
брана) и на проводник в магнитно поле (звукова бобина). Звуко-
Фиг. 4.20
вите вълни деиствуват ди-
ректно на лентичката и я
привеждат в трептене в маг-
нитного поле, в резултат на
което в нея се индуцира
е. д. н. Поради значителного
разстояние между.полюсните
накрайници индукцията В в
работната въздушна межди-
на е малка, дължината I на
проводника в магнитного по-
ле (лентичката) също е малка,
от което следва малка стой-
ност на коефипиента на елект-
ромеханична връзка k=Bl.
Връзката с товара се осъще-
ствява чрез трансформатор с
голямо преводно отношение.
Тези микрофони имат сравнително широк номинален честотен
обхват (40-5-16000 Hz) при малка неравномерност (4-j-8 dB) и
чувствителност 1ч-3 mV(Pa. В последно време лентовите микрофо-
ни намират ограничено приложение.
Кондензаторни (електростатични) микрофони. Принцмпът на
действие на кондензаторните микрофони се основава на зависи-
мостта на капацитета на плосък кондензатор от разстоянието между
неговите плочи. Принципната конструкция на кондензаторен
микрофон е дадена на фиг. 4.20. Масивният електрод 1 и тънкият
електрод 2, разделенн от изолаторната шайба 3 с дебелина а
образуват плосък кондензатор с капацитет Со. Електрическата
еквивалентна схема в отсъствие на звуково поле е дадена на фиг.
4.21 а. Малката дебелина на електрода 2 определи неговата .малка
маса и възможността му да трептн под влияние на действуващото
върху повърхността му звуково налягане р. Двата електрода на
кондензатора се свързват към полюсите на източник на постоян-
но напрежение Ео (нарича се поляризиращо) през товарно съпро-
тивление R, с много голяма ’стойност. Капацитетът Со е малък,
но времеконстантата т0=/?»С0 трябва да бъде достатъчно голяма,
така че да бъде изпълнено условието
xo—^tCq^>T№,
(4.16)
72
където Тн е периодът на акустичния сигнал с най-ннска честота,
който трябва да се преобразува от микрофона.
Като се включи кондензаторният микрофон към Ео, след вре-
ме (по-голямо от т0) той се зарежда през 7?т до напрежение Ео.
Фиг. 4.21
Върху електродите му се установява електрически заряд q0, опре-
делен от зависимостта
<70=C0£'0=const. (4.17)
При въздействие на звуково налягане р върху мембраната
(електрода 2) на микрофона тя започва да трепти. Разстоянието
между електродите 1 и 2 се променя — в такт със звуковото наляга-
не то се увеличава или намалява спрямо разстоянието а, което
съществува в отсъствие на звуково поле. Със същата закономерност
се измени и капацитетът между електродите 1 и 2. Между капаци-
тета С, електрическия заряд q и напрежението U на един кон-
дензатор съществува зависимостта q—CV. При промяна на капа-
цитета С трябва да се промени електрическият заряд q или напре-
жението U (или и двете величини заедно), така че да не се наруши
равенството. При кондензаторния микрофон промяната на капа-
цитета не може да доведе до промяна на q, тъй като времеконстан-
тата т0 е много голяма (по-голяма от периода Гн на акустичния
сигнал с най-ниска честота). Следователно трябва да се промени
напрежението, действуващо върху електродите 1 и 2. Това е екви-
валентно на поява на е. д. н. екато резултат от действието на зву-
ковото налягане.
Напрежението U~ върху товарного съпротивление Rr ще бъде
приблизително равно на е, ако R, е много по-голямо от съпротивле-
73
«пето на Со за най-ниската честота /н на номиналния честотен
обхват:
Ъ» 2к/иСв <418>
Неравенството (4.18) може да се удовлетвори само при много
големи стойности на RT — от порядъка на стотици Мй, защото
Со е много малък. Например при Со = 100 pF и />=30 Hz се полу-
чава
2к/нС0 2я.ЗО. 100.10-‘» ^50ма-
Вижда се, че за да се удовлетвори (4.18), е необходимо 7?» да
бъде поне 100 Мй. Входного съпротнвление 7?вху на усилвателя,
към който се включва микрофонът, трябва да бъде неколкократно
по-голямо от RT, т. е. трябва да бъде около 1000 Мй. Освен това
входният капацитет Свху на усилвателя трябва да бъде много
малък — поне 10 пъти по-малък от Со. В противен случай Свху
шунтира RT, тъй като е включен паралелно на него, както е по-
казано на фиг. 4.21 б с прекъсвана линия. Това би довело до нама-
ляване на напрежението върху Rr, т.е. до намаляване на чувстви-
телността на микрофона. Поради същите съображение не е жела-
телно кондензаторният микрофон да се свързва към усилвателя с
кабел, тъй като собственият капацитет на кабела ще увеличи Свху.
Изискванията за голямо RBK у и малък Свх у се удовлетворяват
най-добре, като непосредствено към корпуса на микрофона се
вгради лампов усилвател (катоден повторител) или транзисторен
усилвател, изпълнен с полеви транзистори (сорсов повторител).
Честотната характеристика на кондензаторните микрофони е
много равномерна — фиг. 4.22. В областта на резонансната често-
та /0 се получава повишаване на чувствителността и съответно
връх в честотната характеристика. Този връх може да се намали,
като се създаде Хелмхолцов резонатор пред мембраната на микро-
фона, за което се използува предпазната решетка. Честотната
характеристика, коригирана по този начин, има вида, даден на
фиг. 4.22 с прекъсвана линия.
Кондензаторните микрофони имат високи качествени показа-
тели. Освен равномерна честотна характеристика в широк номи-
нален честотен обхват те имат широк динамичен обхват, малки
нелинейни изкривявания, малки размери, стабилни параметри
и пр. Всичко това ги прави приложими за измервателни цели. В
този случай се използуват приемници на звуково налягане. Чес-
тотната им характеристика е равномерна от 20 Hz до 20-J-30 kHz.
74
Микрофоните с по-малки размери имат равномерна характеристика
до 40 kHz и повече (в ГДР се произвеждат измервателни микро-
фони с равномерна характеристика до 200 kHz). Произвеждат се
кондензаторни измервателни микрофони с равномерна честотна
характеристика, започваща от части от Hz (0,02 Hz). .
la-
dB
За предаване на музика и говор обикновено се използуват
комбинирани два кондензаторни микрофона — приемници на
градиент на звуково налягане (фиг. 4.23). Звуковото налягане
действува върху мембраните 2 и 2'. Всяка от мембраните чрез
каналите 3 в неподвижния електрод
предава звуковото налягане към вът-
решната страна на другата мембрана.
Поляризиращото напреженне Ео може
да се подаде на една от мембраните (на-
пример 2) и неподвижния корпус (/). В
този случай мембраната 2'. служи само
за предаване на звуковото налягане,
действуващо върху нея, към вътрешна-
та страна на мембраната 2. Диаграма-
та на насоченост на такъв микрофон
нма кардиоидна форма.
Ако се подаде поляризиращо напре-
жение и на мембраната 2', се получа-
ват два микрофона с кардиоидни диа-
Фиг. 4.23
75
грами. При синфазно свързване на тези два микрофона се полу-
чава кръгова обща диаграма на насоченост, а при противофазно
общата диаграма има формата на осмица. Високите качествени
показатели на кондензаторните микрофони-приемници на градиент
на звуковото налягане позволяват използуването нм за студийни
професионални цели. Честотната им характеристика от 30 до
20 000 Hz има неравномерност 6ч-10 dB.
Електретните микрофони по принцип на действие представля-
ват кондензаторни микрофони. При електретните микрофони не е
необходим външен източник на постоянно поляризиращо напре-
жение £0. Предварително единият от електродите е наелектризи-
ран и той трябва да запазва това си състояние продължително
време. Използуват се полимерии или керамични поляризиращи
се материали, конто се метализират и служат за неподвижен елек-
трод, конто осигурява и поляризиращото напрежение.
Предимството им да функционират без външен източник на
поляризиращо напрежение е значително и в последно време те се
налагат като битови микрофони. За това спомогна и създаването
на електретни материали, конто запазват на,електризираното си
състояние за повече от 100 години. Параметрите на електретните
микрофони не се различават от тези на кондензаторните.
Датската фирма „Briiel & Kjaer“, която произвежда' еталонни
кондензаторни микрофони за измервателни цели с изключително
високо качество, в последно време произвежда и кондензаторни
микрофони със същото качество, предназначени за звукозапис на
инструментални и вокални изпълнения. Препоръчват се за при-
ложение в студийни условия. Микрофонът тип 4003 има следннте
параметри:
номинален честотен обхват 20-5-20 000 Hz
неравномерност на честотната характеристика —2 dB
чувствителност на празен ход 50 mV/Pa
еквивалентно ниво на собствен шум 15 dB(A)
коефициент на хармонични изкрйвявания
при ниво 135 dB ^1 %
максимално допустимо ниво на звуковото
налягане 154 dB
маса 0,15 kg
размери 016x165 mm
Захранват се от допълнително устройство тип 2812 за постоян-
но напрежение 32 V, към което може да се включат 2 микрофона.
Този микрофон внася незначителни фазови изкривявания. На
фиг. 4.24 е показана типовата честотна характеристика на микро-
-7*
фона. Вижда се изключително равномерният ход на честотната
характеристика.
Реномираната в производство™ на микрофони австрнйска
фирма AKG произвежда ня колко типа кондензаторни микрофони.
la.|
dB
Фиг. 4.24
50 ТОО 200 500 1k 2k 5k
-5 -
’720
Типът C535 ЕВ e приемник на градиент за звуково налягане и
има следните параметри:
номинален честотен обхват 204-20 000 Hz
допустимо отклонение от типовата честот-
на характеристика —3 dB
чувствителност 9 mV/Pa
еквивалентно ниво на собствения шум (из-
мерено с филтър CCITT—С съгласно DIN
45405) ‘ 21 dB
характеристика на насоченост кардиоида
маса ' 0,3 Kg
коефициент на хармонични изкрнвявания
при 132 dB si %
размери 045x183 mm
захранване — фантомно, съгласно DIN 45596 9-4-52 V
На фиг. 4.25 а са показани честотните характеристики на
микрофона при 0 и 180°, от кбито може да се отчете отношението
фронт—тил. Към микрофона е вграден ключ за включване на
филтър с 12 dB/oct под 100 Hz или антенютор със затихване 14
dB, конто може да се комби ни ра с филтър с 6 dB/oct за честотите
под 500 Hz. Характеристиките с включване на съответния филтър
са дадени с прекъсвана линия на фиг. 4.25 а.
Типът С460В comb ,,ULS“ на същата фирма принадлежи към
ултралинейната серия. Пространствената му характеристика е
кардиоидна и има следните параметри:
номинален честотен обхват ,
. Г ьп Б Л » О’! Е К А
ЭИС1*НТ1 YEXHVwrooi
| И -1И-С о
204-20000 Hz
77
допустимо отклонение от типовата честотна
характеристика
чувствителност при 1000 Hz
номинален изходен импеданс
препоръчван входен импеданс на товара
+ 1 dB
7 mV/Ра
<J20 Й
>500 ft
Фиг. 4.25a
78
еквивалентно ниво на собствения шум
— измерено съгласно DIN 45405-С
— измерено съгласно МЕК 179-А
максимално ниво на звуковото налягане
за коефициент на хармонични изкривява-
ния 0,5% при товар 1000 Q
динамичен обхват
захранване — фантомно съгласно D1N 45596
консумиран ток
маса
размери
изводи — триполюсен^съединител тип XLR
17 dB.
14 dB
134 dB
120 dB(A)
от 9 до 52 V
mA
0,140 kg
021 X173 mm
lp,i
dB
+20
+ 10-
-30-———'-------j-----1------i----1_____।______- ।____.
20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 f Hr
<7
Фиг. 4.256
На фиг. 4.25 б e показана типовата честотна характеристика
при 0 и при 180°. Вижда се, че в обхвата от 200 до 5000 Hz разли-
ката фронт—тил е 20 dB, т.е. микрофонът преобразува с 10 пъти
по-малка ефективност постъпващите от задната му страна звуко-
ви сигнали.
Една новост в производството на микрофоните предлага фир-
мата AKG — дисков кондензаторен микрофон тип C562BL. Пред-
назначен е за монтиране върху равнинна повърхноет — стена,
таван и други подобии. Той е приемник на звуково налягане, т. е.
ненасочен микрофон. Пространствената му характеристика е полу-
сфера — чувствителността му почти не зависи от ъгъла, под който
падат звукови вълни, разбира се, за пространството от лицевата
му страна. Има следните параметри:
79
номинален частотен обхват (мэнтиран върху
неограничен повърхност) 20-ь20 ООО Hz
чувствителност при 1000 Hz (монтиран
върху повърхност 1,5X1,5 т) 20 । //Ра
максимално ниво иа звуковото налягане за
коефициент на хармонични изкривявания 0,5% 130 dB
отношение сигнал—шум относително за 1 Ра 78 dВ(А)
изходен импеданс при 1000 Hz 600 Q
препоръчван входен импеданс на товара 2000 Q
захранване — фантомно, съгласно DIN 45596 от 9 до 52 V
консумиран ток (приблизително) 2 mA
изводи — триполюсен съединител тип XLR
маса 0,95 Kg
размери 0160x7(9) mm
Осъществяването на стереофонични записи по принцип става,
като се използуват отделни микрофони за левия и десния канал,
а разположението им зависи от избраната система. При системата
XY е за предпочитане да се използува двойка микрофони в общ
корпус. При тези условия може да се разчита, че производителят
е комплектувал микрофони с идентични параметри, разбира се, в
определени граници. Микрофон за стереозапис тип С522 ENG пред-
лага фирмата AKG. Той е. кондензаторен приемник на градиент
на звуковото налягане. В един корпус са монтирани две микрофон-
ни системи под ъгъл ±45с спрямо оста (помежду си сключват ъгъл
90°), всяка от конто е с кардиоидна пространствена характеристи-
ка. Основните му параметри са:
номинален честотен обхват 20 — 20 000 Hz
допустимо отклонение от типовата честотна
характеристика —3 dB
чувствителност 10 mV/Pa
максимална разлика между нивата на чувстви-
телностите на двата канала * 2 dB
максимално ниво на звуковото налягане (за коефи-
циент на хармонични изкривявания 1% при 1000
Hz) 128 dB
отношение сигнал—шум при 1 Ра (съгласно
DIN 45590) 74 dB(A)
изходен импеданс при 1000 Hz <300 Й
препоръчван входен импеданс на товара s45OO й
захранване — вградена батерия или фантомно от 9 до 52 V
консумиран ток (приблизително) 1,5 mA
изводи — 5-полюсен съединител тип XLR
маса - । 0,3 kg
80
размери 052x215 mm
Типовата честотна характеристика на микрофона е дадена на фиг.
Пиезоелектрични микрофони. В природата се срещат кристали,
при кпито се проявява пиезоелектричен ефект. Той се състои в
L,
dB
Фиг. 4.26
това, че когато върху тънка пластинка от^кристала действува
механична сила F, върху двете страни на пластинката се появя'ват
равни по големина и противоположни по знак електрически заря-
ди (фиг. 4.27). Възникналите електрически заряди определят по-
тенниална разлика е0 между двете страни на пластинката. Такова
свойство притежават кварцът, сегнетовата сол, алуминиевият
фосфат, оловният нирконо-титанат и други кристали. Пластинки-
те от тези кристали трябва да се из-
работят по строго определен начин,
за да проявяват в максимална сте- F
пен пиезоелектричния ефект. За по- ♦♦♦♦♦♦!♦♦»« »л—°
лучаване на преобразувател генера- - ----------------„о
тор (приемник на звуково налягане)
е необходимо да се използуват две
еднакви пластинки и в зависимост от
взаимного им разположение да се из-
ведат изводи или от двете страни на получения биморфен елемент
(фиг. 4.28а), или от средата и свързаните накъсо външни страни
(фиг. 4.286). Допиращите се повърхности се метализират за по-доб-
ро контактуване. Външните повърхности сыцо се метализират и се
получава един кондензатор с диелектрик — кристалът. Потенци-
алната разлика, която се появява между електродите на кон-
дензатора, е пропорционална на електрическите заряди върху
б Електроакустични преобраэуваня я
81
тях. Зарядите от своя страна са пропорционални на действуваща-
та механична сиЛа. Спедователно между механичната сила F и
възникналата потенциална разлика, която е електродвижещото
напрежение е0, съществува пропорционална зависимост.
Фиг. 4.88
Напрежението, което се получава при единица деформация,
се нарича пиезоелектрична константа D. При предизвнкана де-
формация х и получено е.д.н. константата D се определи от
зависимостта
(4.Ю)
Установено е, че D зависи от конструкцията на биморфния
елемент. За биморфен елемент с правоъгълна форма с дъпжина I
и дебелина h, подложен на огъване, пиезоелектричната констан-
та е
D=k£, (4.20)
където k е коефициент на пропорнионалност, който зависи от
пиезоелектричния материал.
Коефициентите на електромеханична връзка kx и k2 за пиезо-
електричните микрофони са
*1 = ^2= • (4.21)
Кол кото D е по-голямо, толкова по-голямо е и полученото
е. д. н. е при дадена деформация х, т. е. толкова по-голяма е чув-
ствителността на микрофона. Следователно за увеличавапе на
чувствителността на микрофона трябва да се изработват пластин-
ки с малка дебелина h и голяма дъпжина I. За предпочнтане е да
се използуват материали с голям коефициент k. Дължината I е
82
(ограничена от общото увеличаване на размерите на микрофона,
с което се стеснява полезният честотен обхват за високите честоти.
Дебелината h не може да се направи много малка поради опасност
от счупване на пластипката, тъй като кристалите са много крехки.
Пиезоелектричните микрофони са аналогични на кондензаторнн-
те. Преди всичко коефициентът на електромеханична връзка е об-
ратнопропорционален на честотата. За получаване на честотноне-
зависима чувствителност е необходимо входният механичен импеданс
на микрофона да бъде обратнопропорционален на честотата. То-
ва се постига, когато резонансната честота на пластинката е мно-
го висока — по-висока от горната граница на полезная честотен
обхват на микрофона. Тези условия са аналогични на условията
при кондензаторните микрофони. За добро възпроизвеждане на
ниските честоти също е необходимо времеконстантата, определена
от произведение™ на капаиитета на пластинката и товарного съ-
противление на микрофона, да бъде по-голяма от периода на сиг-
нала с най-ниска честота. Поради големия капацитет, определен
от пиезоелектричната пластинка (около 10 пъти по-голям от този на
кондензаторните микрофони), тук условие™ (4.18) се изпълнява
по-лесно. Освен това може да се използува кабел, дълъг ня колко
метра, за връзка на микрофона с усилвателя, без да се намалява
чувствителността на микрофона.
За увеличаване на чувствителността на пиезоелектричните
микрофони твърде често се използуват мембранни конструкции —
фиг. 4.29. Площта на мембраната (/) SM е значително по-голяма
от площта на пиезоелемента (2) и силата F—pSM, приложена вър-
ху пиезоелемента, е по-голяма.
Първите пиезоелектрични
микрофони са били изработени
от сегнетова сол, която има
голяма пиезоелектрична кон-
станта и микрофоните се харак-
теризират с голяма чувствител-
ност. Тези микрофони прите-
жават и два основни недоста-
тъка. Кристалите на сегнетова-
та сол са силно хигроскопнчни. Фиг. 4.29
а след поглъщане на влага гу-
бят пиезоелектричните си свойства. Затова трябва да се вземат
мерки за предпазване на кристала от влагата. Освен това i ри
сталите на сегнетовата сол могат да се използуват в тесен т> м
пературен интервал — от —18fC до +22 С. Извън този обх а -
83
те губят пиезоелектричните си свойства, като при температури
над 4-45 С се разрушава кристаллита им структура.
В последно време се използуват пиеЗоелектрични микрофони
тт бариев титанат, конто запазват качествата си в температурен
интервал от —50°С до
1-100 С и не са хигроско-
пични. Те обаче имат по-
малка чувствителност, го-
ляма неравиомерност на
честотната характеристика
и голямо изходно съпро-
тивление.
Пиезоелектричните мик-
рофони са намерили ог-
Фиг. 4.30 раиичено приложение, и
то само за битови цели.
Електромагнитни микрофони. На фиг. 4.30 е показана прин-
пипната конструкции на електромагнитеп микрофон-приемник
на звуково налягане. Действието му се основава на промените на
магнитния поток през магнитопровода 3, вследствие иа което в
бобината 4 се индуцира е. д. н. е. Магнитът 2 предизвиква проти-
чаяе на определен магнитен поток Ф ирез мембраната /, магнито-
провода 3 и въздушната междина 5 между тях. Големнната на маг-
нитния поток се определи от магнитного съпротивление /?н, оказ-
вано от елементите на веригата, през която протича потокът. В
случая Rm се определи главно от съпротивлението на въздушната
междина 5, което е най-голямо. Ако се променя въздушната меж-
дина 5, се измени магнитного й съпротивление, а с това се измени
големнната на магнитнин поток Ф. При поставяне на електромаг-
нитния микрофон в звуково поле под действието на звуковото
налягане мембраната му се разтрептява и въздушната междина се
измени в такт с промените на звуковото налягане. Измени се и
магнитният поток Ф, появява се е. д. н. е.
Електромагнитните микрофони се използуват предимно за пре
даване на говор, т. е. те се разполагат близо до звуковия източ
ник (устата на говорещия). Идеалната честотна характеристика на
тези микрофони трябва да нараства със стойност 6 dB/oct при по-
вишаване на честотата. Обикновено номиналният им честотен об-
хват е от 300 до 3500 Hz при неравномерност Дс4 dB спрямо
правата със стръмност 6 dB/oct.
На фиг. 4.31 а е показана принципната конструкция на дифе-
ренциален електромагнитеп микрофон-приемник на градиента на
звуковото налягане. Той е съставен от два електромагнитни микро-
84
фона като показания на фиг. 4.30. В средата на магнитопроводите
3 има отвори 6, през конто звуковите вълни достигат до двете
страна на мембраната. Двете бобина 4 са свързанн последователи©.
Извън звуковото поле мембраната се намира в неутрално поло-
жение и при еднаквост на двата микрофона магнитните потопи
Фг и Ф2 през нея са равна по големина и с противоположна посо-
ки. В резултат на това постоянният магнитен поток е равен на
нула. През мембраната протича само променливият магнитен
поток. Това позволява тя да бъде с малка дебелина. При поставяне
на микрофона в звуково поле мембраната му се разтрептява, маг-
нитните потопи Ф, и Ф2 се изменят в такт със звуковото поле и във
всяка от бобините 4 се индуцират е. д. н., конто са синфазни по-
между си.
Диференциален електромагнитсн микрофон тип ДЕМШ-1А
се произвежда от съветската промишленост. Той е с малки размери
— диаметър 23 trm и дебелина 11 mm. Предназначен е за предава-
не на говор. За избягване на големите нелииейнн изкривявання.
85
конто се пр оявяват като хрнпове, микрофонът трябва да се поста-
вя на 204-25 mm от устата, но малко встрани от средата й. Меха-
ничният резонанс на системата е около 2500 Hz, но с допълнителни
акустични корекцни се постига горна граница на полезния често-
тен обхват от 3500 до 5000 Hz. Долната граница на обхвата е
2504-300 Hz. Неравномерността на честотната му характеристи-
ка е по-малка от =оЗ dB спрямо правата с наклон 6 dB/oct. Чувст-
вителността му е 1 mV'Pa. Микрофоните ДЕМШ може да се из-
ползуват и в условия на високо ниво на околния шум — 115 dB.
Типовата честотна характеристика на ДЕМШ-1А е дадена на
фиг. 4.316.
Изходният импеданс на електромагнитните микрофони е от
200 до 1000 Q.
Транзисторни микрофони. Към центъра на една мембрана
се закрепва сапфирена игла, чийто.връх допира емитера на един
транзистор от плоскостей тип. Под действие на звуковите вълни
мембраната се разтрептява и сапфирената игла оказва променли-
во налягане върху емитера на транзистора, с което изм:яя съпро -
тивлението на емитерния преход на транзистора. С това се измен я
и протичащият ток във веригата емитер — колектор, т. е. в изход-
ната верига па транзистора. По такъв начин звуковото налягане
управлява колекторния ток на транзистора и в колекторния товар
се получава променливо напреженне, пропорцйонално на звуко-
вото налягане. Действието на налягането на иглата върху емитер-
ния преход е еквивалептно на действието на електрическо напре-
жение между базата и емитера на транзистора. Поради това тран-
зисторният микрофон не само преобразува акустичните сигнали в
електрически, но и усилва получените електрически сигнали.
4.4. ИЗМЕРВАНЕ НАОСНОВНИТЕ ПАРАМЕТРИ НА МИКРОФОНИТЕ
В практиката често се налага сравняване на различии видо-
ве микрофони. То има смисъл само ако параметрите на сравнява-
ните микрофони са измерени при еднакви условия и по един и
същи методи. Този въпрос е принципен и се отнася за всички из-
делия — при определяне параметрите на дадено изделие задъл-
жително трябва да се определят условията и методите за измерване-
то им. При измерване на параметрите на микрофоните трябва да
се знаят условията и методът за измерване и изискванията към
измервателната апаратура. С цел да се избяггат разногласията
по тези въпрсси те се решават с международни и национални
стандарти.
86
Условия за измерване. Възприето е микрофоните да се из-
мерват при нормални клнматични условия:
— температура на околната среда 25—10°С;
— относителна влажност на въздуха 60—15%;
— атмосферно налягане — 96—10 kPa.
Акустичните измервания на микрофоните се провеждат в усло-
вията на свободно звуково поле. То сё характеризира с това, че
при отдалечаване от сферичензвуков източник звуковото налягане
намалява обратнопропорцнонално на разстоянието. Това озна-
чава звуковото налягане във всяка точка на звуковото поле да се
създава само от разпространението на директната звукова вълна.
Стразени звукови вълни не трябва да сыцествуват. Следователно
свободно звуково поле може да съществува в пространството, в
което не същсствуват прегради, или ако съществуват, прегради-
те трябва да поглъщат цялата енергия на падащите върху тях
звукови вълни. Използуването на открити пространства за из-
мерване на микрофоните е свързано с редина изисквания към
измерителния полигон: земята не трябва да отразява звуковите
вълни; близо до мястото на измерванкята не трябва да има обекти,
конто отразяват звуковите вълни; не трябва да има източници
на какъвто и да е звук или шум; атмосферните условия да бъдат
благоприятни за провеждане на измерването — да не духа, да не
вали и пр. Твърде трудно е да се удовлетворяват тези изисквания
одновременно и почти постоянно.
По-лесно, макар и с цената на значителни средства, могат
да се създадат условия за съществуване на свободно звуково поле
в закрити помещения. За целта ограждащите стени се облицоват
със звукопоглъщащ материал. Обикновено се използуват нареде-
ни един до друг клинове от стъклена вата с дължина около i т.
Такива помещения се наричат звукозаглушени (безехови) камера.
Трябва да се има предвид, че пространството в звукозаглушените
камери не отговаря напълно на изискванията за свободно звуково
поле. Звукопоглъщащата облицовка отразява част от падащата
върху нея звукова енергия. В резултат на това изменението на
звуковото налягане в камерата, създавано от сферичен звуко-
източник, не е точно обратнопропорцнонално на разстоянието г.
Разбира се, отклопенията не бнва да са много големи. В стандартн-
те се определят допустимте отклонения, в рамките на конто може
да се приеме, че пространството в камерата представлява свобод-
но звуково поле за разпространяващите се в него звукови вълни.
По-трудно се реализират условията за свободно звуково поле за
ниските честоти. Затова при тези честоти стандартът допуска по-
год ем и отклонения.
87
г Към условията за измерване се отнася и разстоянието, на което
трябва да се постави микрофонът от звуковия източник. Обикно-
вено за звуков източник се нзползува електродинамичен високо-
говорител с конусна мембрана, който близо до себе си създава
сферична звукова вълна. Параметрите на микрофоните се измер-
ват в условия на разпространяваща се равнинна звукова вълна.
На разстояние, по-голямо от половината дължина на разпростра-
няващата се сферична звукова вълна, тя може да се разглежда
като равнинна. Следователно разстоянието между' микрофона и
звуковия източник се определи от дължината на вълната X при
най-ниската честота, за която ще се провежда измерването, като
<4-22>
За измервания при 50 Hz трябва r^3,4 т. Освен това раз-
стоянието между микрофона и звукопоглъщащата облицовка и
между звуковия източник и облицовката трябва да бъде 1,5—2 гл.
Като се вземе предвид и дебелината на звукопоглъщащата обли-
цовка, се получава, че общата дължина на камерата трябва да
бъде 8—10 ш.
Изискванията към измервателната апаратура ще бъдат посо-
чени одновременно с методите на измерване.
Определяне на осовата чувствителност на микрофона в
свободно звуково поле. Съгласно дефнницията Ао се определи
като отношение на е. д. н. Ео на изхода на микрофона и звуково-
то налягане р, което действува на акустичния вход на микрофо-
на за определена честота f. Обикновено се приема /=1000 Hz.
Следователно за определяне на Ло е необходимо да се измерят
Ео и р. Ео се измерва с електронен волтметър. Изискванията към
него са: да има голямо входно съпротивление за честотата f — по-
не 20 пъти по-голямо от номиналното товарно съпротивление на
измервания микрофон; грешката от измерването да не превишава
3%. Звуковото налягане р, което съществува в мястото на измер-
вания микрофон преди поставянето му, трябва да се измерн с ета-
лонен измервателен микрофон, чиято чувствителност в свободно
звуково поле е известна предварително. Обикновено се използуват
кондензаторни микрофони. Фирмата производител еталоннра чув-
ствителността им. Освен това съществува възможност (посредст-
вом еталонни източници на звук) да се проверява чувствителността
на измер вателните микрофони в процеса на експлоатация. Към
тези микрофони се предявяват следните изискавния: чувстви-
телността им да не се изменя с повече от =t0,5 dB н гранлците
88
на нормалните климатични условия; да бъдат с малки размери,
за да не изкривяват звуковото поле.
Звуковото налягане р се създава от високоговорнтел, захран-
ван от тонгенератор и усилвател. Изискванията към тонгенераторз
Фиг. 4.32
са: стабилност на генераторната честота; точност на отчнтане на
честотата от скалата —(0,01 f+2) Hz; нивото на шумовете на из-
хода му да бъде поне с 60 dB по-ниско от нийото на сигнала. Усил-
вателят трябва да внася малки нелинейни изкривявания; да има
изход с малко съпротивление, така че високоговорителят да може
да се включва към него; да 'може да отдава на високоговорителя
необходимата за създаване на звуковото налягане р електрическа
мощност. Високоговорителят трябва да създава в мястото на из-
мервания микрофон равнинна звукова вълна, а нелинейните му
изкривявания да са малки. Разстоянието а между измервания и
еталонния микрофон трябва да бъде достатъчно малко (по-малко
от 20 ст), за да може да се приеме, че звуковото налягане в точки-
те на поставянето им е еднакво.
Измерването се провежда в звукозаглушена камера.
На фиг. 4.32 е дадена блоковата схема за определяне на чувст-
вителността на микрофоните в свободно звуково поле.
Определяне на честотната характеристика на микрофона. Тя
може да се определи, като за всяка честота от номинал ни я честотен
обхват или за определена поредица от честоти се определи чувст-
вителността на микрофона.' Изискванията към апаратурата са
същите, както посочените по-горе. Те трябва да се удовлетворя-
ват за целия обхват, в който се провеждат измерванията.
Съществува апаратура за автоматично снемане на честотните
характеристики на микрофоните. На фиг. 4.33 е показана честот-
89
ната характеристика на микрофон, снета чрез непрекъснато авто-
матично записване върху бланка.
От честотната характеристика (фиг. 4.33) при зададена неравно-
мерност М може да се определи ефективният (полезният) честотен
i-AQl
С1В '
обхват на микрофона, съответно долната fu и горната fB гранична
честота на този обхват. При зададен номинален честотен обхват с
долиа А,н и горна /вн гранична честота може да се определи
вера г номер ността Ми в този обхват.
Честотната характеристика може да се нзползува за определя-
не на средната чувствителност на микрофона в даден честотен
обхват. Ако честотният обхват, в който се осреднява, е номинал-
ният, чувствителността се нарича характеристична.
Определяне на отношението фронт—тил. Обикновено се сне-
мат честотните характеристики на микрофона за фронт и тил, т. е.
при 0 и 180°. Двете честотни характеристики се записват върху
една и съща бланка. Това дава възможност да се отчете отношение-
то фронт—тнл за всяка честота от номиналния честотен обхват на
микрофона. Тъй като върху бланката директно се записва нивото
на чувствителността при 0 и 180°, за всяка честота може да се опре-
дели разликата фронт—тил, изразена в dB.
На фиг. 4.34 са дадени честотните характеристики на микро-
фон тип МДПН-68, снети при 0 и 180°.
Нелинейните изкривявания на микрофоннте са много малки
и много трудно се измерват. Обикновено в практнката не се кон-
тролират.
4.5 ДОПЪЛНИТЕЛНИ МИКРОФОННИ СЪОРЪЖЕНИЯ
Микрофонни съединители (изводи). Свързването на микро-
фоните към апаратурата (усилвателите) се осъществява със съе-
динители (куллунги). Не са редки случайте, когато микрофонът
се включва към някакъв усилвател, но на входа на усилвателя не
постъпва сигнал. Обикновено причината е в различната схема на
евързване на изводите на микрофона към неговия съединител и
на входа на усилвателя към неговия съединител. Съществуват
стандарти, но за съжаление те са различии. Редно е всички стра-
на да приведат стандартизациоцните си документа, определящи
изйскванията за евързване на апаратурата към съединители, в
съответствие с препоръките (стапдартите) на /Междупародната
електротехническа комисия (МЕК). Съгласно МЕК 268—14В три-
полюсните и петполюсните съединители се означават с XLR и
свързването на микрофоннте към тях трябва да става по следния
начин:
— триполюсен съединител- XLR (фиг. 4.35 а):
1 — корпус (маса);
2 — сигнал (inphase);
3 — сигнал (return).
— петполюсен съединител XLR (нзползува се главно при сте-
ресмикрофоните — фиг. 4.35 б):
1 — корпус (маса);
91
2 — сигнал (inphase)}
3 — сигнал (return) J
4 — сигнал (inphase)}
5 — сигнал (return) J
I канал;
II канал.
об 6 г
Ф иг. 4.35
Согласно изискванията на DIN 41524 и МЕК 130—9 свързва-
нето към триполюсен съединител DIN, който се използува глав-
но за микрофони (фиг. 4.35 в), трябва да става во средняя начин:
1 — сигнал;
2 — корпус (маса);
3 — сигнал.
Съгласно изискванията на D1N 45327 и МЕК 130—9 свързване-
то към петполюсен съединител, който се използува главно за слу-
шалки (фиг. 4.35 г), трябва да става по следния начин:
1 — корпус (маса);
2 — сигнал на левия канал (return);
3 — сигнал на десния канал (return);
92
Фиг. 4 .36
Фиг. 4.38
4 — сигнал на левия канал (inphase);
5 — сигнал на десння канал (inphase).
Свързването към съединител тип жак (фиг. 4.35 5) трябва да
става по следния начин:
93
— моножак: / — корпус (маса), 2 — сигнал;
— стереожак: / — корпус (маса), 2 ~ сигнал на десния канал,
3 — сигнал на левия канал.
Съгласно изискванията на БДС 5471—84 изводите на микро-
фоните се свързват към щепселни съединители, както е показана
Фиг. 4.39
на фиг. 4.36, като погледът къмсъединителя е от страната на щифто-
вете. Свързването се осъществява в зависимост от стойността на
изходния импеданс на микрофона, като последователно на фигура-
ха са дадени следните случаи: N — симетричен с малък импеданс,
L —асиметричен с малък импеданс, SN—симетричен стереофоничен
с малък импеданс, М — монсфоничсн със среден по стойност импе-
данс, SM — стереофоничен със среден по стойност импеданс, Н —
монофоничен с голям импеданс, SH — стереофоничен с голям
импеданс, HL — с голям и с малък импеданс. Върху корпуса на
българските микрофони тип МД74 и МД71 е вграден ключ за външ-
на електрическа верига. Свързването за тези микрофони е показа-
но на фиг. 4.37.
94
Захранващи устройства. Кондензаторните микрофони се
захранват чрез фантомни вериги, както е показано на фиг. 4.38:
— през средна точка на входния трансформатор на усилвате-
ля с общ резистор Rv;
— през два резистора, образуващи изкуствена средна точка
на входния трансформатор. Резисторите трябва да бъдат с много
малък толеранс (1%). Стойността им зависи от големнната на
захранващото напрежение, например при 12 V резпсторът Rv=
=680 Й, при 48 V — Я„=6800 й;
— чрез допълнително устройство, осигуряващо необходимого
захранващо напрежение.
Стойки за микрофони. Нашата промишленост предлага за
закрепване на микрофоннте стойка за под с напречно рамо тип
СПРС-01 и стойка за маса тип СМ-01, показанн на фиг. 4.39.
Глава пета
ВИСОКОГОВОРИТЕЛИ
5.1. ОБЩИ СВЕДЕНИЯ
Високоговорителите са електроакустичип преобразуватели,
конто могат да преобразуват годадената на входа електрическа
енергия в механична енергия на звуковото поле, т. е. в акустична
енергия. Те са такива устройства, в конто възникват механични
трептения като резултат от въздействието на електрическн трепте-
ния на входа им. Следователно високоговорителите са електро-
механични преобразуватели от двигателей тип.
Съгласно определението, дадено в препоръките на МЕК, висо-
коговорителят е електроакустичен преобразувател, позволяващ
да се получат акустични трептения в резултат на въздействието
на електрическн сигнал и предназначен да излъчва в пространство-
то акустична мощкост в областта на честотите от звуковия спектър.
Високоговорителите възпроизвеждат звуково определена му-
зикална или говорна картина, която съществува като електричес-
ки сигнал. Те трябва да възпроизвеждат съответната картина без
изкривявания, т. е. напълно вярно да повторят звуково онова,
което им се подава като електрическн сигнал. Това изискване е
95
твърде високо, твърде строго. Обикновено електрическият сигнал
<е възникнал като резултат от въздействието на определена съв-
купност от източници на акустични сигнали, например оркестър,
включващ определен брой музикални инструмент!!. Цялата тази
картина трябва да се възпроизведе от един единствен внсокогово-
рител.
Приложението на високоговорителите е твърде разнообразно
— вграждат се в радноприемни устройства, в телевизионни при-
емници, използуват се за създаване на по-сложни акустични пре-
образуватели, като например озвучителни тела.
5.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИЛОЖЕНИЕ НА ВИСОКОГОВОРИТЕЛИТЕ
Сыцествуват различии начини, основаващи се на различии
физични закономерности, за преобразуване на електрическата
енергия в механична. По-точно казано, сыцествуват различии
начнни за възникване на механичната сила, която привежда в
движение механичната трептяща система на високоговорителя.
В зависимост от начина на преобразуване на електрическите треп-
тення в механични, от взаимоденствието, в резултат на което
възниква механичната сила, високоговорителите се класифицират,
както следва:
Електромагнитни високоговорители — функционирането им се
основава на промените на магнитного съпротивление на една маг-
нитна верига. Механичната сила възниква в резултат на взаимо-
действието на магнитного поле, създавано от протичането на про-
менлив ток през бобината (намотката) на един електромагнит, с
една метална пластинка, наричана котва, която оказва малко
съпротивление на магнитния поток. Протичащият през намотка-
та ток е носител на информацията, на която трябва да съответ-
ствува създаваното звуково поле.
Електродинамични високоговорители — функционирането им
се основава на движение™ на проводник или бобина, здраво свър-
зани с една мембрана, през който протича променлив ток, в пос-
тоянно магнитно поле. Механичната сила възниква в резултат
на взаимодействие™ на постоянного магнитно поле с протичащия
през проводника електрически той, носител на информацията, на
която трябва да съответствува създаваното звуково поле.
Електростатични високоговорители — функционирането им се
основава на електростатични сили. Механичната сила възниква в
резултат на електродинамичното взаимодействие между електри-
чески заряди, съществуващи върху плочите на един кондензатор.
96
По принцип тази силае Кулонова сила. Количество™ на електри-
ческите заряди върху плочите на кондензатора се определи от
големината на електрическото напрежение, носител на информа-
цията, на която трябва да съответствува създаваното звуково поле.
/7иезоелектрически високоговорители — функционирането им
се основава на пиезоелектрическите свойства на даден материал.
Механичната сила възниква в резултат на обратния пиезоелектри-
чески ефект — приложено™ електрическо напрежение върху
материала предизвиква механично напрежение в него или измене-
ние на геометричните му размери. Приложено™ върху материала
електрическо напрежение е носител на информацията, на която
трябва да съответствува създаваното звуково поле.
Термойонни' високоговорители — функционирането им се ос-
новава на взаимодействие™ между йонизирана плазма и обкръ-
жаващия я въздух. Механичната сила възниква в резултат на
взаимодействие™ между ионите на йонизиран въздух и високо-
честотно електрическо поле, създавано от амплитудно модулира-
ни сигнали. Модулиращият сигнал е носител на информацията,
на която трябва да съответствува създаваното звуково поле.
В зависимост от начина, по който се осыцествява връзката
между трептящата система на високоговорителя и пространство-
то, в което се възбужда (създава) звуково поле, високоговорите-
лите се класифицират, както следва:
— високоговорители с директив излъчване. Трептящата система
на тези високоговорители е свързана непосредствено с простран-
ство™, в което се възбужда звуковото поле, или трептящата сис-
тема се намира в самого звуково поле;
— рупорни високоговорители. Трептящата система на тези
високоговорители е свързана с пространството, в което се въз-
бужда звуковото поле' посредством акустичен рупор.
5.3. ГЕОМЕТРИЧНИ ПАРАМЕТРИ НА ЕЛЕКТРОДИНАМИЧНИТЕ
ВИСОКОГОВОРИТЕЛИ
Основните технически параметри на високоговорителите са
свързани с определен!! специфични геометрични понятия, конто
ще бъдат пояснени, преди да се дефинират самите параметри.
Лзлъчващият отвор на високоговорителите е частта от равни-
ната, минаваща през точките, в конто трептящата система е закре-
пена (залепена) към носещия я корпус, заградена от тези точки.
При рупорните високоговорители излъчващ отвор е отворът
на самия рупор.
Т Електроакустячии преобразувателя
97
Следователно излъчващият отвор ечастта от раввината, в коя-
то се осъществява връзката между излъчващия високоговорител
и звуковото папе.
Работният център на високоговорнтелите е точката, от кон-
то се измерва разстоянието от впсокоговорптеля до нзмервателния
микрофон или до слушателя. Посочва се от производителя или се
приема геометричният център на симетрня на излъчващия отвор
на високоговорителя.
Работната ос на високоговорнтелите е правата. която минава
през работния център на високоговорителя в направление на пре-
имущественото му йзлъчване. НапраВлението на работната ос се
определи от производителя пли се приема да съвпада с направле-
ниёто на перпендикуляра към равнината, в която се намира из-
лъчващият отвор.
5.4. ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ХАРАКТЕРИСТИКИ
НА ВИСОКОГОВОРНТЕЛИТЕ
Високоговорителите като преобразуватели двигатели имат
електрически вход и акустичен изход. Във връзка с това техрнчес-
ките им параметри се подразделят на входни и изходни. Входните
параметри характеризират преобразуватели като консуматор на
електрическа енергия и се наричат електрически характеристики.
Пълно входно електрическо съпротивление (входен електричес-
ки импеданс) Z вх на
всички консуматори
вх
ГВх
иВх
високоговорнтелите. Определи се както при
на електрическа енергия като отношение на
прнложеното към високоговорителя елект-
рическо напреженне към протичащия
през него електрически ток/вх:
7 _
/ ^ВХ — г
'вх
(5-1)
На фиг. 5.1 е показан високоговорител
и са означени входного напреженне Urx и
входният ток /вх.
Входният електрически импеданс
преобразувателите двигатели вннаги е
стотнозависим, защото се определи от
педанса на електрическата част на преобразуватели, който в по-
малка или по-голяма стелен е честотнозависим, и от влиянието,
което оказва механичният изход на преобразователя, върху него-
Фиг. 5.1
На
че-
нм-
вия електрически вход, което е също честотнозависимо.
98
Зависимостта на входния импеданс от честотата се нарича им-
педонсна характеристика на впсокореворителя.
Номиналното пълно входно електрнческо съпротивлеиие (но-
мнналният входен импеданс) естойността на активного съпротпвле-
ние, с гсето се замества гисскогсЕсрптелят при измерване на елек-
трическата мсщнсст, която той черпи от захранващия го източник.
Стойкое гта на номиналния импеданс навсеки конкретен тип високо-
говорител се посочва от производителя. Номиналният импеданс
на електродинампчните високоговорители се определи като мини-
малната стойност на модула на пълното им електрнческо съпротив-
ление в честотния обхват над честотата на основния резонанс на
преобразувателя. Измерените стойкости на модула на входния
импеданс на високоговорнтелите за която и да е честота не трябва
да бъдат по-малки от 80% от обявената стойност на номиналния
импеданс. Номиналният импеданс на електроакустичните преоб-
разувателн от двигателей тип е твърде важен техен параметър.
Той не с качествен показател, неговата стойност не определи ка-
чествата на преобразувателя. Номиналният импеданс е важен
съгласуващ параметър. При избор на усилвател, с който ще се
захранва даден високоговорител, задължително [трябва да се има
предвид както стойността на номиналния импеданс на високогово-
рителя, така и видът на неговата честотна характеристика. При
консумиране на усилватели на^мощност също трябва да се взема
предвид честотната характеристика на импеданса_на високогово-
рителя. —' ‘ »
Честотната характеристика на модула на входния импеданс
на електродинамичен вгеокоговорнтел с директно излъчване има
вида, даден на фиг. 5.2. Вижда се, че стойността на входния импе-
99
дане в областта на резонансната честота на високоговорителя и в
областта на високите честоти е значително по-голяма от стойност-
та на номиналния му импеданс.
В последно време придобива известно значение и стойността
на активното съпротивление на високоговорителя (съпротивле-
нието му за постоянен ток). Това е евързано със създаването на
усилватели с директяа (безтрансформаторна) връзка с товара, при
което не се нзползува разделителен кондензатор.
Резонансна честота. По принцип тя не е електрическн параме-
тър, тъй като при тази честота настъпва резонанс в механичната
трептяща система на високоговорителя, но за механичния резо-
нанс се съди по големнната на електрическите величини. Честота-
та, при която модулът на входния импеданс при възходящо из-
менение на честотата получава своя първи максимум, с резонанс-
ната честота на елекгродинамичния високоговорител. Тя зависи
от параметрите маса т и гъвкавост с на трептящата му система:
/о=-тЦ=- (5.2)
2- у/пс
Качествен фактор. Това е числото, което показва колко пъти
реактивною съпротивление па елементите на трептящата система
при резонанс е по-голямо от съпротивлението на активпите загу-
би. Определи се от зависимостта
= (5.3а)
Г Д С Г й)0 СГ ' '
В (5.3а) с г е означено съпротивлението на общите механични
загуби в трептящата система на високоговорителя, включващо
механичните загуби на трептящата система и внесените активни
загуби. Поради това така определеният качествен фактор се на-
рича пълен или тотален. Освен този качествен фактор се дефинират
още два качественн фактора, зависещи от различннте по характер
активни загуби. Качественият фактор, обусловен от загубите в
механичните елементи на трептящата система на високоговорителя,
се нарича механичен качествен фактор Нарича се още качествен
фактор при отсъствие на ток в електрическата верига на внеоко-
говорителя. Той определи поведението на трептящата система при
прекъсната електрическа верига на високоговорителя. Качест-
веният фактор, обусловен от породения от противоелектродвижеща-
та сила ток в електрическата верига на високоговорителя, се на-
рича електрическн качествен фактор на високоговорителя. В
действителност този качествен фактор се обуславя от внесените
загуби от електрическата в механичната страна на високоговорите-
100
ля. Ако са известии поотделно загубите в механичните елементи
на трептящата система и внесените загуби, частните (мехапичният
и елекУрическият) качествени фактори се определят от зависимос-
тите
шпт 1 _ 1 I т
гън косгви гвн \ с
(5.36)
(5.3в)
Пълният качествен фактор <?т може да се определи чрез меха-
ничния Q„ и електрическия Qe качествен фактор от зависимостта
Qr~ QM+Qe
(5.3г)
Електрическа мощност. Тя е еквивалентна на мощността, коя-
то се разсейва върху резистор, чисто съпротивление е равно по
стойност на модула на номиналния импеданс ZIIOM на високогово-
рителя при напрежение, равно на напрежейието на входните кле-
ми на високоговорителя. Тя се определи от зависимостта
(5-4)
| ном|
Номиналният импеданс на високоговорителите почти не съдър-
жа реактивна съставка, така че използуването на модул в израза
(5.4) е продиктувано по-скоро от съображения за принципност.
Паспортна мощност. Тя характеризира топлинната устойчи-
вост и механичната здравина на високоговорителите. Определи
се от производителя в резултат на продължителни (100 h) изпитва-
ния с помощта на шумов сигнал, съответствуващ по спектрална
плътност на средната статистична плътност на музикалните и говор-
ните програми. След изпитването високоговорителят трябва да
запази своите електрическн качества и механична цялост и да не
проявява ефекти на звънтене, хриптене и др., конто пречат на
нормалното му функциониране. Ефективната стойност на мощ-
ността на шумовия сигнал, която високоговорителят все още из-
държа, е неговата паспортна мощност.
Номинална мощност. Тя се определя и обявява от произво-
дителя с оглед на предназначепието му в експлоатанията. Това
понятие е свързано с възмож пости те на електроакустичния пре-
образовател да възпроизвежда продължително време музика и
говор. Номиналната мощност на високоговорителя се дефинира
101
като мощност, равна на поминалната изходна мощност на усилва-
теля, с който високоговорителят може да работи продължнтелно
време, без да час ihhht в него електрически или механични повреди.
Максимална синусоидна мощност. Това е електрическата
мощност на синусоиден сигнале чсстбт°, съдържаща се в номинал-
ния честотен обхеат, която високоговорителят или озву штелното
тяло може да издържи продължнтелно време, без да настъпят
електрически пли механични повреди. Тази мощност може да има
различии стойкости в отделяйте подобхвати от номиналния чбето-
теп обхват па .лектроакустичния преобразувател двпгател. Не-
зависимо от честотнйя обхват, за който се отнася, максималният
синусоиден сигнал се определи от зависимостта
тях — тах|2ном| (5.5)
Музикална мощност. Тя характеризира янскочестотните
високоговорители. Определи се като максимална синусоидна мощ-
ност, която високоговорителят може да издържи за кратко време
(не повече от 2 s) в частта от номиналния честотен обхват под 250
Hz.
сРаботна мощност. Тя е електрическа мощност, подадена на
входа на елсктроакустичния преобразувател, под чисто действие
той създава звуково налягане с определена стойност на определено
разстояние от работния си център по работната си ос. Измерване-
то на някои параметри, а също и никои изпитвания на електро-
акустичнп преобразувателя, се извършва при работната им мощ-
ност. Работната мощност има различна стойност не само за високо-
говорителите от различен тип, но и за отделимте образца от един
и същи тип.
Максимална дълговременна мощност. Тя е електрическа
мощное! на специален шумов сигнал в определен честотен обхват,
която високоговорителят издържа, без да настъпят необратима
механични повреди при режим 1 min въздействие на електричес-
кия сигнал и 2 min изключено състояние. Това въздействие се
повтаря в 10 цикъла. Максималната дълговременна мощност ви-
наги е по-голяма от паспортната мощност на високоговорителя.
Л1аксимална кратковременна мощност. Тя е електрическа
мощност на специален шумов сигнал в определен честотен обхват,
която високоговорителят издържа, без да -настъпят необратими
механични повреди при режим 1 s въздействие на електрическия
сигнал и 1 min изключено състояние. Това въздействие се повтаря
в 60 цикъла. Тази мощност е сходна на максималната дълговремен-
на мощност, различен е само режимът на въздействие на подава-
ния сигнал, като тук той е значително по-лек. Максималната крат-
102
«современна мощност е по-голяма не само от паспортната мощност,
но и от максималната дъл’гсвременна мощност.
Еквивалентен обем на високоговорителя. Той е затвореният
обем въздух, чиято акустнчна гъвкавост е равна на акустичната
гъвкавост на окачването на трептящата система на внсокоговорите-
ля. Има се предвид, че този обем въздух се възбужда от разглеж-
дания високоговорител или от друг, който има същата звукоиз-
лъчваща повърхност.
5.5. ЕЛЕКТРОАКУСТИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ
НА ВИСОКОГОВОРИТЕЛИТЕ
Електроакустичните характеристики определят електроакус-
тичния преобразувател двигател като източник на звуково поле и
се наричат негови изходни характеристики. Някои от тях опре-
делят връзката между изходна и входна величина.
Честотна характеристика на звуковото налягане. Това е
зависимостта па създаваното бт високоговорителя звуково на-
лягане от честотата в точка, намираща се на определено разсто-
яние от работния му център при поддържане на постоянно напре-
жение на.входните клеми на високоговорителя. Обикновено честот-
ната характеристика се определи по направление™ на работната
ос, но за редина допълнителни изеледвания на високоговорители-
те се определя честотната им характеристика и по направление,
сключващо определен ъгъл с работната ос. Честотната характе-
ристика на високоговорителите се определя с помощта на синусо-
иден или шумов сигнал в пространството, в което са изпълнени
изискванията за съществуване на свободно звуково поле. Върху
клемите на високоговорителя се поддържа постоянно по стойност
входно напрежение или постоянен по стойност входен ток. Консу-
мираната мощност за двата случая се олоеделя от зависимостите
Рел = Км <5-6)
IIZhom|
Рел = /1х Zhom'- (5.7)
Честотната характеристика на високоговорителите се опреде-
ля, каю те се закрег.ват към акустичен екран с определени в стан-
дартнте форма и размери. На фиг. 5.3 е показана честотната харак-
теристика на високоговорител, монтиран върху стандартен акус-
тичен екран, определена с помощта на синусоиден сигнал в усло-
вията на свободно^ звуково поле. Измерването е проведено в точка,
ЮЗ
намираща се на разстояние 0,5 m от работния център по работна-
та ос на високоговорителя при ноддържане на постоянно входно
напреженне, съответствуващо на 0,1 от номиналната му мощност.
Ефективен честотен обхват на възпроизвеждане. Това е
честотният обхват, в който високоговорителят ефективно преобра-
зува електрическата енергия в енергия на звуковото поле.
Lp.l
Ефективният честотен обхват на възпроизвеждане за даден
високоговорител се определи като обхват от честотната му харак-
теристика, определена по направление на работната му ос, в кой-
то звуковото налягане се понижава с не повече от една определена
стойност по отношение на средната стойност на звуковото наляга-
не в даден честотен обхват. Честотният обхват, в който се определи
средната стойност на звуковото налягане, е различен — може да
бъде октавата, в която средната стойност на звуковото налягане
е най-голяма, честотният обхват от 100 до 4000 Hz или от 250 до
5000 Hz. Различна е и допустимата стойност на понижаване на
нивото на звуковото налягане. За високоговорнтелите и озвучи-
телните тела от категория Hi-Fi е 8 dB, а за високоговорнтелите
за обща употреба се допуска от 10 до 14 dB. Никои западни фир-
ми с рекламна цел обявяват по-шнрок от фактический ефективен
честотен обхват за нзделията си, като допускат понижаване на
нивото на звуковото налягане повече от 20 dB.
Долна гранична честота. Това е долната граница на ефектив-
ния честотен обхват на възпроизвеждане.
Горна гранична честота. Това е горната граница на ефектпв-
ния честотен обхват на възпроизвеждане.
Номинален честотен обхват. Това е обхватът от честотната
104
характеристика, в който производителят гарантира обявените
параметри на изделието. Той е част от ефективния честотен об-
хват на възпроизвеждане или съвпада с него. Номиналния често-
тен обхват е постоянен за даден тип високоговорител. Стандарти-
занионните документа пзискват за граници на номиналния често-
тен обхват да служат честотите от стандартната поредица.
Неравномерност на честотната характеристика. Раз-
ликата между нивата на максималното и минималното звуково
налягане в даден честотен обхват се нарича неравномерност на
честотната характеристика в този обхват. Обикновено неравно-
мернсстта се изразява в децибели (dB). Определи се чрез израза
Al=Lniax (0.9)
Допустимата стойност на неравномерността на честотната
характеристика се определив номиналния честотен обхват на висо-
коговорителя. При определянето й върхове и падини в честотна-
1
та характеристика, чиито широчини са по-малкн от g- от октавата>
не се вземат предвид. Неравномерността на повечето високоговори-
тели за обща употреба не надвишава 12 dB. На фиг. 5.3 са отбе-
лязани нивото Lmajt на максималното звуково налягане ртах,
нивото Lmin на минималното звуково налягане pmin и неравномер-
ността на честотната характеристика М.
При високоговорнтелите от категория Hi-Fi неравномерност-
та на честотната характеристика в даден честотен обхват е разли-
ката между нивата на максималното и средното звуково наляга-
не, съответно разликата между нивата на минималното и средно-
то звуково налягане в този честотен обхват. Дефинирани са две
неравномерности, конто се изразяват по следния начин:
M1 = Z.max—£ср» ('5-9)
ЛТ2 = £ср — £mlh- (5.10)
Общата неравномерност се определи от зависимостта
М=М,+М2. (5.11)
На фиг: 5.4 е дадена примерната честотна характеристика на
високоговорител от категория Hi-Fi. На нея са означени Z.max>
^-ср, -441 ” Mg.
Средно звуково налягане. Средноквадратичната стойност на
звуковото налягане, създавано от високоговорителя за определен
честотен обхват в дадена точка на свободного звуково поле, се
нарича средно звуково налягане. Определи се от зависимостта
105
Pep =
Р\+Р22+р2 + +P2n (
(5.12a)
където
Pi, ... pn са звуковите налягания за определени честоти;
п е броят на измерените звукови налягания.
Фиг. 5.4
Осредняването се извършва по стойностите на звуковото на-
лягане за честотите от стандартната честотна поредица, конто
участвуват в честотния обхват. Превръщането на нивото в зву-
ково налягане се извършва с помощта на таблици или от зависи-
мостта
L
р= 10 20 .2. Ю'5,Ра. (5.126)
Чувствителност. Този параметър показва ефективността на
преобразуване на електрическата енергия в енергия на звуковото
ноле, в акустична енергия. Може би е по-правилно да се нарича
ефективност. Определи се като отношение на създаденото от висо-
коговорителя звуково налягане р на разстояние 1 m по работната
ос към корен квадратен от подадената електр .ческа мощност
Ре„ на входа на високоговорителя:
Д= 7^=, —, PaW-°-5,
(5.13а)
където
Л е чувствителността, PaW-0-5;
106
г — разстоянието, на което е измерено звуковото наляга-
не р, гл;
га — реперно разстояние (г0=1 т).
Определената с (5.13 а) чувствителност се отнася за сигнал
< една честота. Ако на високоговорителя е подаден шумов сигнал
(розов шум) с определен честотен обхват, например 1 терца, тога-
ва определената с (5.13 а) чувствителност се отнася за този обхват.
По-чувствителен е този високоговорител, конто предизвиква по-
голямо изменение на създаваното от него звуково налягане при
определено (дадено) изменение на подаваната на входа му елек-
трическа мощност.
Характеристична чувствителност. Това е отношение на средно-
то звуково налягане, създавано от високоговорителя за определен
честотен обхват по работната ос на разстояние 1 ш от работння
център, към квадратен корен от стонността на подаваната електри-
ческа мощност. Определи се от зависимостта
' (5.136)
Характеристичната чувствителност може да се определи както
със синусоиден, така и с шумов сигнал — зависи как е определено
средното'звуково налягане. Тя се измерва в PaW-0’5.
Нивото на характеристичната чувствителност е нивото на сред-
ното звуково налягане, създавано на разстояние 1 m при подаване
на електрическа мощност 1 W. То се изразява в децибели (dB)
спрямо реперною звуково налягане ро=2.10"в Ра.
Ако е известно нивото на чувствителността за стандартните
честоти или терци за даден честотен обхват, нивото на характе-
ристичната чувствителност не може да се определи като средно-
аритметична стойност на тези нива. Необходимо е да се определят
звуковите налягания за всяка честота или терца, да се намеря
средпогеометричната им стойност съгласно (5.12) и на тази стой-
ност да се намерн нивото спрямо 2.10"“ Ра. Директното осреднява-
не на нивото като средноаритметичио от отделяйте нива води до
значителна грешка. Например средното звуково налягане на зву-
ковите налягания за три честоти с нива 94, 96 и 80 dB е 0,94 Ра,
на което съответствува ниво 93,4 dB, а ако се осреднят директно
нивата (което е грешно) се получава ниво 90 dB, на което съот-
ветствува звуково налягане 0,632 Ра, т. е. грешката е прибли-
зително 32% по отношение на звуковите налягания.
\ Честотният обхват, в конто се определи характеристичната
чувствителност, е различен. Съгласно изискванията на българскн-
те стандарти този обхват не грябза да бьде пэ-тесен от две октави,
107
като в последно време се използува предимно обхватът от 250 до
5000 Hz. При някои високоговорители характерцстичната чувст-
вителност се определя за номиналния им честотен обхват. Трябва
да се има придвид, че в различните честотни обхвати стойността
на характерцстичната чувствителност е различна. От рек^амни
съображения някои производители в страни, в конто стандарти-
те не се отнасят до параметрите на изделията, не обявяват честот-
ния обхват, в който се определя характеристичната чувствителност
и рекламират големи стойкости за този параметьр. Затова при
сравняване на високоговорителите по този показател трябва да
се използуват данни, отнасящи се до един и същи честотен обхват.
В противен случай сравнението следва да се приеме като съвсем
ориентировъчно.
Насоченост на високоговорителите. Характеристиката на
насоченост е зависимостта на звуковото налягане, създавано от
високоговорителя за определена честота f в точки на свободного
звуково поле, намиращи се на определено разстояние от работния
център, от ъгъла, сключен между работната ос на високоговорите-
ля и направлението към посочените точки.
Акустична мощност. Представлява средната по време мощност
на излъчвания от високоговорителя сигнал с честота f. Измерва
се във W.
Средната акустична мощност от своя страна представлява
средната стойност на акустичната мощност, излъчвана от високо-
говорителя в определен честотен обхват. Осредняването се из-
вършва по стойностите на акустичната мощност за честоти, равно-
мерно разпределени в логаритмичен мащаб.
Коефициент на полезно действие. Представлява отношението
между излъчената от високоговорителя акустична мощност Рак
и подаваната електрическа мощност Рел за честота f:
(5.14)
' ел
Среден коефициент на полезно действие .1Ч> се нарича средна-
та стойност на к.п.д. в номиналния честотен обхват на високо-
говорителя.
Нелинейни изкривявания. Високоговорителите в една или
друга степей се проявяват като нелинейни елементи — изходната
величина не се намира в линейна зависимост от входната.
Под нелинейно изкривяване се разбира появяването на съставки
в излъчвания от високоговорителя сигнал, конто отсъствуват в
спектъра на входния електрически сигнал и се обуславят от не-
линейността на високоговорителя. Появата на съставки, дължащи
108
I
I се на разтрептяване на шасито или други елементи на високогово-
рителя, конто не са предназначени да излъчват, не трябва да се
| приемат като нелинейни продукта.
Нелинейните изкривявания се оценяват посредством коефи-
ж циента на нелинейни изкривявания, който представлява отно-
|шение между спектралните съставки на излъчвания от високо-
говорителя сигнал, отсъствуващи в спектъра на входния електри-
чески сигнал и обусловени от нелинейността на високоговорителя,
и общия (тоталния) изходен сигнал.
Сыцествуват различии начини за количествена оценка на
F нелинейните свойства на високоговорителите. Засега най-широко
! разпространенне е получил методът на хармоничните изкривява-
ния.
Хармонично изкривяване се нарича нелинейного изкривяване,
което се получава при подаване на високоговорителя на сннусо-
иден електрически сигнал с определена честота f.
Коефициент на хармонични изкривявания от n-ти ред dA„ за
сигнал с честота f се нарича отношението между звуковото наляга-
не рп с честота nf и общото звуково налягане р, което се получава
при подаване на високоговорителя на сигнал с честота f и опреде-
лена електрическа мощност Рел:
dhn=^-- (5.15)
Сумарен коефициент на хармонични изкривявания (коефици-
ент на хар мониците) се нарича ефектнвната стойност на всички
коефициенти на хармонични изкривявания от л-ти ред при п^2:
*»- ~ ° -• (зле»
С достатъчна за практиката точност за високоговорители-
те може да се определи само чрез коефициентите на хармонични
изкривявания от втори и трети ред.
Освен със синусоиден сигнал, dhn и dh може да се определят
и с помощта на теснолентов шумов сигнал, например с широчина на
честотната лента */з от октавата. При средна честота на терцата,
равна на f, dhn се определя за терци със средни честоти nf.
В последно време придобива популярност един нов метод за
оценка нелцнейността на високоговорителите посредством интер-
модулационни изкривявания.
Интермодулационно изкривяване се нарича нелинейного из-
кривяване, което се получава при подаване на високоговорителя
109
на два синусоидни електрически сигнала с честоти и f2, от кон-
то едната (Д) е много по-ниска от другата (/2).
Коефиниентът на пнтермодулацпонните изкривявания от п-тн
ред dtl, представ. 'ява отношението между стойността на сие,трал-
ните съставки на създаваното от високоговорителя звуково на-
лягане с честота (п—1)/г при («>!) и стойността на звуково-
то налягане с честота f2 при подавав? на високоговорителя на
два синусоидни електрически сигнала с честота/| и fg. Коефициен-
тът на интермодулационни изкривявания от втори ред и от
трети ред dt3 се определи от зависимостите
rff2= ; (5.17>
А, , , (5.18)
където р/, е звуковото налягане с честота /г;
Ал-/1) и Ал+Zi) —звуковите налягания с честоти fa—fy и Л+Л;
•/?(/,~2/,) и /7(/.+2/,) — звуковите налягания с честоти/2 -2/; и f2 + 'lfy.
Сумарният коефиииент на интермодулационни изкривявания
dg за високоговорнтелите се определя чрез dl2 и dl3 с израза
dt= . (5.19)
Между хармоничните и интермодулацнонните изкривявания
винаги сыцествува някаква зпвисимост, като в никои случаи тя
може да се изрази аналитично, а в други — не може. Високо-
говорител, конто има голям коефиииент на хармонични изкривя-
вания, ще иМа’ В голям коефиииент на интермодулационни изкри-
вявания и обратно.
Върху бланката с честотната характеристика на високоговорите-
ля се записват и вторият, и третият му хармоник, както това е
показано на фиг. 5.5. Тъй като изкривяванията обикновено са
малки и нивото на хармонииитее ниско, практнкува се техният
сигнал да се усилва с 20 пли 30 dB, преди да се запише върху блан-
ката. Казва се, че нивото на хармонииите е повдигнато с 20 или
30 dB.
Преходни процеси. Преходните пронеси са свързани с инерт-
ността на високоговорнтелите като елеКтромеханични преобра-
зуватели. Ако даден високоговорител излъчва сигнал с определе-
на честота и внезапно се прекрати подаването на електрическа
енергия, високоговорителят ще продължи да излъчва още извест-
но време. Именно това време представлява времето или продъл-
110
жителността на преходните процеси. При включване на високо-
говорителя към даден електрически сигнал той постепенно започ-
ва да нзлъчва, като след известно време, което е също време на
преходните процеси, достпга установения си режим.
Фпг. 5.5
Продължителпостта на преходните процеси на високоговори-
телнте е много важна тяхна характеристика. При възпроизвежда-
не на музика или говор високоговорителят е подложен на непре-
къснати промени на амплитудата и честотния спектър на подава-
ния сигнал. Може да се каже,
u
5
i
a
че високоговорителят нормално
функционира в преходен режим.
Ако преходните процеси на да-
ден високоговорител са много
продължнтелни, тон ще’ възпро-
извежда много лото музикал-
ните и говорните картини не-
зависимо от това.че останалите
му параметри могат да бъдат
много добри.
Обикновено за преходните
процеси при високоговоритгли-
те се съди от начина на възпро-
извеждане на сигнал с право-
ъгълна форма или на пакет от
синусоиди. На фиг. 5.6 а е
показан електрически сигнал,
представляващ пакет от сину-
соиди, а на фиг.
сигнал.
Фиг. 5.6
5.6 б —възпроизведеният от високоговорителя
111
5.6 ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ НА ЕЛЕКТРОДИНАМИЧНИТЕ
ВИСОКОГОВОРИТЕЛИ
Възникване на електродинамичната сила. В постоянного
магнитно поле, което съществува между полюсите на един магнит,
се поставя проводник с дължина I, равна на широчината на полю-
сите на магнита (фиг. 5.7). Проводникът се свързва с източник на
електродвижещо напрежение и през него протича ток, чиято го-
лемина се определи по закона на Ом. Протичащият ток поражда
магнитно поле около проводника. Ако магнитните силови линии
на постоянного магнитно поле и електрическият ток през проводни-
ка имат посоките, показани на фиг. 5.7, магнитного поле над провод-
ника отслабва, а под проводника—се усилва. Причината за това е,
че магнитните силови линии, породени от тока, са противопосочни
,на тези на постоянного магнитно поле, конто са над проводника,
а съпосочни на тези под проводника. В резултат на изменението
на магнитного поле възниква силата F, чиято приложна точка е
върху проводника. Тя се стреми да премести проводника в прост-
Фнг. 5.7 Фиг. 5.8
ранството, където силовите линии са разредени. Тази сила се на-
рича електродинамична сила. В случая тя се стреми да премести
проводника нагоре, докато го изтласка извън постоянного магнит-
но поле. Ако токът през проводника промени посоката си, електро-
112
динамичната сила също промена посоката си на 180°. В този слу-
чай отслабване на магнитного поле се получава под проводника,
а усилване — над проводника. Посоката на силата F се определи
по правилото на лявата ръка, което гласи: разтваря се лявата
ръка така, че палецът дабъде перпендикулярен на останалите
пръсти; поставя се в магнитного поле гака, че магнгниге силови
линии да пробождаг дланта; пръстиге на ръкага сочаг посокага
на гока; палецъг ще сочи посокага на елекгродинамичнага сила.
Ако през проводника прогича променлив ток, елекгродинамич-
нага сила ще сменя посокага си в гакт с чесгогага на гока; провод-
никъг също ще променя посокага си на движение в гакт с честота-
та на променливия ток.
Големнната на електродинамичната сила F зависи право про-
порционално от големнната на магнитната индукция В на посто-
янного магнитно поле, от големнната на тока / и от дължината I на
проводника, конто се намира в самого магнитно поле:
F=BlI=kI, (5.20)
където k=Bl е коефипиентът на електромеханична връзка.
Създаване на звуковото поле. На фиг. 5.8 е показан проводник
в постоянно магнитно поле, към конто е свързан източник на про-
менливо електродвижещо напрежение. Магнитните силови линии
са перпендикулярни на равнината на листа. През проводника
протича електрическн ток i. В резултат на взаимодействието между
магнитного поле и електрическия ток възниква електродинамич-
на сила. F. Ако електродвижещото напрежение е се измени по
синусоиден закон, електрическият ток i ще се измени по същия
закон:
i=/msincoL (5.21)
Отту к и електродинамичната сила F ще се измени по синусо-
иден закон:
F=Bli=BUmsinbat=Fmsin<j)t-, (5.22)
Еж=ВПт, (5.23)
където
F„ е максималната (амплитудната) стойност на силата.
Под действието на силата F проводникът ще извършва хармо-
нични трептения. Но това не е достатьчно за създаване на звуко-
во поле. Проводникът разтрептява въздушните частици, до кон-
то се допира, но те не са много на брой и енергията, която се от-
дава от проводника към въздушните частици, е много малка. За
създаване на звуково поле в околното пространство е необходимо
8 Ел'ектроакустичин преобразуватели 113
да се отдаде значително по-голямо количество енергия. Това може
да се поетигне като се разтрептят по-голям брой от въздушните
частици, т.е. като се използува проводник с голяма повърхност.
По редица причини такова конструктивно решение е неприем-
ливо (особено при излъчване на ниски и средни честоти от зву-
ковия спектьр). Много по-добри резултати qe получават, ако към
проводника се закрепи неподвижно диск с малка дебелина, както е
показано на фиг. 5.8. Дискът уИ ще трепти в такт с трептенията на
проводника и ще разтрептява въздушните частици, до конто се
допира, като им предава механична енергия. В резултат от двете
страни на диска се създава звуково поле. Трептенията на въз-
душните частици се осъществяватв такте трептенията на диска,
т. е. в такт с променливото електродвижещо напрежение е. Ако
Напрежението има синусоиден характер, и -звуковото налягане
ще бъде синусоидно. Ако напрежението съответствува на някак-
ва звукова картина, звуковото поле ще повтаря тази картина.
По такъв начин трептенията на проводника в магнитного по-
ле предизвикват трептения на въздушните частици — предизвик-
ват възникването на звуково поле.
5.7. УСТРОЙСТВО НА ЕЛЕКТРОДИНАМИЧНИТЕ ВИСОКОГОВОРИТЕЛИ
На фиг. 5.9 е даден напречният размер на електродинамичен
високоговорител с директно излъчване.
Магнитната система създава постоянного магнитно поле, в кое-
то се поставя звуковата бобина. През проводника на звуковата бо-
бина протича електрическият ток. От неговото взаимодействие с
постоянного магнитно поле възниква електродинамичната сила.
114
разтрептяваща звуковата бобина. Мембраната е здраво залепена
към звуковата бобина и трепти с нея, при което създава звуково
поле в околното пространство. ТрептилкатЗ центрова звукова-
та бобина в работната въздушна междина на магнитната система,
като й позволява да се движи само по направление на оста си.
Гънките служат за окачване на мембраната към корпуса (шаси-
то) на високоговорителя, като също й позволяват само трептения
по оста. Корпусът служи за закрепване на високоговорителя към
съответното устройство, в което ще се вгражда, и за закрепване
на всички части на високоговорителя към него. Изводите осъще-
ствяват електрическа връзка на източника на напрежение със зву-
ковата бобина.
5.7.1. Магнитим системи за електродинамични високоговорители
Предназначението на магнитната система е да създаде едно
постоянно по посока и големина магнитно поле в определен от
нейните елементи въздушен обем. Магнитните системи за високо-
говорители според приложението си
конфигурация.
Магнитна система с пръсте-
новиден лят магнит. На фиг.
5.10 е показана принципната кон-
струкция на такава магнитна
система. Магнитът 1 има формата
на пръстен. Изработва се по ле-
ярски метод от сплав, която след
поставяне в силно магнитно поле
запазва (съхранява в себе си)
се конструират с различна
значително количество магнитна
енергия. Горната полюсна. настав- Фиг- 510
ка (ГПН) 2 трябва да бъде от
магнитно мек материал, който притежава малко магнитно съпро-
тивление. Долната полюсна наставка (ДПН) се състои от долния
накрайник 3 и централен полюсен накрайник (ЦПН) 4, конто се
свързват чрез занитване. Изискванията са същите както за ГПН.
Въздушната междина между вътрешния диаметър D2 на гор-
ната полюсна наставка и диаметъра Dj на централния полюсен
накрайник (фиг. 5.10) се нарича работна въздушна междина. Тя
се характеризира с широчина —Dj, височина h{, която е
равна на височиыата на ГПН, и обем Va = ^(D22—Dj) xht. Обемът
115
V, се нарича работен въздушен обем. Магнитната индукция
Bs и магнитният поток Фл в работния въздушен обем също се на-
ричат работни.
Енергията на магнитного поле в работния въздушен обем
е само част от енергията 1ГИ, която притежава магнитът. Оценка-
Фиг. 5.11
Фиг. 5.12
та за използуваемостта на магнита в дадена магнитна система се
дава с коефициента на използуваемост на магнитния поток о. Той
представлява отношение от работния магнитен поток Фл и магнит-
ния поток Фм, конто преминава през неутралното сечение на маг-
нита
(5.24)
4 м
Зависимостта на индукцията Влот разстоянието х трябва 'да
има вида, показан н? фиг. 5.11. Получаването на такава форма на
практика не е възможно’. Обикновено магнитната индукция В в
работната въздушна междина и извън нея се измени съгласно
графично представената зависимост от фиг. 5.12. С оглед да се
получи взаимна заменяемост магнитните системи са унифицирани
по размера Dx на диаметъра на централния полюсен накрайник:
12,00; 13,50; 16,00; 18,95; 30,00; 37,00; 52,00; 100,00 mm.
Магнитки системи с централен лят магнит. Конструкцията
на такава система е показана на фиг?5.13. Магнитът 1 е от мате-
116
риал „Алнико“. ГПН 2, магнитопроводът 3 и ЦПН 4 са от маг-
нитно мек материал. Диаметърът на ЦПН Di трябва да бъде ра-
вен или по-голям от диаметъра на магнита.
Магнитки системи с пресуван оксиден магнит. Оксидните
магннтн притежават по-малко енергия в единица обем и за създа-
Фиг. 5.14
ване на един и същи магнитен поток в работната въздушна межди-
на оксидният магнит трябва да има по-голяма маса от магнита,
направен от сплав „Алнико". Оптималният режим за магнитните
системи с оксиден магнит се получава при значително по-малка
височина на магнита в сравнение с неговия диаметър. Предимство-
то на оксидните магнитни системи е в по-малката им височина и
по-ниската цена в сравнение със системите с лят магнит. Обаче
те притежават и един съществен недостатък — губят магнитните
си свойства при ниски температури — при минус 50 С Bt нама-
лява стойността си с 15ч-20%.
Примерната конструкция на магнитна система с пресуван ок-
сиден магнит е дадена на фиг. 5.14. Елементите на системата са
идентични на тези от фиг. 5.10.
Оксидни магнитни системи с намалеио магнитно разсей-
ване. Основната част на магпитния поток, създаден между полю-
сите па магнита, преминава през магнитопровода. Но във всички
случаи част от магнитния поток се затваря през въздуха, както
това е показано на фиг. 5.14. Тази част се нарича разсеян магни-
тен поток. За някои радиоустройства разсеяннят магнитен поток се
оказва твърде вреден, нежелан. Например в телевизиониите при-
емници тон оказва влияние върху отклонението на електронния
лъч на кинескопа. Затова се налага да се използуват магнитни
системи с намалено магнитно разсейване, чиято принципна кон-
струкция е показана на фиг. 5.15.
Използуват се два оксидни магнита и М2. Магнитът Мх с
ДПН 3 и 4 и ГПН 2 образува една обикновена оксидна магнитна
117
система. Разсеяният магнитен поток Фд на Mj се затваря през
чашкообразния магнитопровод 5 и през въздуха извън него. Ра-
ботният магнитен поток на М2 съвпада по посока с този на
и увеличава работната магнитна индукция, но е противопосочен
Фиг, 5.15
на разсеяния поток Фл. Разсеяният магнитен поток Ф/2 е също
противопосочен на Фж1. В крайна сметка сумарният разсеян маг-
нитен поток е равен на нула или има пренебрежимо малка стой-
ност.
Фиг. 5.16
5.7.2. Звукова бооина
Звуковата бобина из-
пълнява функцията на про-
водник в постоянно маг-
нитно поле. През нея про-
тича електрическият ток,
носител на информацията
за звуковата картина. Въз-
никналата електродина-
мична сила има приложна
точка върху проводника
на звуковата бобина. Тя
има формата на кух ци-
линдър — представлява
плътно- навит проводник
върху цилиндрнчна осно-
ва. Проводникът е меден
118
или алуминиев с крыло сечение. За предпочитане е да се из-
ползува проводник с правоыълно сечение, защото се получава
по-добро запълване на въздушната междина с проводник, но
все още има трудности както за изработката на такъв провод-
ник, така и за навиването на звуковата бобина. На фиг. 5.16 е
дадена принципната конструкция на звукова бобина. За осно-
ва на звуковата бобина обикновено се използува здрава хар-
тия. За мощни високоговорители се използува алуминиево фолио,
но може и месингово фолио или пластмасов материал. Механична-
та здравина на звуковата бобина ее увеличава, като в частта, в
която не е навит проводник, се залепва една допълнителна лента,
наречена укрепител. Залепването й към мембраната се осъществя-
ва в частта с укрепител. Звуковата бобина трябва да отговаря на
две основни изисквания — механична здравина и устойчивост
на въздействието на екстремални климатични фактори.
5.7.3. Мембрана
Звуковото поле в пространството се създава от мембраната на
4 високоговорителя, поради което тя се нарича излъчващ елемент.
Мембраната трябва да може да създаде такова богатство от тонове,
.каквото се създава от цял оркестър, при това, без да внася забеле-
жими изкривявания. С право никои специалиста твърдят, че тя е
най-важният елемент на високоговорителя. Наистина каква би
била ползата от използуването на голям и скъп магнит, ако мем-
браната е с ниски качествени показатели!
Към мембраните за електродинамичните високоговорители се
предявяват противоречиви изисквания:
— трябва да притежават висока механична здравина, да не се
огъват под действието на приложени сили, предизвикващи трепте-
нето им;
— трябва да притежават значителни вътрешни загуби, за да
затихват разпространяващите се по протежение на самата мембра-
на трептения, конто могат да предизвикат значителни разтрептя-
вания на отделяй зони на мембраната (локални резонансни явле-
ния). Ако локалните резонанси са неизбежни, те трябва да се про-
явяват слабо, което е възможно само ако вътрешните механични
вагуби на материала са големи;
— трябва да бъдат хомогенни по структура, с постоянна дебе-
лина или изменението на дебелината да следва определена законо-
мерност;
119
— трябва да бъдат много леки, ако е възможно масата им да
клони към нула.
Необходимо е обаче да се има предвид, че при трептенето на
мембраната към нея се „присъединява** част от привеждания в.
Фиг. 5.17
трептене въздух, т. е. към мембраната се присъединява винаги
някаква маса и динамична та маса на мембраната е по-голяма от
нейната статична маса. /Келателно е масата на мембраната да е
приблизително равна на присъединената маса.
При конструирането на мембраните се търси оптималният
компромис между тези противоречивн изНсквания.
Мембраните (фиг. 5.17) имат конична форма и според предназ-
начението си се изработват с кръгла или овална основа. Трябва
да се има предвид, че съображенията за избора на формата на мем-
браната определят формата на високоговорителя, а не обратного.
Към върха на конуса мембраната винаги има кръгла форма и за-
вършва с цплиндрична част /, висока 2-т-3 mm, която се нарича
шинка на мембраната. Вътрешпият диаметър на шийката е равен
на външпия диаметър на звуковата бобина, тъй като бобината се
залепва към шийката па мембраната.
Към основата на конуса мембраната завършва в гофрирана
(нагъната) част 3 с един равнинен пръстен на края 4, който служи
за залепване нй мембраната към шасито. Частта 3 се нарича гънки
или гофри на мембраната и служи за гъвкавото й окачване. По-
точно гънките ограничават движението на мембраната само в
посока по оста, не позволяват радикалки движения. Освен това
чрез гънките се постига линейна зависимост на изместването на
мембраната от приложената сила за по-големи амплитуди—гъв-
кавостта на мембраната остава постоянна при по-големи ампли-
туди.
Гънките на мембраните за електродинамичните високоговори-
тели имат различна форма — фиг. 5.18, 5.19 и 5.20.
Механичната гъвкавост с се определя като отношение на раз-
120
стоянието х, на което е изместена системата, към силата F, под
чието действие е предизикано изместването. Измерва се в m N. Тя
показва на какво разстояние х се премества системата под дейст-
вието на силата F=1 N. Една механична трептяща система се
характеризира с голяма гъвкавост, ако тя се премества на значител-
но разстояние под действието на сила 1 N. Субективното сравня-
ване на гъвкавостите на две различии мембрана не е трудно —
с просто натискане с ръка се установява лекотата, с която мембра-
ната се измества. Ако едиата мембрана се измества или разтреп-
тява значително по-леко от друтата, това показва, че първата мем-
брана има по-голяма гъвкавост. Разбира се, такова сравняване е
ориентировъчио и има резултат само при зна-
чителни разлики между гъвкавостите на двете
мембрани. Сыцествуват достатъчно точни ме-
тоди за определяне тъвкавостта на трептящите
системи.,
Коничните мембрани, изработени от целуло-
за, се произвеждат прёдимно за високоговори-
телите за обща употреба. Мембраните за ви-
сокочестотните високоговорители обикновено
имат куполна форма и се изработват от леки и
твърди материали. Широко приложение иами-
Фиг. 5.20
рат различните пластмасови материали, но се използуват и
метали, например много тънко фолио от берилий. Използуват се
различии импрегнирани текстилни тъкани. В някои случаи все
още се използуват целулозата, но обикновено е импрегнирана с
втвърдяващи импрегнанти или с примеси от втвърдяващи мате-
риали.
121
Мембраните за средночестотни високоговорители са предимно
с куполна форма, но се срещат и с конична форма. За материал се
нзползува както пластмасата, така и целулозата.
Мембраните за нискочестотните високоговорители са предимно
с конична форма и се изработват от целулозни смеси. Напоследък
се появиха плоски мембрани за нискочестотни високоговорители,
изработени от различии материали, предимно пластмасови. Съ-
ществува тенденция мембраните за нискочестотните високогово-
рители да запазят коничната си форма, но да се произвеждат от
пластмаси.
Основните електроакустични показатели на високоговорители-
те в значителна степен зависят от параметрите на мембраните.
Особено важен параметър на мембраните е резонансната им често-
та /оМ, която зависи от параметрите маса ты и гъвкавост сы на
мембраната и се определи от зависимостта
За получаване на ниска резонансна честота и малък качествен
фактор твърде често гънките на мембраните се изработват отдел-
но и се залепват към излъчващия конус, при което се използуват
специални материали за гънките, конто са неподходящи за из-
лъчващия конус. При висококачествените нискочестотни високо-
говорители се използуват гънки от микропореста каучукова смес;
от поливинилхлорид, конто също може да има микропореста струк-
тура; от гумиран плат; от дунапрен и др. При високоговорители-
те, предназначени за вграждане в озвучителни тела за оркестри,
гънките се изработват от хартия, от специално импрегниран с
втвърдяващи импрегнантиплат, от изкуствена или естествена кожа
и др.
5. 7.4. Трептилка (центрираща шайба)
Предназначението на трептилката е да фиксира точно разполо-
жението на звуковата бобина в работната въздушна междина.
Основните изисквания към нея са:
— да притежава голяма твърдост (малка гавкавост) в ради-
кал но (напречно) направление, така че звуковата бобина да не се
измества дори и с 0,05 mm в това направление при функционира-
нето на високоговорителя;
— да притежава голяма гъвкавост (малка твърдост) в направ-
122
ление по оста (аксиално направление), така че изместването на
звуковата бобина в това направление да става почти безпрепятст-
вено с прилагането на много малка сила;
— да позволява трептенето с големи амплитуди на звуковата
бобина в аксиално направление, като запазва постоянна стойност-
та на своята гъвкавост;
Фиг. 5.21
Фиг. 5.23
— да не проявява ефекти на звънтене в номиналния честотен
обхват на високоговорителя;
— да не измен я формата си под действието на климатичните
фактори в определени граници;
— да има пореста структура, така че да не се получава под нея
затворен обем въздух, който би оказал влияние върху качествени-
те показатели на високоговорителя.
Широко приложение намират гофрираните трептилки, показа-
ни на фиг. 5.21, 5.22 и 5.23. Те се изработват от импрегнирани в
бакелитов разтвор памучни или копринени тъкани.
123
5.7.5. Шапка, шаси (корпус) и изводи
Шапката на високоговорнтелите предпазва работната. въздуш-
на междина на магнитната система от попадане на чужди тела.
Фиг. 5.24
Особено опасно е попадането на метални стружки, конто се задър-
жат от магнитного поле и пречат на движёнието на звуковата боби-
на. Шапката се залепва към върха на конуса на мембраната, бли-
зо до звуковата бобина, както е показано на фиг. 5.24 и 5.25.
Шапката може да се използува и за коригиране на честотната
характеристика на високоговорителя в областта на високите често-
ти. В тези случаи тя се залепвй плътно към звуковата бобина и в
известна степей изпълнява функпиите на куполен високочестотен
високоговорител — нзлъчва ефектнвно. сигнали с високи често-
ти. По този начин може значително да се разшири ефективният
честотен обхват на високоговорителя.
Принцппната конструкция на шасито е дадена на фиг. 5.25
и 5.27.
Основного изискване към шасито е да бъде достатъчно здраво
и стабилпо, да не се огъва под тежестта на магнитната система.
Изводите на електродинамичните високоговорители осъществя-
ват електрическа връзка между звуковата им бобина и изхода на
усилвателя. На пръв поглед те нямат пряко отношение към качест-
вените показатели на високоговорнтелите, но всъщност надежд-
ността и паспортната им мощност в значителна стелен зависят от
коцструкцията на изводите.
Върху една от изводните клеми или в непосредствена близост
до нея трябва да се означи полярността на високоговорителя.
Обикновено се поставя знак ,,-ф“ или точка. Разбира се, това не е
производно, а отговаря на реакцията на високоговорителя към
прилагане на електрнческо напреженне с определена полярност.
124
Ако към изводите на високоговорителя се включи източник на
постоянно напреженне (батерия), като към извода се включи
положнтелният полюс на батерията, мембраната трябва да се при-
даижи напред по посока на излъчването. Полярността на високо-
говорителите има голямо значение в случайте, когато едновремен-
но функционират два или повече високоговорители.
5.8. ФАКТОРИ, ОПРЕДЕЛЯЩИ ОСНОВНИТЕ ПАРАМЕТРИ
НА ЕЛЕКТРОДИНАМИЧНИТЕ ВИСОКОГОВОРИТЕЛИ
5.8.1, Фактори, определящи чувствителността
на високоговорнтелите
Съгласно [5] к. п. д. на електодинамичните високоговорители
се определи от зависимостта
b2Pj ВХР /А\2
4 к£0 Рел ’^"д/
(5.26)
където
Вл е магнитната индукция в работната въздушна меж-
дина на магнитната система;
125
/„’р — обемът на медта на звуковата бобина в работай я
въздушен обем на магнитната система;
Рел — специфичного електрическо съпротивление на про-
водника на звуковата бобина;
тл— динамичната маса на трептящата система на високо-
говорителя, включваща и присъединената маса
S — площта на излъчване на високоговорителя;
р, — плътността на въздуха;
— скоростта на разпространенне на звуковите вълни.
Зависимостта (5.26) е изведена при условие, че височината
еВб на звуковата бобина е равна на височината ha на работната
въздушна междина и входният импеданс на високоговорителя е
приблизително равен на номиналния, което е изпълнено за сред-
ните честоти. Следователно (5.26) е в сила за средните честоти.
Колкото по-висок е к. п. д., толкова по-голяма е чувствителността
на високоговорителя.
От (5.26) се вижда, че чувствителността нараства пропорцио-
нално на Vnp и пропорционално на квадрата на Ва, т. е. тези висо-
чини трябва да бъдат с възможно по-голяма стойност.
Съществен фактор, определящ чувствителността, е еквивалент-
ната звуконзлъчваща повърхност S на високоговорителя или по-
точно отношението на тази повърхност към динамичната трептяща
маса /пд на високоговорителя. Чувствителността на високоговори-
теля нараства с квадрата на увеличението на това отношение.
Важен конструктивен и технологичен фактор, определящ чув-
ствителността на високоговорителите, е разположението на зву-
ковата бобина в работния въздушен обем — необходимо е така
да се разположи звуковата бобина, че целият магнитен поток да
взаимодействува с всички нейни навивки, разбира се, ако това е
възможно.
5.8.2. Фактори, определящн честотния обхват
на високоговорителите
Долната гранична честота, която ефективно възпроизвеждат
високоговорителите, се определя предимно от два фактора— резо-
нансната честота и качествения фактор. При определено допусти-
мо намаляване на нивото Д£ на звуковото налягане високогово-
рителят с по-ниска резонансна честота има и по-ниска долна
гранична честота /д. При същата стойност на AL високоговорите-
126
лят с по-висок качествен фактор има по-ниска долна гранична
честота.
Излъчването на сигналите с високи честоти от конусните в'нсо-
коговорители става от отделни резониращи зони на мембраната
или главно от частта на мембраната, която е близко до върха на
конуса. За по-ефективно преобразуване на сигналите с високи
честоти се импрегнира -мембраната при върха на конуса с втвърдя-
ващи импрегнанти. Импрегнирането на мембраната с омекотява-
щи импрегнанти и особено на частта при върха на конуса води до
намаляване на горната гранична честота на високоговорителя.
По този начин може да се ограничи излъчването на високоговори-
теля, ако това е необходимо или полезно. За подобряване на ефек-
тивното преобразуване на сигналите с високи честоти може да се
използува специална мембрана, наречена високочестотен конус.
5.8.3. Фактори, определящи нелинейните изкривявания
Изкривявания, породени от нелинейната зависимост на
гъвкавостта на окачването на трептящата система. Благодаре-
ние на гънките си мембраните и трептилките имат постоянна
гъвкавост, която не зависи от изместването до отделна амплитуда
на трептенето. При подаване на по-голяма мощност възникват и
по-големи сили и изместването не е вече пропорционално на прило-
жената сила, а е по-малко, тъй като гъвкавостта не остава постоян-
на величина, а започва да намалява с увеличаване на изместване-
то. В резултат на това се появяват нелинейни изкривявания. Още
при конструиране на високоговорителя трябва да се предвидят
съответствуващи на мощността на високоговорителя амплитудни
възможности, за да не се достига до нелинейната облает на гъвка-
востта на окачването.
Изкривявания, породени от неравномерността на магнитно-
го поле. Връзката между възникалата електродинамична сила
F и носителя на информацията на звуковата картина — протича-
щият през. звуковата бобина електрически ток i, трябва да бъде
линейна, но на практика това условие много трудно се изпълнява.
Причината за нелинейната връзка между протичащия през звуко-
вата бобина ток и силата F е в това, че магнитната индукция В в
работната въздушна междина не е постоянна величина, а зависи
от разстоянието. Нелинейните изкривявания, дължащи се на
неравномерного магнитно поле, може да се избягнат по конструк-
тивен път, като се направи така, че бобината да обхваща един и
сыпи магнитен поток. Това може да се постигне по два начина:
/ Ц7
височината на звуковата бобина да бъде по-малка от височината
на работната въздушна междина или височината на звуковата
бобина да бъде значително по-голяма от височината на работната
въздушна междина.
Изкривявания, породени от параметричното възбуждане
на конуса на мембраната. Електродинамичната сила, която
разтрептява мембраната, е приложена във върха на конуса на мем-
браната — там, където е залепена звуковата бобина. Общата сила
е сума от сили, които са приложени във всяка точка по дължина на
окръжността, определена от основата на звуковата бобина. На
фиг. 5.28 е даден напречен разрез на мембрана и са показани две-
те сили F, приложени в точките на разреза Л и В. Всяка от сили-
те F може да се разложи по на две сили — Ft и Fn. Силата Fn
се стреми да разтрепти конуса напречно като махало, окачено в
точките С. Силата Ft се стреми да изкълчи конуса на мембраната.
Докато силата Ft е малка, тя успява да предизвика изкълчва-
не. Но когато F, стане достатъчно голяма и честотата й стане два
пъти по-висока от една от собствените честоти на напречните
трептения на конуса, конусът се разтрептява напречно, показано
с прекъсвана линия на фиг. 5.28. Честотата на трептене на конуса
е два пъти по-ниска от честотата на приложения сигнал. В резул-
тат на напречните трептения на конуса на мембраната в създава-
ното звуково поле се появява съставка, чиято честота е два пъти
по-ниска от честотата на електрическня сигнал, приложен на вхо-
да на високоговорителя—субхармоник.
Установено е, че човешкото ухо е много чувствително към суб-
хармоничните изкривявания — то долавя субхармоници, чието
128
ниво може да бъде до 60 dB по-ниско от нивото на основния сиг-
нал. Субхармониците рязко влошават качестврто на възпроиз-
вежданата звукова картина, тъй като при високоговорителите те
възникват в честотния обхват, в конто човешкото ухо е най-чув-
ствително — от 500 до 4000 Hz. Субхармоничните изкривявания
може дасеизбегнат само като се използуват мембрани с криволи-
нейни образуващи на конуса.
Изкривявания, породени от локални резонансни явления
на мембраната. Над една определена честота /КР мембраната на
високоговорителянетрепти като едно цяло, а представаява слож-
на трептяща система. При определени честоти над fKp излъчват от-
деляй области на мембраната, конто се намират в резонанс. Всяка
намираща се в резонанс облает представлява трзптяща система и
се характеризира с определени параметри — маса, гъвкавост,
активни загуби и качествен фактор. При по-големи амплитуди,
обусловени от подаването на по-голяма електрическа мощност
или от висок качествен фактор на трептящата облает, гъвкавостта
става амплитуднозависима и възникват нелинейни изкривявания.
По-значителни нелинейни изкривявания, дължащи се на локални
резонансни явления, възникват при резонанс на гънките или при
резонанс на плоските участьцн от конуса на мембраната. Нама-
ляването на нелинейните изкривявания от резонанс на гънките
трябва да се постигне още при конструиранзто на високоговорите-
ля, като се използуват конструктивни и технологични фактори.
Добри резултати се получават, ако се импрегнират гънките с им-
прегнанти, конто предизвикват по-големи вътрешни загуби или
като се използуват гънки от материал, който поначало има големи
вътрешни загуби.
Изкривявания, породени от Доплеров ефект. Широколенто-
вите високоговорители възпроизвеждат едновременно ниски и
високи честоти. Ако на един високоговорител се подадат едновре-
менно два сигнала с честоти /х и /а, като мембраната му ще
трепти като бутало с честота fx и в същото време отделяй нейни
области ще излъчват сигнал с честота /а. При това в различните
моменти излъчването на сигнала с честота f2 ще става от различии
положения на мембраната, т. е. непрекъснато се измени разстоя-
нието между излъчвателя и слушателя. В резултат се осъществя-
ва честотна модулация на сигнала с честота f2. Установява се нали-
чието на звукови сигнали с честоти fa—nfx (п е число от естестве-
ния ред на числата), конто отсъствуват във входния електрическн
сигнал и следователно имат характер на продукт от нелинейни
изкривявания. Те се наричат изкривявания от Доплеров ефект.
С увеличаване на мощността на ннскочестотния сигнал се увели-
S Електрэакустнвяи преобразуватели
129
чава амплитудата и скоростта на трептене на мембраната, а с то-
ва се увелнчават и изкривяванията от Доплеров ефект. При въз-
произвеждане на сигнал с една и съща мощност от високоговорите-
ли с различии размери високоговорителят с по-малка площ на из-
лъчване ще внесе по-големи изкривявания от Доплеров ефект от
високоговорителя с по-голяма площ на излъчване.
По честотен спектър съставките, получени от описания Доп-
леров ефект, съвпадат със съставките, получени от ннтермоду-
лационните изкривявания на високоговорителя при възпроиз-
веждане на сигнали с честоти /, и f2. Двата вида изкривявания
обаче не бива да се смесват. Изкривявания от Доплеров ефект се
получават дори и ако високоговорителят представлява идеален
линеен електроакустичен преобразувател.
Единственият начин за избягване на изкривяванията от Доп-
леров ефект е сигналите с честоти Д и /2 да се възпроизвеждат от
два различии високоговорителя. Нискочестотният високогово-
рител трябва да възпроизвежда сигнали с честота, не по-висока
от граничната честота, за която той трепти катб бутало.
5.8.4. Фактори, определящи насочеността
на високоговорнтелите
Геометричните размери на високоговорителя са единствените
фактори, конто определят неговата насоченост. Ако мембраната на
високоговорителя има плоска кръгла форма, насочеността му за-
вися от отношението на диаметъра d на мембраната и дължина-
та X на излъчваната звукова вълна. При конусните високогово-
рители характеристиката на насоченост завися от ъгъла при вър-
ха на конуса и от материала, от който е изработена мембраната.
За сигналите с ниска честота размерите на високоговорителя
са значително по-малки от дължината на звуковата вълна
и излъчването е почти ненасочено. С увеличаване на честотата
d
расте отношението -^-и излъчването на високоговорителя става
по-насочено.
С намаляване на ъгъла при върха на конуса на мембраната на-
сочеността на високоговорителя се увеличава.
При определена конструкция на високоговорителя насоченост-
та му завися само от честотата на излъчвания сигнал.
За намаляване насочеността на даден високоговорител мем-
130
браната му трябва да бъде колкото е възможно по-плоска и с по-
мадки размери.
Характеристиката на насоченост на високоговорителите ще
се дава при разглеждане на онези типове, за конто тя има същест-
вено значение.
5.8.5. Фактори, определящи качествения фактор
на високоговорителите и продължителността на преходните им
процеси
Качественият фактор Q на даден високоговорител зависи от
масата т, гъвкавостта с и активните загуби г. За получаване
на малък качествен фактор е необходимо динамичната трептя-
ща маса да е малка, гъвкавостта наокачването да еголямаилн
активните механични загуби да са малки. Масата т и гъвкавост-
та с се определят от съображения за получаване на ниска резонанс-
на честота, голяма чувствителност и малки нелинейни изкривява-
ния. Качественият фактор се управлява (при необходимост) от
механичните загуби. За получаване на малък качествен фактор
се увеличават механичните загуби в местата на окачване на треп-
тящата система. За увеличаване на внесените механични загуби
се увеличава коефициентьт на електромеханична връзка. Това се
постига главно чрез използуване на големи постоянни магиити,
конто създават голям магнитен поток в работната въздушна меж-
дина на магнитната система.
Преходните процеси са кратки при високоговорителите с ма-
лък качествен фактор. Добре звучи високоговорител с определе-
на оптимална продължителност на преходните процеси. Следова-
телно и качественият фактор на високоговорителите трябва да
има определена оптимална стойност. Съвременното проектиране
на озвучителните тела също поставя определени, и то доста строги
изисквания по отношение на качествения фактор на високогово-
рителите — той трябва да бъде с определена стойност, при това с
много малки отклонения от тази стойност.
5.9. ВИДОВЕ ЕЛЕКТРОДИНАМИЧНИ ВИСОКОГОВОРИТЕЛИ
5.9.1. Класификация
В зависимост от това, дали високоговорители те са предназ-
наченн да възпроизвеждат самостоятелнп лия з вуков спектър,
131
който съществува като електрически сигнал на изхода на да-
дено радиотехническо устройство, или само ограничена част от
него, те се класифицират, както следва на:
— широколентови високоговорители, предназначени да въз-
произвеждат самостоятелно целия честотен спектър;
— нискочестотни високоговорители, предназначени да въз-
произвеждат само един ограничен спектър от ниски честоти от
звуковия спектър;
— средночестотни високоговорители, предназначени да въз-
произвеждат само един ограничен спектър от средни честоти от
звуковия спектър;
—високочестотни високоговорители, предназначени да въз-
произвеждат само един ограничен спектър от високи честоти от
ввуковия спектър.
5.9.2. Присъединителни параметри
Номиналният импеданс, номиналните и монтажните размери
са присъединителни параметри за високоговорителите.
Номинален импеданс. Голямото разнообразие от номинални
импеданси на високоговорителите, което практически може да
бъде неограничено, се оказва съществена пречка за тяхната вза-
имозаменя.мост. Свободата в избора на номинален импеданс озна-
чава даден високоговорител да може да'работи оптимално само
с определен усилвател или за всеки тип усилвател да се разра-
боти специален високоговорител.
Възлриемането на една единствена стойност за номинален им-
педанс на всички високоговорители също би поставило много
проблеми пред пронзводителите на усилватели.
По препоръка на МЕК почти всички производители възприе-
ха една поредица от стойности за номинални импеданси на елек-
тродинамичните високоговорители. С препоръка на СИВ РС1640—
73 се препор ъчва възприемането на тази поредица от страните—
членки на СИВ. Съгласно посочената препоръка БДС 4947—84
132
допуска произвеждането на високоговорители с номинални стой-
ности на импеданса, дадени в табл. 5.1.
Номинални и монтажни размери. Свободата за произволен
избор на размерите на високоговорителите, колкого и да е же-
лана от конструкторите, е труднопреодолима пречка за тяхната
взаимозаменяемост. Замяната в определено радиотехническо уст-
ройство на високоговорител с един размер с високоговорител с
друг размер е свързана с изработването на нови инструмента и
коригирането на някои
от съществуващите.
Въз основа на пре-
поръките на МЕК и
СИВ в нашата страна
са стандартизирани но-
миналните и монтажни-
те размери на електро-
динамичните високого-
ворители. Размерите на
кръглите високоговори-
тели са дадени в табл.
5.2, а на овалннте—в
табл. 5.3. Означенията
са съгласно фиг. 5.29,
5.30 и 5.31.
133
Таблица 5.2
-•* Номи- нален диаке» тьр тя Външе» диаметър В. тт Моитажми размери Мини- мален ди а- метър на от- вора dx .mm Оэиаченяе съгласно МЕК
р азстояние b. mm. (фиг. 5.29) диаметър dtt mm. (фиг.5.30)
1 25 25_° (20±0,5) — (3.2) 268—14 IEC R 25
2 31 31,5_° (25±0,5) — (3.2) 268-14 IEC R 31
3 40 40_° (31,5±0,5) — (3.2) 268-14 IEC R 40
4 50 50_° (40±0,5) — (3.2) 268-14 IEC R 50
14 58 58_° (48±0,5) — (3.2) 268—14 IEC R 58
5 63 63_“ (50±0,5) — (3.8) 268—14 IEC R 63
15 66 66_° (52±0,5) — (3.8) 268—14 IEC R 66*
6 80 80_° (63 ±0.5) — (3.8) 268-14 IEC R 80
7 100 100_’ (80 ±0,5) — (3.8) 268—14 IEC R 100
17 121 121_° 94±0,5 — 3,8 268—14 IEC R 121*
8 125 125_“ 100±0,5 114±0,5 3,8 268—14 IEC R 125
18 131 131_° 102+0,5 —~ 3,8 268—14 IEC R 131
9 160 160_“ 125±О,5 148±0,5 3,8 268—14 IEC R 160
19^ 176 176_§ 135+0,5 165±0,5 3,8 268—14 IEC R 176
10 200 200_g 160±1 184 ±0,5 3,8 268—14 IEC R 200
20 204 204-5 155±1 194±0,5 3,8 268—14 IEC R 204»
11 250 250_° 200 ±1 233±1 4,5 268-14 IEC R 250
12 315 315_5 250 ±1 295±1 4,5 268—14 IEC R 315
13 400 400_° — 375±1 4,5 268-14 IEC R 400
* Размеры не се препоръчва за нови разработки.
134
Таблица 5.3
Означение съгласно МЕК 1 1 1 1 268—14 IEC Е 463 268—14 IEC Е 58 268-14 IEC Е 610 268-14 IEC Е 713 268-14 IEC Е 812 268—14 1ЕС Е 816 268—14 IEC Е 818 О □0 Ш О ш 7 X CD СЧ
Минимален диаметър на отбора, mm о? с? сч со со со СЧ СО СО © со чг ЧТ ио О о со ио ио ио о ио
X я Л ед - э « Ш б’ е? ©-Но -н -н ио — о СЧ со чг ио ио ио ио о о о о -Н -Н -Н -Н 3 S X О U5 U5 1Г5 П ?! О U0 U0 G СЧ U0 о -н. со СЧ
х Е 36 X о < ио и? ио Ф О О +1 -Н -Я СО С ио — см сч *«—' >»* "Ч—* ио ио ио ио о о о о +!*+!+] U0 О СО СЧ •* ЧТ ио ио СО ио ио ио о о’ о 44 4i +1 со со ио to CD UO ио о +1 со
о азмери, гп ч о С4 Q OI о СЧ 1 1 1 "S3 05 о ci а сч о сч о сч 1111 8 8 S п о л О СО О СО 1 1 1 UO Q со ем Ф со 0*0 1 3
Номинален Външни । размер, mm п> - 1 1 20X31,6 20_, 1 2 25X40 2Б_° 3 31,5X50 31,5_“ 4 40X63 40_° 5 50X80 50_“ 6 63ХЮ0 63_° 16 76X131 76_“ 7 80X125 80_° 17 80X160 80_° 27 80x183 80_° о из 1 8 3 X 1 X
135
Продължение на таблица 5.3
лл л 4>
оо о 00 го Ш
О сч о 2 2 сч о 04 Х> 8 из сч
ш ш ш ы ш И ш ш
о и и о и и (J о
ш ш ы UJ ш ш щ ш
•—
-*• м*
1 1 1 1 1 1
1 3 1 3 1 3 1
04 сч сч сч сч сч сч сч
о о о о о из из из
из U3 из из U3 ио ио
из U3 из из из
о О о о о ок
+1 +1 +1 -н -н -н -н -н
8 о S о из ьО 8 с из из
•— 1— 1 СО 04 сч со
О
из из из из из
о о о о о
-н -и +1 -н -н " ? -н -н
8 о 8 8 из из 04 S о £
сч
°т о ю । омэ О* от am от
о со О 8 3 1 СО со 1 из 8
сч СЧ — сч 04 со
ол 1 ©ю 1 о ПЭ опэ о со ОСО am ою
001 о о 125. sei v 1 3 8 'оог 250.
о о О со U0 О из О
со о 00 СО ио •— о
сч сч СЧ сч со
X X X X X X X X
о о § из сч СЧ со 3 S 8 8
04
оо 00 сэ о О О — СЧ
сч сч
ь пэ
136
5.9.3. Типово означенине на българските високоговорители
Съгласно БДС 4947—84 типового означение на високоговори-
телите се изгражда от букви й цифри, конто имат следного
значение:
—първа буква В (високоговорител);
—втора буква К (кръгъл) или О (овален);
— трета буква Н (нискочестотен), С (средночестотен) или В
(високочестотен). За широколентовите високоговорители трета
буква не се поставя;
— две цифри, показващн поредния номер на високоговори-
теля съгласно табл. 5.2 или 5.3;
— трета цифра, показваща поредния номер на номиналния
импеданс на високоговорителясъгласно табл. 5.1;
— четвърта цифра, показваща поредния номер на разработка-
та на високоговорителя. По-точно тази цифра се поставя за раз-
личаване на високоговорителите, конто имат еднакви конструк-
ции и присъединителни размери, но се различават по никой друг
признак, например по магнитната система.
Например овален широколентов високоговорител с номинал-
ни размери 100X160 mm (№ 8 от табл. 5.3), номинален импеданс
8 Й (№3от табл. 5.1), първа разработка ще носи типово означе-
ние ВО 0831.
Типово означение на куяолните високоговорители е:
— две букви ВК (високоговорител куполен);
— трета буква С (средночестотен) или В (високочестотен);
— две цифри, показващи диаметъра на звуковата бобина в
mm;
— трета цифра, показваща поредния номер на номиналния
импеданс на високоговорителя съгласно табл. 5.1;
— четвърта цифра, показваща поредния номер на разработ-
ката.
Например ВКВ3721 означава високоговорите л куполен високо-
честотен с диаметър на звуковата бобина 37 mm, номинален импе-
данс 4 й, първа разработка (първн вариант).
5.9.4. Еквивалентна електрическа заместваща схема
на трептящата система на електродинамичните високо-
говорители
Тя се съставя само за областта на ниските честоти, при който
трептящата система може да се разглежда като сист ема със съсре-
137
доточени параметри. Високоговорителят е електромеханичен
преобразувател и за него е в сила заместващата схема, дадена на
фиг. 3.10. Еквивалентната електрическа заместваща схема на
трептящата система на електродинамичен високоговорител е да-
дена на фиг. 5.32. Елементите са: /птрс— маса на трептящата
система, стрс — гъвкавостта на окачване на трептящата система,
^тРс — съпротивление на загубите в трептящата система, гви —
внесеното съпротивление, mR—присъединената при трептенето
маса на въздуха, rR — съпротивление на излъчването.
Ако се обединят елементите с еднакъв характер, се получава
схемата от фиг. 5.33. Означенията на схемата са
т = щтрс4-/П/?; (5.27)
Г— ГтРс + ^ вв 4-r*J (5.28)
с=гтрс. (5.29)
Въз основа на фиг. 5.23 резонансната честота /0 и качестве-
иият фактор Q на високоговорителя се определят с изразите
(5.30)
Q=~^- (5.31)
138
5.9.5. Широколентови високоговорители
В зависимост от приложението си щироколентовите високого-
ворители се подразделят на:
— широколентови високоговорители за обща употреба;
— широколентови високоговорители за вграждане в преноси-
ми радиоустройства.
Това разделяне не е само условно, а се явява като отражение
на различията в конструктивното оформяне и електроакустични-
те показатели.
Широколентови високоговорители за обща употреба. Висо-
коговорителите от този клас се използуват в настолни радиопри-
емници, телевизионни приемници, магнетофони, грамофони и пр.
Те намират приложение и за вграждане в евтини озвучителни
тела.
Високоговорителите за обща употреба трябва да имат:
— висока чувствителност;
— широк ефективен честотен обхват на възпроизвеждан е;
— ниска цена;
— технологично (високопроизводително) производство;
— малка неравномерност на честотната характеристика и
малки нелинейни изкривявания.
Високоговорителите за обща употреба се конструнрат на ба-
зата на компромиса между изискването за висока чувствителност
и изискването за малка неравномерност на честотната характе-
ристика, малки нелинейни изкривявания и кратки преходни про-
цеси. Този компромис е решен в полза на чувствителността, като
останалите параметри са в рамките на допустимите норми за нор-
мално (не висококачествено) възпроизвеждане.
Щироколентовите високоговорители се конструнрат на базата
на компромиса между изискванията за добро възпроизвеждане на
ниските и високите честоти. Стремежът е балансирано да се уве-
личава долната /д и да се намалява горната fr гранична честота,
така че да не се подчертават нито ниските, нито високите често-
ти. На практика обаче се облагодетелствува възпроизвеждането
на високите честоти. Балансираното изменение на ниски и високи
честоти означава в еднаква степей, изразена в октави, да се из-
менят долната и горната гранична честота. Например, ако долната
гранична честота е 80 Hz, т. е. с две октави по-висока от 20 Hz, би
следвало да се приеме горна гранична честота с 2 октави по-ниска
от 20 kHz или само 5 kHz. Такъв високоговорител би звучал лошо.
Слушателят сега желае да възприема музикални изпълнения с
подчертано възпроизвеждане на сигналите с високи и ниски често-
139
ти. Сега се приема нормално, ако долната гранична честота на
високоговорителя е 80 Hz, горната му гранична честота да бъде
20 kHz, разбира се, ако е възможно. При стесняване на честотния
обхват за ниските честоти не се препоръчва същото стесняване и
за високите честоти. Ако долната гранична честота се увеличи на
Фиг. 5.34
160-i-200 Hz, горната гранична честота следва да се намали на
16 или на 12,5 kHz.
Широколентовият високоговорител с кръгла форма тип В К 0933
е с номинален диаметър 160 mm. Магнитната му система е с феритен
оксиден магнит. Подходящ е за вграждане в звукови колони за
озвучаване на открити и закрити пространства, както и за озву-
чителни тела за обща употреба. Основните параметри на този висо-
коговорител са: паспортна мощност 10 W; номинален честотен
обхват 100-T-I2 500 Hz; резонансна честота 120-5-150 Hz; неравно-
мерност на честотната характеристика — 14 dB; характеристич-
на чувствителност 1 РА W'0,5. На фиг. 5.34 е дадена честотната му
характеристика, снета при 6 W, както и честотните характеристи-
ки на втория Lhi и третия Lh3 хармоник.
Овален високоговорител, намерил широко приложение в теле-
визионните приемници за черно-бяло и цветно изображение, е
високоговорителят тип ВО 0836. Номинал ните му размери са
100х 160 mm. Магнитната му система е с централен лят магнит от
съдържаща кобалт сплав и магнитен екран (чашка), намаляващ
разсеяното магнитно поле. Този високоговорител се характери-
зира със значително по-висока чувствителност — над 0,6 PaW-0-5.
Честотният му обхват е от 80 до 16 000 Hz. Паспортната му мощност
е 4 W, номиналният импеданс — 8 й. По принцип високоговори-
тели с размер 100X160 mm у нас се произвеждат цяла гама, раз-
личаващи се по вида на магнитната система или по стойността на
140
номиналния импеданс. Честотната им характеристика е почти
еднаква, но характеристичната им чувствителност е различна. На
фиг. 5.35 са показани честотната му характеристика, снета при
2 W на 1 ш, и честотннте характеристики на втория LM и третия
Lh3 хармоник.
Широколентови високоговорители за вграждане в прено-
сими радиоустройства. Някои производители ги наричат миниа-
тюрни високоговорители. Вграждат се в портативни радиоприем-
ници, магнетофони, радиокасетофони и пр.
Основните изисквания, на конто трябва да отговорят тези ви-
сокоговорители, са:
— малка маса;
— висока чувствителност.
Електроенергията, получавапа от батерии, е твърде скъпа. Ви-
соката чувствителност на високоговорителя -е предпоставка за
създаване на определено ниво на звуковото налягане при консу-
мнране на по->лалко електрическа мощност, което означава удъл-
жаване срока за работа на батериите.
Малката маса е желана от всеки, който притежава портатив-
но радиоустройство.
141
С преимуществен© предназначение за вграждайе в портативки
радиотехнически устройства нашата промишленост произвежда
високоговорителя с номинален диаметър 125 тт тип В К 0832. Той
е много подходящ за преносим стереофоничен радиокасетофон.
Фиг. 5.36
Основните му параметри са: паспортна мощност 4 W, номинален
импеданс 8 й, номинален честотен обхват ЮО-т-12 500 Hz при не-
равномерност на честотната характеристика до 14 dB, характе-
ристична чувствителност 0,8 PaW'05, коефиииент на хармонични
изкривявания не повече от 3%. На фиг. 5.36 са показани честот-
ната му характеристика, снета при 2 W, и честотните характе-
ристики на втория LM и третия Lh3 хармоник.
5.9.6. Нискочестотнн високоговорители
Висококачественото възпроизвеждане на говор и музика
иридоби широка популярност под наименована его Hi-Fi (на
английски език high fidelity означава висока вярност). Постоян-
ната пречка по пътя към създаването Ha‘Hi-Fi апаратури е въз-
142
произвеждането на сигналите с ниски честоти. Усилвателната
техника осигури усилването на сигнали с честоти под 20 Hz. Елек-
троакустичните преобразуватели обаче не могат да преобразуваг
ефективно сигналите с ниска честота. Именно те създават пречките
за реализиране на апаратура от Hi-Fi клас, която да възпроиз-
вежда пълния спектър на всякаква звукова картина.
Един от начините за разширяване на честотния обхват на
възпроизвеждане е да се конструират специални високоговорители,
конто да възпроизвеждат ефективно само определен честотен
спектър. Целият честотен спектър се раздели на две или три час-
ти, конто се възпроизвеждат от съответните специални високо-
говорители — нискочестотен, средночестотен и високочестотен.
Нискочестотните високоговорители трябва да възпроизвежда т
сигнали с честота до 20004-4000 Hz. В случай че работят съв-
местно и със средночестотен високоговорител, достатъчно е да
възпроизвеждат сигнали с честота до 5004-800 Hz. Следователно
те са освободени от изискването да възпроизвеждат ефективно
сигналите с високи честоти, а в някои случаи— и със средни често-
ти. Към тях се повишават изискванията за ефективно възпроиз-
веждане на сигналите с ниски честоти.
Разделянето на честотния спектър се реализира предимно в
апаратура от Hi-Fi клас. Този фактор определи и останалите из-
исквания, на конто трябва да отговарят нискочестотните високо-
говорители—малки нелинейни изкривявания, малка неравно-
мерност на честотната характеристика, кратки преходни процеси„
ненасочено излъчване. Характеристичната чувствителност, т. е.
ефективността на преобразуване на високоговорителя и неговата
маса тук са второстепенни показатели. Необходимого звуково на-
лягане се създава чрез преобразуването на по-голяма електричес-
ка мощност. Затова нискочестотните високоговорители се харак-
теризират с голяма паспортна или номинална мощност. Големите
мощности са продиктувани и от изискването за неизкривено въз-
произвеждане на звукови картини с голям динамичен обхват.
Излъчената от един високоговорител акустична мощност Рак
за ниските честоти се определи със зависимостта
= (5.32>
където k е коефициентът на пропорциона л ноет;
S — ефективната площ на излъчване на високоговорителя;
х — амплитудата на трептене на звуковата бобина;
f — честотата на сигнала.
Изразът (5.32) насочва към определяне конструкцията на нис-
143
кочестотните високоговорители. От него се вижда, че за да бъде
голяма излъчената акустична мощност при малка стойност на f,
необходимо е произведеннето .vS да бъде голямо.
Конструкцията на високоговорителя трябва да позволява го-
ляма амплитуда на подвижната му система, без да възникват не-
линейнн изкривявания. Гъвкавостта на окачване трябва да'оста-
Ва постоянна при значителни отклонения от равновесного поло-
жение. Това се реализира, като трептилката се конструира с голям
диаметър, а гънките имат сравнително широка площ. Опасността
ст излъчване от гънките се избягва, като се изработват от каучу-
кова смес или от гумиран плат. Най-добър резултат се полу,чава
при използуването на микропореста каучукова смес за наработ-
ка на гънките. Звуковата бобина трябва да бъде значително по-
висока от височината на работната въздушна междина, с което се
нзбягват нелинейните изкривявания при големите амплитуди.
Прсводникът на звуковата бобина е със сравнително голям диа-
метър, за да издържа големите електрическн натоварвания и да
не се разрушава при консумирането на голяма електрическа мощ-
пост.
Площта на мембраната трябва да бъде голяма, но това е свър-
зано с размера на високоговорителя, а чрез него и с размера на
озвучнтелното тяло. Всеки желае да притежава озвучителни тела,
конто да възпроизвеждат ефективно сигнали с честота 20 Hz, но
никой не желае да постави в дома си озвучителни тела с обем 1 тп3
(1000 литра). Все пак трябва да се има предвид, че с увеличаване
площта на излъчване на високоговорителя се намалява амплиту-
дата на трептящата му система при дадена честота за създаване
на едно и също звуково налягане. И обратно, ако се намали раз-
мерът на високоговорителя, трябва да се създаде възможност за
увеличаване амплитудата на трептящата му система, за да въз-
произвежда той със същата ефективност сигнал с дадена ниска
честота. Затова при нискочестотните високоговорители с по-мал-
ки размери отношението между височината на звуковата бобина
и височината на работната въздушна междина трябва да бъде по-
голямо, отколкото при високоговорители с по-големи размери
при условие, че трябва да възпроизвеждат еднакво ниските често-
ти. За увеличаване на здравината звуковите бобини се навиват
върху основа от алуминиево фолио. Изолационният лак на про-
водника и лепилото, с което проводникът е залепен към звукова-
та бобина, трябва да издържат високи температури — 130—150°С.
Обикновено готовите звукови бобини се импрегнират допълнител-
но в епоксидна смола. Но и това не е достатъчно. В последно вре-
ме се използуват лепила, конто са устойчиви до 500°С. С такива
144
лепила са създадени високоговорители с паспортна мощност до
5004-800 W.
За намаляване' продължнтелността на преходните процеси до-
принасят загубите в гумената гънка, но при нискочестотните ви-
сокоговорители се разчита главно на голямата стойност на работ-
ния магнитен поток. Той е необходим и за получаване на една
приемлива чувствителност. Масата на подвижната система на
нискочестотните високоговорители е голяма и ако работайят
магнитен поток не е достатъчно голям, чувствителността им ще бъ-
де нищожно малка. Обикновено стойността на работния магнитен
поток е над 500 pWb (50 000 Мх), като достига" до 2000 pWb
(200 000 Мх). Това определи голямата маса на магнитните системи
и на високоговорителите.
Високоговорителите от Hi-Fi клас работят при домашни усло-
вия, на закрито и издържат въздействието на климатични факто-
ри, съответствуващи на нормален климат. Магнитната им систе-
ма обикновено е с пръстеновиден оксиден магнит.
Мембраната на нискочестотните високоговорители обикнове-
но представлява не много висок конус с голям ъгъл при върха на
конуса. Изработва се предимно от хартия. В последно време се
произвеждат нискочестотни високоговорители с плоски мембра-
ни със сложна конструкция, иаподобяваща пчелна медиа пита.
Произвеждат се и нискочестотни високоговорители с конична
мембрана, изработена от специални пластмаси с различии пълни-
тели, при което се получава лека и здрава мембрана със значител-
ни вътрешни загуби.
Нашата промишленост произвежда широка гама от нискочес-
тотни високоговорители, предназначени за изграждане на дву-
лентови и трилентови озвучителни тела предимно от Hi-Fi клас.
Нискочестотният. високоговорител тип ВК.Н 0822 е с номина-
лен диаметър 125 mm. Паспортната му мощност е 20 W, номинал-
ният му импеданс — 4Й, а резонансната му честота — не по-висо-
ка от 60Hz. Произвежда се с оксидна магнитна система с вътре-
шен диаметър на-работната въздушйа междина 25 mm. Гънките на
високоговорителя са от гумиран плат, което е предпоставка за
малки нелинейни изкривявания и кратки преходни процеси. На
фиг. 5.37 е дадена честотната характеристика на високоговори-
теля заедно с честотните характеристики на втория Lh2 и третия
LhJ му хармоник, снети със синусойден сигнал при следните ус-
ловия: в обхвата от 250 до 1000 Hz — при работна мощност, в
обхвата от 1000 до 2000 Hz — при 0,5 от работната мощност и в
обхвата от 2000 до 4000 Hz — при 0,25 от работната мощност.
Произвежда се високоговорител със същите размери и параметри,
10 Електроакустичяи преобразувателя
145
но с номинален импеданс 8 Q, чието тнпово означение е В КН 0832.
~ ДинамичнаТИ "масз~т~На трептЗТЩЭТа система на високоговори-
тел тип ВКН0822, включваша масата на звуковата бобина, маса-
та на мембраната, част от масата на гънката и трептилката и ма-
сата на присъединения при трептенето въздух e8g. При резонанс-
на честота 60 Hz за пълната гъвкавост на трептящата система се
получава с=0,88 mm/N. Еквивалентната звукопзлъчваща по-
върхност е Se=7,22.10*3 ш2. Еквивалентният на окачването обем
Ve, който има гъвкавст с, като се възбужда през отвор с площ
Se, е ^=6,2.10*3 ш3. Трите качествен!! фактора, конто характе-
ризират високоговорителя, имат следните стойности:
— механичен качествен фактор QM=2,6;
— електрически качествен фактор Qe =0,5;
— пълен качествен фактор QT=0,42.
Нискочестотният високоговорител тип ВКН 0922 е с номинален
диаметър 160 mm. Неговата паспортна мощност е 20 W, номинал-
ният му импеданс — 4 О, а резонансната му честота — не по-висо-
ка от 40 Hz. Номиналният диаметър на звуковата му бобина е 25
mm. Гънките на мембраната се изработват от гумиран плат, пора-
ди което високоговорителят внася малки нелинейни изкривява-
ния и има кратки преходни пронеси. Честотните характеристики
146
на високоговорителя са дадени на фиг. 5.38. Условията на измерва-
не са сидите както при тип ВКН 0822. Динамичната маса на този
високоговорител е 10,5 g, гъвкавостта на окачваге на трептящата
система с=0,95 mm/N, а еквивалентната звукоизлъчваща повърх-
Lp,i I
dB
100 -
90 -
Фиг. 5.38
ноет е Se = 11,6.10*8тг. Еквивалентният на окачването обем е Vr=
= 18,ЗЛО'3 ma=18,3 dm3 (литра).
Трите качествени фактора имат стойностите
QM =2,68; Qe =0,65; QT=0,523.
Високоговорителят тип ВКН 0932 има същите параметри и
размери, но е с номинален импеданс 8 Й.
Нискочестотният високоговорител тип ВВК 201Б8 е с диаме-
тър 204 mm. Неговата паспортна мощност е 30 W, а номиналния г
му импеданс —8 Q. Резонансната честота на високоговорителя
е 30 Hz, а горната му гранична честота — 4 kHz, при обща неравно-
мерност на честотната характеристика до 12 dB, като в обхвата
от 100 до 4000 Hz неравномерността е не по-голяма от 8 dB. Харак-
теристичната му.чувствителност е 0,6PaW"°-5. Мембраната сеокач-
ва върху шасито с гънки от гумиран плат с трионообразна форма,
осигуряващи голяма гъвкавост и значителни механ ични загуби, в
резултат на което високоговорителят има ниска резонансна често-
та, кратки преходни процеси и внася малки нелинейни изкривява
147
ния. Звуковата му бобина се изработва от медей проводник с диа-
метър 0,23 mm, навит върху алуминиева цилиндрична основа с
диаметър 0=26 mm. За осигуряване на голяма електрическа
товарэспособиост на високоговорителя без опасност от динамично
разц'ентроване, работната въздушна междина на магнитната му
система е с широчина 1,3 mm: Използува се оксиден магнит. На
фиг. 5.39 са дадени честотните характеристики с втория и третия
хармоник. Динамичната маса на трептящата система на високо-
говорител тип ВВК201Б8е 18 g, гъвкавостта на окачването му е
1,54 mm/N, еквивалентната звукоизлъчваща повърхност — 2,02.10'2
гл2 и еквивалентният на окачването обгм — 87 dm3 (литра).
Качествените фактори на този високоговорител имат следните
стойности: QM=2,80; Qe =0,62, и QT=0,51. Високоговорителят с
идентични параметри, но с номинален импеданс 4 Q има типово
означение ВВК 201Б4.
Високоговорителят тип BKH103I е също нискочсстотен с но-
минален диаметър 200 mm, паспортна мощност 40 W и номинален
импеданс 8 К. В магнитната система се използува лят магнит от
сплав кониал-5 и се осигурява много голям магнитен поток в
работната въздушна междина — 1300 pWb. Мембараната се окач-
ва върху шасито с гънка от гумиран плат с напречно сечение
полукръг, осигуряваща голяма гъвкавости големи механични загу-
би. В резултат на това и на големия работен магнитен поток висо-
148
коговорителят има ниска резонансна честота, кратки преходни
процеси и внася малки нелинейни изкривявания. Резонансната
му честота е 28 Hz, а горната гранична честота е 4000 Hz при обща
неравномерност до 12 dB, като в обхвата от 100 до 4000 Hz тя е не
по-голяма от 8 dB. Характеристичната чувствителност на високо-
говорителя е не по-малка от 0,6 PaW"0-5. Номиналният диаметър
на звуковата бобина е 37 mm, изработва се от меден проводник.
Ди намичната маса на високоговорителя е 22 g, пълната гъвкавост
। на окачването му е 1,45 mm/N, еквивалентната звукоизлъчваща
I повърхност е 1,76.10"2 т2 и еквивалентният на окачването обем
I е 64 dm3 (литра). Съответните качествени фактори са: QM=2,78,
Qe =0,41 и QT=0,358. На фиг. 5.40 са дадени честотните характе-
: ристики, конто са аналогии! и с тези на другите разгледани ниско-
честотни високоговорители.
Нискочестстният високогсеорител тип ВКНГ233 е с номина-
лен диаметър 315 mm. Номиналният диаметър на работната въз-
। душна междина е 52 mm, а магнитният поток в работната въздуш-
на междина е 2100 pWb. Паспортната мощност на този високогово-
1 рител е 80 W, характеристичната му чувствителност — 1 PaW* °-5,
а номиналният му честотен обхват е от 40 до 4000 Hz. Трептящата
। система се окачва към шасито с гънки от гумиран плат с полукръг-
t ло сечение. Динамичната маса на високоговорителя е 44 g, пъл-
Г нала тъвкавсст на окачването му е 0,92 mm/N, звукоизлъчвашата
[ повърхност е 4,9.10'2 ш2 и еквивалентният на окачването обем е
’ 310 dm3 (литра). Стойностите на съответните качествени фактори
149
ca: Qm=2,00, <?е=0,42и QT =0,347. Честотните характеристики с
хармониците са показани на фиг. 5.41. От нея може по-точно да се
определят основните параметри, както и да се установи малката
стойност на коефициента на хармонични изкривявания в сравне-
ние с допустимите стойкости.
За сравнение ще бъдат дадени съответните данни за някои висо-
коговорптели, произвеждани от други европейски фирми.
Иискочестотният високогооорител тип AD80605IW8 на фир-
мата PHILIPS има следните данни. Номиналният му диаметър
е 194 mm, паспортната му мощност в затворен обем 25 dm3 е
40 W, номиналният му импеданс е 6 Й. Резонанспата честота на
високоговорителя е 50 Hz, номиналният честотен обхват — от
60 до 4000 Hz. Работната му мощност (за създаване на средно зву-
ково налягане с ниво 96 dB) е 4 W, т. е. нивото на характеристич-
ната му чувствителност е 90 dB, на което съответствува характе-
ристична чувствителност 0,632 PaW~0,s. Фирмата обявява и
следните данни: динамична маса — 13,4 g , гъвкавост на окачва-
нето — 0,83 mm.'N, индукция в работната въздушна междина —
0,66 Т, диаметър на звуковата бобина — 25 mm, качествени
150
фактори— QM=6,2, Qe=I,5 и QT=1,2. На фиг. 5.42 са дадени
честотните характеристики, като при снемането им нивото на хар-
мониците не е повдигнато. Ниските Нива не са регистрирани, за-
щото излизат извън бланката.
Нискочестотният високоговорител тип AD12200IW8 на фир-
мата PHILIPS има следните данни. Номиналният му диаметър
е 294 mm, паспортната мощност в затворен обем от 80 dm3 е 80 W,
максималната мощност е 150 W. Нивото на характеристична-
та му чувствителност е 88 dB, работната мощност е 5 W или харак-
теристичната чувствителност е 0,5 PaW~°-5. Номиналният често-
тен обхват е от 35 до 1800 Hz при резонансна честота 24 Hz. В
магнитната система се нзползува феритен магнит с диаметър 121 mm
и маса 0,85 kg. Диаметърът на звуковата бобина е 50 mm. Енергия-
та в работната въздушна междина е 508 mJ, а магнитната индук-
ция — 0,72 Т. Динамичната маса на трептящата система е 62 g,
а гъвкавостта на окачването е 0,76 mm/N. На фиг. 5.43 са дадени
честотните характеристики на високоговорителя с тези на хармо-
ниците, откъдето се отчита неравномерността на честотната харак-
теристика в номиналния честотен обхват— 12 dB. Коефициентът
на хармонични изкривявания е измерен от 20 Hz, макар че съглас-
151
ио изискванията на стандартизацнонните документа той се кон-
тролира в обхвата над 250 Hz. Само за честотата 120 Hz коефини-
ентът на хармониците е 3%, в останалия честотен обхват тон е под
2,5%.
5.9.7. Средночестотни високоговорители
Обикновено средночестотните високоговорители трябва да въз-
произвеждат сигналите от честотния обхват 500-j-5000 Hz. Ако
се има предвид единствено това изискване, почти всеки внсоко-
говорител за обща употреба може да го удовлетвори. Но това не е
достатъчно. Неравномерността на честотната характеристика на
средночестотните високоговорители не трябва да надвишава ±4
dB спрямо средното й ниво. Изискванията за нелинейни изкривя-
вания и преходни пронеси са също високи. Това налага конструи-
рането и производството на специални средночестотни високо-
говорители.
Произвеждат се три основни разновидности средночестотни
високоговорители’— конусни, куполни и рупорни.
152
Основните съображения при конструирането на средночестот-
ни високоговорители са:
а. В целия честотен обхват е желателно подвижната система
да трепти като бутало. Оттук следва, че диаметърът на високо-
говорителя не трябва да надвишава 100ч-130 mm. С това ще се
удовлетворят и изискванията за насоченост.
б. Амплитудите на трептене не са много големи (около 1 mm).
Звуковата бобина трябва да бъде с 14-2 mm по-висока от работна-
та въздушна междина.
в. Електрическата мощност, която се подава на високоговори-
теля, е не повече от 30% от тази, която се подава на нискочестот-
ния високоговорител. Диаметърът на проводника на звуковата
бобина може да бъде по-малък.
г. Излъчваната акустична мощност е постоянна в честотния
обхват и зависи от квадрата на коефициента на електромеханична
С
връзка В1 и отношението —. Следователно те трябва да бъдат
по възможност по-големи.
д. За получаване на кратки преходни пронеси също е необходи-
ма голяма стойност на В1. Магнитните системи за средночестотни-
те високоговорители трябва да осигуряватработен магнитен поток,
по-голям от 500 pWb (50 000 Мх).
е. Активните загуби в мембраната трябва да бъдат големи.
Обикновено мембраните се импрегнират допълнително.
ж. Високоговорителят трябва да бъде предпазен от въздейст-
вието на звуковото налягане, създавано вътре в озвучителното
тяло от нискочестотния високоговорител.
По конструкция конусните средночестотни високоговорители не
се различават от нискочестотните или от високоговорителите за обща
употреба. Нискочестотни високоговорители с размери до 130 mm
се използуват и като средночестотни. Използуват се и високо-
говорители за обща употреба със силно импрегнирани гънки и ко-
нус на мембраната. За предпазване от звуковото налягане, което
нискочестотният високоговорител създава в обема на озвучително-
то тяло, конусните средночестотни високоговорители се монти-
рат в собствен затворен обем. За високоговорител с диаметър
130 mm този обем трябва да бъде 34-4 dm3, а с диаметър 100 mm
— около 2 dm3. При по-малък обем резонансната честота и ка-
чественият фактор нарастват до недопустима стойности.
Куполните средночестотни високоговорители притежават ня-
кои безспорни предимства и се предпочитат пред конусните. Раз-
мерите на излъчващия купол са по-малки и пространствената им
153
5
характеристика на излъчване е no-широка. Отношението —, от
което завися чувствителността на високоговорителя, е почти съ-
щото, както при конусните високоговорители, в резултат на кое-
то излъчената акустична мощност не се намалява, разбира се при
равни други условия — запазване на стойността на В1. Куполна-
та форма е по-стабилна от конусната и куполът трепти като бута-
ло до по-високи честоти, като за това оказват влияние и по-малки-
те размери. Нелинейните изкривявания са значително по-малки,
по-кратки са преходните процеси, честотната характеристика мо-
же да се получи достатъчно равномерна.
Произвежданият от нашата промишленост куполен средно-
честотен високоговорител тип ВКС2531 е с оксидна магнитна
система с номинален диаметър на централния полюсен накрайник
25 mm (който се приема по принцип за номинален диаметър на
звуковата бобина и на работната въздушна междина). Паспортна-
та му мощност е 20 W, номиналният импеданс — 8 Q. Номинал-
ният честотен обхват е от 630 до 8000 Hz, при неравномерност на
честотната характеристика не повече от 8 dB. Характеристична-
та му чувствителност на практика е над 0,5 PaW-°-5, м^кар че
154
производителя? обявява 0,42 PaW-0-5. На фиг. 5.44 са дадени
характеристиката на общото звуково налягане и характеристики-
те на втория Lh2 и третия Lh3 хармоник, като с прекъсвана — на-
чупена линия са означени допустимите стонности на коефициента
на хармоничните изкривявания за високоговорители от Hi-Fi
клас.
g Средночестотният куполен высокого еорител тип AD02110 Sq8
на фирмата PHILIPS е с паспортна мощност 30 W и номинален им-
педанс 8 Й. Номиналният му честотен обхват е от 550 до 5000 Hz,
работната му мощност е 4 W, т. е. характеристичната му чув-
ствителност е 0,632 PaW-0-5. Мембраната му се произвежда от спе-
циално импрегнирана текстилна материя. Магнитната му система
е с оксиден магнит с диаметър 102 mm, осигуряващ магнитна ин-
дукция в работната въздушна междина (работна магнитна индукция)
0,9 Т. Диаметърът на звуковата бобина е 50 mm. Зад магнитната
система има затворен обем, запълнен със звукопоглъщащ материал,
който е свързан с обема под купола па мембраната. По този начин
се увеличават обемът под купола на мембраната, гъвкавостта на
този обем, намалява се резонансната честота на високоговорителя
и се нЗМалява долната му гранична честота. Освен това със звуко-
поглъщащия материал се внасят активни механични загуби, с
което намаляват внасяните от високоговорителя нелинейни изкри-
вявания и продължителноспа на преходните му процеси. Честот-
ната характеристика на високоговорителя и честотните характе-
ристики на хармониците са дадени на фиг. 5.45. Вижда се, че про-
изводителят обявява една типова честотна характеристика и до-
пустимите отклонения от нея за индивидуалните честотни харак-
теристики. При това общата неравномерност на честотната харак-
теристика в номиналния честотен обхват може да достигне до
8 dB. Коефициентът на хармонични изкривявания е измерен
в обхват, който е много по-широк от номиналния, по-точно в об-
ластта на ниските честоти. В номиналния честотен обхват коефи-
циентът на хармонични изкривявания има най-голяма стойност за
долната гранична честота, но и там той е много по-малък от допус-
твмия — под 1,5%.
Средночестотният куполен високоговорител тип MD40 се
произвежда от унгарската фирма ORION. Той също се произ-
вежда с оксндна магнитна система, зад която е заграден обем,
запълнен със звукопоглъщащ материал, и е свързан с обема под
156
купола на мембраната. Паспортната му мощност е 50 W, номи-
налният импеданс е 8 Q, номиналният честотен обхват е от 600 до
6000 Hz. На фиг. 5.46 са показани честотните характеристики на
общото звуково налягане, на втория Lh2 и на третия Z.A3 хармоник,
снети при работна мощност. От показаните графики се отчита, че
неравномерността на честотната характеристика в номиналния
честотен обхват е не повече от 8 dB, а коефициентът на хармонич-
ни изкривявания е под 2% в обхвата от 600 до 1000 Hz, спада
от 1,5% до 0,7% в обхвата от 1000 до 2000 Hz и е под 0,5% в
обхвата от 2000 до 6000 Hz. Чувствителността му е по-голяма от
0,6 Pa\V-°-5.
Към куполните средночестотни високоговорители винаги се
закрепва някаква декоративна капачка със специфична конструк-
ция. Тя не е само елемент за закрепване на високоговорителя към
кутията на озвучителното тяло, а представлява едно умело съче-
тание на дизайнерского решение с акустичен коригиращ елемент.
Тази функция тя и'зпълнява като променя пътищата на излъчени-
те от различните части на мембраната звукови вълни и коригира в
по-благоприятна посока интерференциите между тях.
5.9.8. Високочестотни високоговорители
Високочестотните високоговорители се произвеждат в три ос-
новни варианта — конусен, куполен и рупорен. Те трябва да
възпроизвеждат честотния обхват от 2-*-5 до 15-*-20 kHz. Трябва
да отговарят на следните основни изисквания:
— висока горна гранична честота;
— равномерна честотна характеристика;
— малки нелинейни изкривявания;
— широка пространствена характеристика на излъчване.
Р® Конусните високочестотни високоговорители по конструкция
са подобии на високоговорителите за обща употреба, като обик-
новено шасито им е затворено (без отвори). Те имат горна гранич-
на честота 17-*-18 kHz, рядко до 20 kHz. Нелинейните им изкривя-
вания трудно отговарят на изискванията за Hi-Fi клас. Излъч-
ването им става насочено още при 10->12 kHz. Посочено бе, че при
високи честоти мембраната на конусните високоговорители не
трепти като бутало, а трептят отделяй нейни части. Поради това
в честотната характеристика на високоговорителя има върхове
и падини, тя не е гладка дори и ако неравномерността й не е голя-
ма. Посочените недостатъци са причина конусните високочестотни
157
високоговорители да не се използуват за озвучителни тела от
Hi-Fi клас.
Куполните високочестотни високоговорители имат редина
предимства:
а. Поради малките размери на купола високоговорителят из-
лъчва насочено едва при твърде високи честоти — над 16 000 Hz.
б. Куполът трепти като бутало в почти целия честотен об-
хват.
в. Локални резонансни явления на отделил области на купо-
ла не се проявяват в номиналния честотен обхват. Ако съществу-
ват, тези резонанси биха се появили едва при много високи често-
ти извън номиналния честотен обхват.
„ S
г. Отношението — може да се направи достаточно голямо, та-
ка че чувствителността да не бъде по-малка от тази на конусните
високоговорители.
д. Малката маса на трептящата система позволява да се кон-
струира високоговорител с висока горна гранична честота — над
20 kHz.
е. Преходните пронеси са кратки пак поради малката маса.
ж. Нелинейните изкривявания са малки.
з. Честотната им характеристика може да се получи достаточно
гладка.
Поради тези предимства куполните високочестотни високого-
ворители са намерили много широко разпространенне.
Мембраната на куполните високочестотни високоговорители
се изработва от различии материали: хартия, пластмаса, импрег-
ниран плат, метално фолио и пр. Горната гранична честота при
дадена маса на трептящата система е пропорционална на твър-
достта на мембраната. Широко приложение за наработка на ку-
полната мембрана са намерили пластмасите. Обикновено'се из-
ползува листов материал, който се загрява и вакуумира, за да
приеме желаната форма. Някои специалиста смятат, че пластма-
сата старее и след време се променят показателите на високого-
ворителя, поради което предпочитат хартиените мембрани. При
това пластмасата не може да се пмпрегнира допълнително. Въз-
можно е само повърхнсстното й намазване с пластификата. Япон-
ската форма ,,Jamaha“ изработва полусферичната мембрана на висо-
ко'естотния куполен високоговорител тип NS 1000 М с диаметър
30 mm от берилий с дебелина 30 pm. Твърдостта на тази мембрана
е 2,5 пъти по-голяма от твърдостта на мембраната, изработена от
титан и 6 пъти по-голяма от твърдостта на алуминиева мембрана.
158
Търсенето на нови материали продължава. Предлагат се и пласт-
маси с големи вътрешни загуби.
Звуковата бобина на куполните високочестотни високоговори-
тели трябва да бъде лека и по възможност с малъкброй навивки.
При по-лека звукова бобина масата на подвижната система ще
бъде по-малка, горната гранична честота по-висока и чувствител-
ността по-голяма. При по-малък брой навивки бобината притежа-
ва по-малка самоиндуктивност и импедансът на високоговорителя
слабо нараства с увеличаване на честотата. При поддържане на
постоянно напрежение на входа на високоговорителя консумира-
ната електрическа мощност при високи честоти ще бъде по-голямаг
отколкото в случая на значително увеличаване на импеданса при
високите честоти. С това също се увеличава горната гранична чес-
тота на високоговорителя.
С цел намаляване масата на звуковата бобина някои специа-
листи предлагат да се използува алуминиев проводник. Редица
фирми произвеждат високочестотни куполни високоговорители
със звукова бобина от алуминиев проводник. Почти същите ре-
зултати обаче може да се постигнат, като се използува тънък
меден проводник и звуковата бобина има малко навивки, т. е.
малка маса.
Горната гранична честота на високочестотните високоговори-
тели, в това число и на куполните, може да се повиши и чрез пос-
тавяне на меден пръстен върху центрглния полюсен накрайник
на магнитната система. Посочено бе, че медният пръстгн оказва
влияние върху честотната характеристика на импеданса на висо-
коговорителя — намалява стойнэстта на импеданса при високи
честоти. При малък брой на навивките на звуковата бобина може
да се получи почти същата честотна характеристика на импеданса
каквато се получава с меден пръстен. Следователно малкият брой
навивки подобрява ефективността на преобразуване на високите
честоти и поради влиянието, което оказва върху честотната харак-
теристика на входил я импеданс на високоговорителя.
Магнитните системи на куполните високочестотни високогово-
рители обикновено сас пръстеиовиден магнит от феритен материал.
Системите с магнит „Алнико“ (пръстеиовиден или централен) за-
тварят значителен обем под подвижната система, който заедно с
работник въздушен обем образува резонатор на Хелмхолц. Той
оказва неблагоприятно влияние върху хода на честотната харак-
теристика на високоговорителя — за областта иа резонансната
си честота предизвиква падина в нея. При оксидните Магнитки
системи този резонанс е изместен към по-високите честоти.
Отношението между височината на звуковата бобина и висо-
159
чината на работната въздушна междина се избира както по-голя-
wo от единица, така и по-малко от единица.
На показаната на фиг. 5.47 принципна конструкция на куполен
високочестотен високоговорител са означени следните акустични
елементи:
Фиг. 5,47
тх — маса на звуковата бобина;
гп2 — маса на купола на мембраната;
т3 — маса на гънките на мембраната;
с, — гъвкавост на основата, върху която е навита звуковата
бобина;
с2 — гъвкавост на гънките на мембраната;
<?3 — гъвкавост на периферията на гънките на мембраната, в
мястото на залепването й върху корпуса;
сл4 — гъвкавост на обема въздух, затворен под купола на мем-
браната;
са5 — гъвкавост на обема въздух, затворен под гънките на
мембраната;
г, — активни механични загуби в основата, върху която е
навита звуковата бобина;
г2—активни механични загуби в гънките на мембраната;
г3 — активни механични загуби в периферията на гънките
на мембраната в мястото на залепването й върху корпуса;
гаХ — активни акустични загуби, предизвикани от триенето на
звуковата бобина с въздуха в работната въздушна меж-
дина на магнитната система;
?51— импеданс на излъчване на купола;
г52 — импеданс на излъчване на гънките.
На фиг. 5.48, въз основа на принципната конструкция от фиг.
5.47 и посочените механични и акустични елементи, е съставена
еквивалентната електрическа заместваща схема на куполен висо-
кочестотен високоговорител.
160
Независимо от сложната схема в областта на резонансната см
честота (основния механичен резонанс) куполният високочесто-
тен високоговорител може да се разглежда като трептяща систе-
ма с една степей на свобода, съставена от пОследователно свърза-
Фиг. 5.48
ните съсредоточени параметри маса т, гъвкавост с и активни меха-
нични загуби г. Масата т на тази система се състои от сумата на
масите тл и тг и част от масата т3\ гъвкавостта с на системата е
еквивалентната гъвкавост от гъвкавостта с2 на гънката на купол-
ната мембрана и гъвкавостта с4л на обема под купола на мембрана-
та; механичните активни загуби се представят от съпротивлението
г, което може да се приеме равно на внесеното активно съпротив-
В2/2(Я ; Л)
ление гвн, определено с израза гвн
Резонансната честота w0 на купол ни я високоговорител се опре-
дели от израза
Качественият му фактор се определи от израза
<5.34$
Скоростта на трептене v0 на трептищата система на куполния
високоговорител при резонансната му честота е
®о=-г = 4г’ «М*
11 Електроакустични прзэбраэуаатели .
където F е псродената в гвуксвата бсбина електродинамична
сила;
е — е. д. н. на източника, захранващ високоговорителя;
В1 — коефиниенгът на електрсмеханична връзка.
Скоростта на трептене на трептящата система на куполния
високоговорител при произволна честота се определи от зависи-
мостта
________х к xi—jQx(x*— 1) -
където e нормир аната честота.
Звуковото налягане р, създавано от високоговорителя за една
произволна честота, се определи от зависимостта
p=aAv, (5.37)
където А е коефиниент с комплексен характер.
Ако се приеме звуковото налягане рг създавано от купол-
ния високоговорител при резонансната му честота, за реперно,
за отношението М на звуковото налягане се получава
(5.38)
Нивото L, на звуковото налягане спрямо Рг е
£,«401g х-10 lg[x>+ Q2(x’-1)’].
(5.39)
На фиг. 5.49 са показани три честотни харакеристики, изчис-
лени от зависимостта (5.39), за различии стойности на качестве-
, ния фактор Q на куполния високоговорител. От графиките се уста-
новява, че най-равномерна е честотната характеристика при Q=1 —
нивото за резонансната честота е равно на нивото за често-
ти с 3 октави по-високи от резонансната честота. При по-малки
стойности на качествения фактор честотната характеристика на-
раства плавно, като при Q=0,707 за резонансната честота нивото й е
с 3 dB по-нискоот нивото при честоти с 3 октави по-нисоки от резо-
нансната. Ако качественият фактор е значително по-голям от 1,
се наблюдава значителен подем на честотната характеристика
в областта на резонансната честота спрямо нивото при високите
честоти. При Q=2 този подем е 6, а при Q=1,41 подемът е 3 dB.
Тези резултати показват, че качественият фактор на куполните
високоговорители е важен техен параметър и трябва да се кон-
тролира в процеса на прои„зводството им. gg
162
В честотната характеристика на куполните високоговорители
може да се появи падина, която се дължн на паразитен резонанс на
гънките на мембраната. Тази падина се появява за честота
определена от израза
Фиг. 5.49
Еквивалентната гъвкавост се е гъвкавостта на паралелния
трептящ кръг, намиращ се между точките Д и Е на фиг. 5.48.
Обикновено честотата се намира между 5 и 8 kHz.
Посочено бе, че куполът на мембраната на куполните високо-
говорители трепти като бутало, но в действителност това е вярно
само до определена честота /Ог- За полусферична мембрана с
радиус R на сферата честотата /о2’се определи от зависимостта
(5Л1>
където е е модулът на еластичността на материала на мембра-
ната;
р — плътността на материала на мембраната.
При по-високп от f02 честоти върхът на купола трепти в про-
тивофаза на останалата му част, в резултат на което в честотната
характеристика на високоговорителя се появява също падина.
163
Честотата обикновено е над 10 kHz. За избягване на тази пади-
на над централната част на купола се поставя елемент за дефазира-
не на излъчените от върха на конуса звукови вълни или за поглъ-
щането им.
Фиг. 5.50
В нашата страна се произвеждат два типа куполни високо-
честотни високоговорители — тип ВКВ2531 е с магнитна система
с феритен магнит, а тип ВКВ3731 е с магнитна система с централен
магнит от съдържаща кобалт сплав.
Паспортната мощност на куполния високочесгпотен високогово-
рител тип ВКВ2531 е 20 W, а номипалният импеданс е 8 Q (про-
извежда се и тип ВКВ2521, чийто номинален импеданс е 4 О).
Конструкцията му е дадена на фиг. 5.50. Диаметърът на звукова-
та му бобина е 25 mm. Основните електроакустични параметри на
този високоговорител са: номинален честотен обхват от 2 до 16
kHz при неравномерност на честотната му характеристика не пове-
164
че от 12 dB, а в обхвата от 2 до 8 kHz — не повече от 4 dB спря-
мо среднего ниво; характеристична чувствителност — не по-
малка от 0,4 PaW-0-5 (фактически около 0,6 PaW~0-5), коефициент
на хармоннчните изкривявания, измерен при ниво на среднего
звуково налягане 90 dB, не по-голям от 1%; излъчване на —15°
от оста, намаляващо с не повече от 4 dB спрямо излъчването по ос-
та. Честотната характеристика на ВКВ2531 по оста е дадена на
фиг. 5.51 заедно с честотната характеристика на 15° от оста. На
същата фигура е дадена и импедансната характеристика на високо-
говорителя. Вижда се, че излъчването на високоговорителя на
— 15° е почти ненасочено. От импедансната характеристика се
вижда, че с увеличаване на честотата импедансът нараства незна-
чително. Това е постигнато, като звуковата бобина е конструирана
с по-малка височина от височината на работната въздушна межди-
на. На фиг. 5.52 са показани честотните характеристики на об-
щото звуково налягане Lt, на втория хармоник и на трети я
хармоннк La3. Вижда се, че коефициентът на хармоннчните из-
кривявания е много малък — по-малък от 1%. Високоговорителят
внася малки нелинейни изкривявания, тъй като звуковата бобина
остава изцяло в работната въздушна междина дори и за най-нис-
ката честота на номиналния честотен обхват. Резонансната често-
та на високоговорителя е около 1000 Hz, т. е. с една октава по-
ниска от долната гранична честота на номиналния честотен об-
хват. Мембраната на ВКВ2531 се изработва от листов пластмасов
165
материал (макрофол) чрез вакуумиране. За отбелязване е, че ефек-
тивният честотен обхват на куполння високочестотен високогово-
рител тип BKB253I е твърде по-широк от номиналния честотен
обхват, и то в областта на ниските честоти. Ефективният честотен
обхват е до около 500 Hz, а номиналният е до 2000 Hz. Използува-
нето обаче на високоговорителя в обхвата под 2000 Hz е недопус-
тимо поради нарастване на амплитудите на трептене, особено около
резонансната честота и опасността от възникване на значителни
нелинейни изкривявания. Сыцествува опасност и от топлинно
претоварване. Това се отнася по принцип за всички високочестот-
ни високоговорители.
Лентовите високочестотни високоговорители са електродина-
мични с подвижна бобина, която обединява в себе си звуковата
бобина и мембраната. Те имат някои безспорни предимства пред
куполните — почти безинертни са (масата на трептящата им сис-
тема е много малка) и имат много кратки преходни процеси, а
горната им гранична честота достига до 40 kHz.
Нашата страна е една от малкото страни, който произвеждат
лентови високочестотни високоговорители. Произвеждат се ня-
166
колко типа със й без акустичен рупор, чиято основна роля е уве-
личаване на ефективността на преобразуването на сигналите с
по-ниски честоти. Но те всички имат еднаква принципна конст-
рукция— лентичката се изработва от нагънато като хармоника
много
тънко алуминиево
фолио, а свързването
към
усилвателя се осъществява
със съгласуващ трансфор-
матор, тъй като съпротив-
лението
на лентичката е.
много малко. Наскоро бе
внедрен в редовно произ-
водство високоговорител'
тип ВЛДД80. Паспортна-
та му мощност е 80 W
при две разновидности на
номиналния импеданс—4 и
8 й. Номиналният му че-
стотен обхват е от 2 до 25
kHz, чувствителността му
е не по-малка от 0,8
PaW-0-5, коефициентът на
хармонични изкривявания
е по-малъкот 1%. Нафиг.
5.53 а са дадени импе-
Фиг. 5.53а
дансната и честотната ха-
рактеристика на ВЛДД80.
Вижда се, че в ходният
импеданс на високоговорителя остава почти постоянен в целия
честотен обхват.
Куполният високочестэтгн високоговорител ’тип AD 11600/Т8
се произвежда също от фирмата PHILIPS. Номиналният му чес-
тотен обхват е от 2,5 до 20 kHz, а номиналният му импеданс е
8 Й. Йаспортната му мощност при 2 kHz е 20 W, а при 4 kHz —
50 W. Работната му мощност (за създавйне на звуково налягане с
ниво 90 dB) е 1,2 W. Куполната му мембрана се изработва от им-
прегнирана текстилна материя. Магнитната му система е с фери-
тен магнит и създава работна магнитна индукция 1,3 Т. На фиг.
5.53 б са дадени честотната характеристика на високоговорителя
и характеристиките на хармониците, снети при работната мощност.
Пот, купола на мембраната е поставен звукопоглъщащ материал,
който допринася за получаване на гладка честотна характеристи-
ка и малки нелинейни изкривявания.
167
Унгарската фирма ORION произвежда куполния високочесто-
тен високоговорител тип HD 25. Неговата паспортна мощност е
50 W при номинален импеданс 8 Й. Номиналният му честотен об-
хват е от 2 до 20 kHz, а чувствителността му е не по-малка от 0,6
PaW~0-5. Високоговорителят има равномерна честотна характе-
ристика и внася малки нелинейни изкривявания. На фиг. 5.54 са
дадени честотните характеристики на високоговорителя и тези на
хармониците.
5.9.9. Рупорни високоговорители
Високоговорителите с директно излъчване се характеризират
с много малък коефициент на полезно действие (к.п.д.) — от
порядъка на 0,5 до 5%. Основната причина за това е, че масата
на въздуха, който се разтрептява от високоговорителя, е много
168
малка поради малката относителна маса на въздуха. Въздухът,
който е акустичен товар на високоговорителя, има малък акусти-
чен импеданс, докато изходният акустичен импеданс на високо-
говорителя е значително по-голям. Може да се приеме, че висо-
коговорителят е генератор на ток, натоварен с много малко съпро-
Фиг. 5.54
тивление. За увеличаване на к.п.д. е необходимо да се увеличи
съпротивлението на товара.
Под рупор се разбира тръба с постепенно нарастващо сечение
или пресечен конус (пресечена пирамида) с определена височина.
От закона за нарастване на сечението на рупора зависи ефектив-
ността от неговото използуване. Сыцествуват две основни разно-
видности рупорни високоговорители — широкогърлени и с пред-
рупорна камера на налягане. При широкогърлените рупорни висо-
коговорители площта на входното сечение на рупора е малко по-
малка (1,5-г-2 пъти) от излъчващата площ на мембраната на висо-
коговорителя — фиг. 5.55 а. Най-простата конструкция на рупор,
която се използува от хилядолетия, е с форма на прав кръгов пре-
сечен конус. Установено е, че този рупор не подобрява режима на
функциониране на оамия високоговорител, не допринася за уве-
личаване на неговия к.п.д. Звуковото налягане по оста се увели-
чава, но това става само за сметка на осовата концентрация —
концентриране на излъчването предимно по оста. За подобряване
169
J
ефективността на рупора е необходимо в началото площта на кето-
вого сечение да се измени бавно. а с отдалечаване от високоговори-
теля изменението да нараства. Това е възможно, ако относително-
то изменение на площта е пропорнионално на изменението на раз-
стоянието, т. е. ако е спазена зависимостта
(5.42)
«ъдето pi е коефициентът на пропорционалност.
От решението на (5.42) се получава, че площта на сечението
на рупора трябва да нараства по експоненциален закон. Рупори,
при конто е спазен този закон, се наричат експоненциални. При
експоненциалните рупори съществува една критична честота
<окр=^, под която рупорът не излъчва. Тук <?0 е скоростта на
звука.
Еквивалентната заместваща схема на широкогърления Pj.,o-
рен високоговорител от фиг. 5.55а е дадена на фиг. 5.55 б, където:
т. с са маса и гъвкавост на окачване на високоговорителя;
тх е присъединена маса от задната страна на високогово-
рителя;
170
<\, rt са гъвкавост на обема зад високоговорителя и загубите
в него;
г, х — компонента на входния акустичен импеданс на рупора;
ск гъвкавост на обема на предрупорната камера.
Фиг. 5.56
Фиг. 5.57
|Принципната конструкция на рупорен високоговорител с
предрупорна камера на налягането е дадена на фиг. 5.56, а замест-
ващата електрическа схема — на фиг. 5.57 и 5.58, където:
т и с са маса и гъвкавост на трептящата система;
сл е гъвкавост на въздушния обем на предрупорната
камера, възбуждана през S,;
/• >
171
гк и Хр — активна и реактивна компонента на съпротивлението
на излъчване на рупора;
Si е излъчваща повърхност на мембраната;
•S'o — площ на гърлото (входного отверстие) на рупора;
s
----коефиииент на трансформацията.
Елементите гя и хй може да се приведат към първичната стра-
на на трансформатора, като г=пггк и х=п2хк.
От анализа на схемата от
фиг. 5.58 може да се устано-
ви, че в областта на не мно-
го високите честоти активна-
та компонента на съпротив-
лението на излъчване на ру-
пора поради трансформация-
та нараства п2 пъти. За из-
лъчване на независима от че-
стотата акустична мощност е
необходимо активного съпро-
тивление на излъчване да бъ-
де значително по-голямо от
Фиг. 5,58
реактивната компонента на
механичния импеданс на мембраната xM=<i)xn—Това може да
се постигне при достатъчно големи стойности на коефициента на
трансформация п. За осигуряване на достатъчно добра характе-
ристика на рупорния високоговорител е необходимо гъвкавостта
ск на предрупорната камера да бъде значително по-малка от
гъвкавостта с на окачването на трептящата система.
За анализа на работата на рупорния високоговорител е целе-
съобразно да се въведат следните означения:
1
<0!=-=-----резонансна честота на трептящата система;
<Jmc
1
»2= —резонансна честота, получена от взаимодеиствието
на масата на трептящата система и гъвкавостта на предрупорна-
та камера.
Установено е [48], че к.п.д. на рупорен високоговорител има
максимум при честотата Ы]. Стойността на този максимум нараства
с увеличаване на индукцията В в работната въздушна междина и
на.малява с увеличаване на коефициента на трансформация п. С
увеличаване на честотата над <ог к. п. д. намалява главно поради
увеличаване на инерционного съпротивление шт на трептящата
172
система, а също и поради намаляване на реактивната компонента
на предрупорната камера С намаляване на честотата под wt
к.п.д. намалява главно поради увеличаване на реактивната ком-
понента на окачването на трептящата система. Неравномерност-
та на честотната характеристика на к.п.д. намалява с увелича-
ване на п. Следователно за получаване на достатъчно широк ефек-
тивен честотен обхват на възпроизвеждане за рупорния високо-
говорител е необходимо да се увеличава п, но с това се намалява
максималният к.п.д. при (i>v Намирането на оптималната стой-
ност на п е проблем за решаване в процеса на конструиране на
рупорен високоговорител. С увеличаване на индукцията В нерав-
номерността на честотната характеристика на к.п.д. намалява,
а стойността на к.п.д. при Wj нараства. Следователно за увели-
чаването на В няма ограничения.
За разширяване на честотния обхват в областта на. високите
честоти е необходимо <о2 да бъде достатъчно висока, т.е. гъвкавост-
та ск На предрупорната камера или масата т на трептящата сис-
тема трябва да са достатъчно малки.
Конструкцията на предрупорната камера оказва изключител-
но голямо влияние върху параметрите на рупорния високогово-
рител, поради което съществува изключително голямо разно-
образие на камери.
Резонансната честота (ih е средногеометрична на долната wH и
горната ыв гранична честота на ефективния честотен обхват.
Нашата промишленост прэизвежда рупорния високоговорител
тип ВР102, който е предназначен за озвучаване на открити про-
странства и има следните параметри:
паспортна мощност 10 W
номинално захранващо напреженне 30, 120 или 240 V
номинален честотен обхват 400-т-5000 Hz
неравномерност на честотната характеристика ^16 dB
характеристична чувствителност §s3,5 PaW~°-5
размери ' 0220 X 320 mm
маса а 2,2 kg
На фиг. 5.59 е показана честотната му характеристика, снета
при 1 W/lm.
Унгарското предприятие BEAG произвежда рупорния високо-
говорител тип НТ220, предназначен за озвучаване на открити
пространства. Неговите параметри са:
номинална мощност (с превкл ючване) 5, 10 или 20 W
173
номинално захранващо напрежение тип НТ220—30 от 25 до 30 V
тип НТ220-100 от 100 до 120 V
номинален честотен обхват 250-i-5000 Hz
характеристична чувствителност (IW/lm) 105 dB
Фиг. 5.59
диаметър на рупора 200 mm
дължина на рупорния високоговорител 285 mm
маса 3,5 kg
Френската фирма BOUYER произвежда рупарен високогово-
рител тип RP200a canon loudspeaker 1201150 UZ със следните па-
раметри:
номинална мощност 120 W
максимална мощност 150 W
номинален импеданс 8 й
номинален честотен обхват 150-е-3000 Hz
размери 895 x1935 mm
маса 17 kg
Подходящ е за озвучаване на открити пространства, включи-
телно морски условия (за съсредоточени озвучителни системи).
174
5.9.10. Високоговорители за оркестри
За възпроизвеждане изпълненията на оркестрови състависе из-
ползуват озвучителни тела, конто са предназначени специално за
Фиг. 5.61
17S
тази цел. За тези озвучителни тела се конструират и произвеж-
дат специални високоговорители, към конто се предявяват твърде
специфични изисквания. Основните изисквания, на конто трябва
да отговарят високоговорителите за оркестри, са:
Фиг. 5.63
,— голяма чувствителност — от порядъка’на 2 PaW-0-5, т. е.
от 2 до 3 пъти по-голяма от чувствителността на високоговорите-
лите за обща употреба и тези от Hi-Fi клас;
—голяма паспортна мощност—не по-малка от 50 W, като същест-
вуват високоговорители с паспортна мощност до 800 W.
Тези изисквания са наложени от целта, която си поставят оркес-
тровите състави — да създават в озвучаваното пространство зву-
ково налягане с много високи нива.
Съвременните оркестрови озвучителни тела са изградени като
двулентови или трилентови акустични системи. В съответствие с
това високоговорителите за оркестри биват нискочестотни, сред-
ночестотни и високочестотни. Нашата промишленост произвежда
и от трите типа.
Нискочестотният високоговорител тип В КН 1331 е с номина-
лен диаметър 400 mm и е предназначен за вграждане в оркестро-
ви озвучителни тела. Неговата паспортна мощност е 100 W, а
характеристичната му чувствителност е 2 PaW-°-5, т. е. този висо-
коговорител задоволява основните изисквания за оркестрови
176
високоговорители. Номиналният честотен обхват на високогово-
рителя не е широк — от 40 до 2000 Hz, но това е напълно доста-
тьчно. Номиналният му импеданс е 8 Q, а резонансната му често-
та — 50 Hz. Неравномерността на честотната му. характеристика
е достатъчно малка — в обхвата от 100 до 2000 Hz тя е не повече
от 8 dB (на практика е около 6 dB). Масата му е 8 kg. Типовата
честотна характеристика на високоговорителя, снета при 1-W/lm,
е дадена на фиг. 5.60. На фиг. 5.61 са дадени честотните характе-
ристики, а на фиг. 5.62 — външният вид на високоговорителя.
Средночестотният рупорен високоговорител тип ВРС5231,
предназначен за вграждане в оркестрови озвучителни тела, е с
паспортна мощност 50 W, а характеристичната му чувствителност
е 1,8 PaW-0-5. Номиналният му импеданс е 8 Q, номиналният
честотен обхват — от 400 до 4000 Hz при неравномерност на чес-
тотната характеристика не по-голяма от 8 dB. Високоговорителят
издържа значителни електрическн претоварвания — звуковата
му бобина е с номинален диаметър 52 mm. На фиг. 5.63 са дадени
честотната характеристика на ВРС5231, снета при 1 W/l тп, и
честотните характеристики на хармониците.
12‘Електроакустични преа*ра»Ува .'ели
177
Високочестотният рупорен високоговорител тип BPB373I
също е предназначен за вграждане в озвучителни тела за оркест-
ри. Неговата паспортна мощност е 50 W, а характериётичната
чувствителност е не по-малка от 1,6 PaW-0-5. Номиналният му
честотен обхват е от 2000 до 12 5000 Hz при допустима неравно-
мерност до 16 dB. Номиналният му импеданс е 8 Q (вариантът
ВКС3741 е с номинален импеданс 15 Q). Честотната характерис-
тика на високоговорителя, снета при IW/lm, е дадена на фиг.
5.64. Характеристиката е снета с шумов сигнал по терпи в условия
на свободно звуково поле.
5.10. ИЗМЕРВАНЕ НА ОСНОВНИТЕ ПАРАМЕТРИ
НА ЕЛЕКТРОДИНАМИЧНИТЕ ВИСОКОГОВОРИТЕЛИ
За измерване на електроакустичните параметри на високогово-
рителите е необходима сложна и скъпа апаратура, с каквато раз-
полагат само специализираните за провеждане на електроакустич-
ни измервания лаборатории. Сравнително лесно може да се из-
мери входният електрически импеданс на високоговорителя при
определена честота, а също и да се снеме импедансната му харак-
теристика. От нея може да се определят необходимите за проекти-
рането на озвучителни тела и други акустични системи параметри
на високоговорителите. На фиг. 5.65 а е показана опитната поста-
новка, с която може да се измери входният електрически импе-
данс на високоговорителя при определена честота. Необходимо е
тонгенераторът 2 да бъде с точно градуирана скала, в противен
случай паралелно на електронния волтметър 3 трябва да се включи
честотомер за измерване честотата на генерирания сигнал. Допъл-
нителното съпротивление доп трябва да бъде попе 5 пъти по-голямо
от импеданса на високоговорителя при резонанс. Препоръчва се, за
удобство при нзмерванията, да се приеме /?доп=1 Ш, но с точност
1%. От генератора трябва да се подава напрежение с ефективна
стойност Ui=IV. При тези условия през електрическата верига,
т. е. през високоговорителя ще протече ток с ефективна стойност
/=1 mA. Показанието на волтметъра в mV ще съответствуват на
стойността на входния импеданс ZBX на високоговорителя в Й,
тъй като
U*= Р ^вх=10-3 ZBX.
'доп 1 ^вх ''доп
Като се нзменя честотата на генератора, се определя ZBX за
различните честоти и може да се построй импедансната характе-
178
ристика на високоговорителя — фиг. 5.65 б. Генераторы може
да бъде куплиран с уред 1 за записване нивото на електрическите
сигнали, при което изменение™ на честотата на генератора и
преместването на бланката на нивозаписвача трябва да бъдат
синхронизирани. В този
случай напрежението
U2 може да се подаде
на входа на нивозапис.
вача и автоматично да
се запише импедансната
, характеристика на из-
I мервания високогово-
рител.
От импедансната ха-
рактеристика на висо-
коговорителя може да
се определят резонанс-
ната честота, модулът
на номиналния входен
импеданс, трите качест-
вени фактора и големи-
ната на реактивната
компонента, съответно
fголемината на индук-
тивността или капапи-
Гтета.
За определяне на ре-
। зонансната честота е
I необходимо да се от- фиг- 5-65
чете честотата, за която
входният импеданс получава своя първи максимум — това е точ-
но резонансната честота на високоговорителя f0-
За определяне стойнсстта на модула на номиналния импеданс
на висок 01 оворителя е необходимо да се определи при коя често-
та входният импеданс има минимум, но след максимума й да се
I измери стойнсстта га импеданса при тази честота, означена на
t (Jjir. 5.65 б като f2B- Тона е стсйността га номиналния импеданс
Г- га високогсЕсрнтсля. Входният електрически импеданс на елек-
трсдигамичтите гисокотовсрители има някси особености, конто
| трябва да се познават. Той има1 исто активен характер при три
F честоти — при честота 0 (постоянен ток) се измерва омичното
съпротивление Ро на звуковата бобина, при резонансната често-
та /0 се измерва макси малното входно съпротивление^2рх тах и при
179
честота f ?a се измерва номиналният импеданс. Между честотите
f о и Агн входният импеданс на електродинамичните високоговорите-
ли има активно-калацитивен характер. При всички останали чес-
тоти той има активно-индуктивен характер. Като се измери им-
педапсът за никоя честота, по-висока от f zH, може да се определи
индуктивността L при тази честота, ако предварително е измерено
съпротивлението Ro на звуковата бобина. Използуват се слелни-
те зависимости
(5.43)
(5.44)
Стойностите на ZBX и L, измерени при разделителната често-
та, може да се използуват за по-точно изчисляване на елементи-
те на филтъра на озвучителното тяло.
Импедансната характеристика може да се използува за опреде-
ляне трите качествени фактора на високоговорителя, но точността
не може да бъде висока, определена те стойности трябва да се
приемат като ориентировъчни. По-правилно е необходимаге Дан-
ии да се отчетат директно от самите измервателни уреди в процеса
на провеждане на измерването. Това се извършва в следяия ред:
Измерват се /?0, /0 и ZBX max •
Полага се —--V"" - = 1 1---4— = а. (5.45)
Ко Kq
Определят се двете честоти Л</0 и /2>/о. ПРИ които входни-
ят импеданс на високоговорителя е ZBX=^a /?o = VZax max Ro.
Мехаиичният качествен фактор се определи от зависимостта
(5.46)
Електрическият качествен фактор се определи от зависимостта
+ • <s-«)
където R, е сумата от изходното съпротивление на генератора
(усилвателн) и съпротивлението на проводниците, свьрзващи
високоговорителя с генератора (усилвателя). Обикновено Rt е
много по-малко от Ro и множителят (14
Пълният качествен фактор може да се определи от зависимостта
- <г'_ TK+V <5'48)
180
С дадената на фиг. 5.65 а опитна постановка може да се опреде-
ли и обемът Vc, съответствуващ на 1 ъвкавостта на окачването на
трептящата система на високоговорителя. За целта високоговори-
вителят трябва да се монтира към кутия с известен обем V- На
монтирания към кутията ви- —
сокоговорител се определи
резонансната'му честота fOc
и се изчирлява електричес-
кият му качествен фактор
(?ое по описания вече начин.
Предварително трябва да бъ-
дат известии" резонансната
честота и електрическият ка-
чествен фактор на внсокого-
ворителя преди монтирането
му към кутията. Обемът Vc се
определи от зависимостта
Фиг. 5.60-0
\ fBQ0
(5.49)
Измерването на посочените параметри може да се проведе в по-
мещение без акустична обработка (в производно помещение). Из-
мерването на електроакустичните параметри може да се извърши
само при специални условия — в свободно звуково иоле. Прост-
ранство, в което съществува само разпространяваща се звукова
вълна, създава условия за свободно звуково поле. Ако в такова
пространство бъде поставен точков звуков източник, създаваното
от него звуково налягане се измени обратнопропорцнонално на
разстоянието от източника Условия за свободно звуково поле
могат да се създадат в два случая: в пространството не съществу-
ват отразяващи звуковите вълни повърхности или, ако съществу-
ват повърхности, те трябва да поглъщат изцяло падналите върху
тях звукови вълни. Първият случай на практика е нереализуем.
Обикновено условия на свободно звуково поле се създават в за-
творени помещения, чиито степи са облиновани със звукопоглъщащ
материал, който трябва да поглъща нялата паднала върху него
звукова енергия. Тези помещения се нарича! звукозагдушени
(безехови) камери.
Чувствителността на даден високоюворител за определена чес-
тота се измерва в условията на свободно звуково поле като се из-
ползува опитната постановка, дадена на фиг. 5.66 а. На високо-
говорителя се подава напреженне от генератора 2, съответствува-
що на определена мощност, която най-често е 1 W, измзрвател
181
ният микрофон М се поставя на разстояние 0,5 т, за високогово-
рители с диаметър до 250 mm или 1m — за високоговорители с
по-големи размери. Високоговорителят се монтира на стандартен
акустичен екран, чинто размери са дадени на фиг. 5.66 б. Отчита
1
. 225
16 50
Б
Фиг. 5.66 б
се с волтметъра 3 напрежението U2 на изхода на измервателния
микрофон и се определи чувствителността S от зависимостта
— , PaW-o-5, (5.50)
VP ra
където р е измереното звуково налягане;
Р — подадената електрическа мощност;
/• — разстоянието на измервателния микрофон от високо-
говорителя;
гп — реперното разстояние (r0=l т).
Звуковото налягане р се определи от зависимостта
Р=^' ' (5-51)
182
където
U2 е напрежението, отчетено на изхода на микрофона
във V,
Ео — чувствителността на измервателния микрофон в
свободно звуково поле за честотата на измерването
във V Ра.
Чувствителността на високоговорителя в определен честотен
обхват се определи като в (5.50) звуковото налягане р се замени
със средната стойност на звуковото налягане рср в определения
честотен обхват, което се определи от зависимостта
(5.52)
където рк е звуковото налягане на фиксирана честота, определе-
но съгласно (5.51) .
За отбелязвапе е, че средната стойност на звуковото налягайе
се определи като среднеквадратична стойност (а не средноарнт.ме-
тична) в обхвата. Средната стойност може да се определи най-точ-
но, ако осредняването се извърши като се отчете звуковото наляга-
не за всяка честота от обхвата. На практика обаче това е много
трудно. Затова осредняването се извършва като се измерва звуко-
вого налягане за определени стандартна честоти, отстоящи една
от друга на една трета от октавата (на една терца). Тези честоти
са дадени в глава първа •
Ако осредняването се извършва в сравнително тесен честотен
обхват, се препоръчва честотите, за некто се измерва (отита)
звуковото налягане, да отстоят една от друга на една осма от окта-
вата или на една шеста от октавата. Зова е задължително при
определяне на средното звуково налягане в обхвати с широчина
една октава или по-тесни от октавата.
Честотната характеристика на даден високоговорител може
да се построй точка по точка от измерените чувствнтелности за
достатъчно голям брой честоти. На практика обаче не се използу-
ва такъв метод, тъй като такава честотна характеристика не може
да бъде достатъчно пълна — високоговорителите имат твърде не-
равномерни честотни характеристики, имат върхове и падини със
значителна стръмност. Затова честотните характеристики на висо-
koi оворителите се запневат като непрекъсната крива върху блан-
ка с по.мощта на специална апаратура. Ако на фиг.5.66 а гене-
183
раторът 2 се свързва към записвач на ниво /, се получава уред за
автоматично записване на честотни характеристики. Напрежение-
то от изхода на микрофона или от изхода на свързания с него
млкрофонен предусилвател се подава на входа на нивозаписвача.
г
Фиг. 5.66 в, г
Автоматично се измени честотата на генератора и синхронно с
това се измества бланката върху нивозаписвача, нивото се регис-
трира отобикновен писецстуш. Така се получава честотната харак-
теристика на високоговорителя като непрекъсната крива, показана
на фиг. 5.66 в. От тази характеристика непосредствено може да се
отчете ефективният честотен обхват на възпроизвеждане на висо-
коговорителя и неравномерността на честотната характеристика
в номиналния му честотен обхват, както е показано на фигурата.
Трябва да се има предвид, че номиналният чустотен обхват е пред-
варително зададен от производителя. Чрез начисления се определя
средната стойност на звуковото налягане в октавата с най-голяма
чувствителност и'в обхвата, в който трябва да се определи харак-
184 ... .
теристич41ата чувствителност на високоговорителя. Чувствител-
ността се изчислява от (5.50).
Честотната характеристика на високоговорителите може да
се определи и с шумов сигнал. Опитната постановка е дадена на
фиг. 5.66 г. По същест-
во генераторьт на сину-
соидни сигнали е за-
менен с генератор на
шумови сигнали / и
филтри 2 и 4, пропуска-
щи обхвати с широчина
една терца. Определе-
ната с шумов сигнал
честотна характеристи-
ка на даден високого-
ворител е напълно до-
стоверна при провеж-
дане на измерването
терца по терца, тъй
като се измерва сред-
него звуково налягане
за всяка терца. Незави-
симо от това съществува
възможност и за автома-
Фиг. 5.66 д
тично записване на честотната характеристика като непрекъсната
крива. За целта е необходимо да се синхронизира терцовият филтър-
с нивозаписвач и напрежението от изхода на микрофонния преду-
силвател 6 да се подале на входа на нивозаписвача. На схемата <5 е
усилвател на мощност, а 5 и 7 са електронни волтметри. На фиг.
5.66 д е показана честотна характеристика на високоговорител,
снета с шумов сигнал, и са определени ефективният честотен обхват
и неравномерността на честотната характеристика. Чувстпителност-
та на високоговорителя, определена от снетата с шумов сигнал
честотна характеристика, е по-точна от тази, определена от сне-
тата със синусоиден сигнал честотна характеристика. Това е така,
защото от характеристиката, снета със синусоиден сигнал, се
отчшга звуковото налягане при една честота и се приема за звуково
налягане на. терцата, т. е. приема »се за средно звуково налягане
в терцата На практика обаче стандартизираната честота може да
попадне в падина или връх на честотната характеристика и звуко-
вото налягане за тази честота да се различава съществено от
средното за герцата звуково налягане. По отношение на неравно-
меоността няма съществено значение дали измервансто ще бъде
185
проведено със синосуиден или шумов сигнал. В деиствителност
звуковото налягане се осреднява за дадена терца, а в нея може
да съществ\ват върхове или падини, но при определяне на не-
равномерността на честотната характеристика върхове и пади v
Фиг. 5.67
•с широчина до една осма от октавата не се вземат предвид. Мал-
ъа е верояшостта да съществуват върхове или падини с широ-
чина по-голяма от една осма от октавата, чието ниво да се раз-
личена от средното за октавата с повече от 0,5 до 1 dB. Такава
разлика не е съществена Затова измерването с шумов сигнал
се предпочита, то се препоръчва и от МЕК
Измерването на някои типове високоговорители (напр. ниско-
честотните) се препоръчва да се провежда в условията на т. нар.
свободно полупространство. Те може да се осъществяват на от-
крито като земпата повърхност трябва да бъде равна и да огразя-
ва звуковите вълни почти изцяло (коефициентът й на поглъщане
да бъде много малък). Наблизо до мястото на измерването не тряб-
ва да има сгради, дьрвета и други отразяващи звуковите вълни
предмети. Високоюворителят се поставя в специално направена
шахта, закрепен към акустичен екран така, че излъчващага му
повърхност да се иамира в равнината на земната повърхност —
фиг. 5.67. Обемът на шахтата трябва да бъде около 1 т3, така че
резонансната честота на високоговорителя, монтиран към този
обем, да не се измени, или по-точно да се увеличава с не повече от
2 % от стойността й, измерена на стандартен акустичен екран В
обема на шахтата се поставя звукопоглъщащ материал. Честотна-
та характеристака може да се снеме както със синусоиден, така
и с шумов сигнал, но измерванията с шумов сигнал са за пред-
почитане.
Коефициентьт на хармонични изкривявания на високогово-
рителше се измерва по опитната постановка, чиято блокова схе-
ма е дадена на фиг. 5.68. Блок 1 е генератор на синусоидни сигна-
186,
ли, 2 — усилвател на мощност, 3— волтметър, 4— микрофонен
предусилвател и 5 — анализатор на хармонични съставки на елек-
трическн сигнали. На високоговорителя се подава определено
електрическо напрежение с честота f, съответствуващо на опре-
Фиг. 5.68
делена мощност, при която трябва да се проведе измерването, като
се поддържа постоянно по време на измерването. С анализатора
на хармонични съставки се измерва напрежението V, съответст-
вуващо на общото звуково налягане р и напрежение V„, съответ-
ствуващо на звуковото налягане рп на хармоник с честота nf.
Определят се стойностите на звуковите налягания, съгласно (5.51),
р и р„ Коефициентът на хармонични изкривявания от n-ти ред
dhn за честотата f се определи в процента от зависимостта
100.
^оефициентът на хармонични изкривявания от н-ти рсд може
да се определи за всички честоти от даден честотен обхват при
определена мощност чрез непрекъснато записване на нивото на
звуковото налягане, създавано от n-тия хармоник, върху същата
бланка, върху която е записана и честотната характеристика на
общото звуково налягане. Дадената на фиг. 5 68 блокова схема
на опитната постановка нозволява непрекъснато записване на чес-
тотната характеристика на n-тия хармоник. На схемата / е апара-
тура за автоматично записване на честотната характеристика, съ-
държаща генератор на синосуидни сигнали и нивозаписвач, кон-
то са синхронизирани. Блокът 2 е усилвател на мощност, 3 —
електронен волтметър, 4 — микрофонен предусилвател, 5—тер-
цоктавен филтър. Записва се честотната характеристика на общо-
то звуково налягане като терцоктавният филтър се изключва
187
(дава сенакъсо). Върху сыцата бланка се записва честотната харак-
теристика на звуковото налягане на п-тия хармоник, като терц-
октановия филтър се настройва да пропуска само терцата, съдър-
жаща честотата на п-тия хармоник. За всяка честота може да се
определят р и рп и от (5.53) да се определи съответният коефици-
ент на хармонични изкривявания. На практика не се определи
коефнциентът на хармонични изкривявания за всяка честота, а
се определи само максималната му стойност за даден честотен об-
хват. Определи се честотата, за конто разликата между нивата на
общото звуково налягане и звуковото налягане на хармоника.е
най-малка и за тази честота се определи стойността на коефициен-
та на хармонични изкривявания. За всички останали честоти кое-
фициентът на хармонични изкривявания има по-малка стойност.
За оценка на нелинейниге свойства на високоговорителите е доста-
тъчно да се определи коефнциентът на хармонични изкривявания
за втория и третий хармоник и да се намери общият коефиииент на
хармонични изкривявания от зависимостта
(5.54)
Мощността. при която се измерва коефнциентът на хармонични
изкривявания, се определя в стандартизационпите документа на
високоговорителя или от производителя, като се указва в техни-
ческата документация. Засега съществуват международно въз-
приети нории за мощността, при която се измерва коефнциентът
на хармонични изкривявания, само за високоговорнтелите и озву-
чителните тела от Hi-Fi клас.
Характеристиката на насоченост на високоговорителя сс опре-
деля с шумов сигнал по опитната постановка, чиято блокова схема
е дадена на фиг. 5.69. Със сыцата опитна постановка може да се
определи характеристиката на насоченост на даден висбкогово-
рител със синусоиде^ сигнал като генераторът на бял шум 1 и
терцоктовният филтър 2 се заменят с генератор на синусоидни сиг-
нали На високоговорителя се подава напреженне от усилвателя
3 с определена честота f или с определен честотен обхват с широ-
чина 1/3 октава и средна честота f, чиято ефективна стойност се
измерва с волтметъра 4 и се поддържа постоянна по време на из-
мерването. Високоговорителят се върти плавно около работния
си център като се запазва постоянно разстоянието между микро-
фона и работния център на високоговорителя. Напрежението от
изхода на измервателния микрофон М е пропорционално на зву-
ковото налягане. Тосе подава чрез микрофонния предусилвател 5
на устройство™ за автоматично записване на характеристика на на
188
соченост6 (нивозаписвач, чието движение е синхронизирано с вър-
тенето на високоговорителя ВГ), което непрекъснато регистрира
нивото на звуковото налягане в точката, в която се.намира измер-
вателният микрофон. Характеристика на насоченост на даден ви-
>
Фиг. 5.69
сокоговорител може да се определи за производна честота, но
се препоръчва да се определи за стандартизираните честоти. Мощ-
ността, която се подава на високоговорителя по време на измерва-
нето, не оказва влияние върху получения резултат и обикновено
си приема 1 W. За високоговорителите обикновено се снема с
шумов сигнал честотната характеристика по оста и на 15° от нея
и се изнсква разлпката между двете характеристики да не е по-
голяма от 4 dB за конто и да е терца. Това изискване се отнася за
високоговорнтелите и озвучителннте тела от Hi-Fi клас в честот-
ния обхват до 8 kHz.
Глава шеста
ОЗВУЧИТЕЛНИ ТЕЛА
6.1. ОСНОВНА ТЕОРИЯ
;При функционирането си високоговорителят предизвиква
противопосочни изменения на състоянието на въздуха от двете си
страни — сгъстяването на въздуха от едната му страна винаги е
съпроводено с разреждането му от другата страна. Възникват
яредна и задна звукова вълна, конто са дефазирани помежду си
189
на 180° (половин дължина на звуковата вълна). Звуковото наляга-
не в дадена точка от пространството е сума от звуковите наляга-
ния, създавани от предната и задната звукова вълна. При много
ниските честоти разликата между пътщата на предната и задна-
та звукова вълна до дадена точка е незначителна част от дължи-
ната на звуковата вълна и те оставят дефазирани почти на 180'.
Звуковото налягане в определена точка от работната ос на високо-
говорителя е много малко, почти нула. Условията, при конто
звуковото налягане в дадена точка е мннимално (в частния случай
нула) поради създаване в тази точка на противофазнн налягания
от предната и задната звукова вълна на йисокоговорителя, се на-
ричат условия на акустично късо съединение. При тези условия
високоговорителят почти не създава звуково налягане в простран-
ството, а неговата трептяща система само премества въздушна-
та маса от предната към задната си страна и обратно. С увеличава-
не на честотата дължината на звуковата вълна намалява и разли-
ката между пътнщата’на предната и задната звукова вълна става
съизмерима с нея. При определена честота тя става равна на поло-
вин дължина на вьлната и фазовата разлика става равна на 0°
(или на 3603. Звуковото налягане в определената точка достига
максимална стойност. Така с увеличаване на честотата звукового
налягане нараства от 0 до някаква максимална стойност. При
продължаващо увеличаване на честотата фазовата разлика расте
от 0 до 180°, звуковото налягане отново намалява до някакъв мини-
мум. Така в честотната характеристика на високоговорителя се
появяват падини и върхове, дължащн се на изменящата сес често-
тата фззова разлика, с която пристигат предната и задната звуко-
ва вълна в точката на измерването.
За избягване на акустичното късо съединение в областта на нис-
ките честоти високоговорителите се монтират към някаква акустич-
на преграда, която раздели предното и задното звуково поле или
увеличава пътя на задната звукова вълна и се нарича акустичен
екран. Ако пре!радата е.безкрайно голяма, не съществува никакво
влияние между тези две полета. В този случай се говори за предно
и задно полупространство. Практически високоговорителите се
монтират към акустичен екран с крайни размери, например кутия-
та на радиоприемник или телевизионен приемник. Звуковото на-
лягане в определена точка се създава също от предната и задната
звукова вълна. Ако високоговорителят е разиоложен в средата
на кутия с цилиндрична форма, условията на акустично късо съе-
динение се запазват, но само за най-ниските честоти. В честотна-
та характеристика съществуват поредица от падини и върхове и в
’този случай и високоговорителят ще възпроизв ежда твърде не-
190
естествено звуковата картина. Ако високоговорителят се монтира
несиметрично към кутия с паралелепипедна форма, пътищата, кон-
то изминава задната звукова вълна, заобикаляйки кутията в
различии точки, са различии, поради което не може да се създа-
дат условия за акустично късо съединение. Или такива условия
съществуват само за най-ниските честоти, но с увеличаване на
честотата звуковото налягане нараства плавно като в честотната
му характеристика не съществуцат стръмни падини. Трябва да се
намери такова разположение на високоговорителя и това е една
от задачите, конто трябва да се решават в процеса на проектира-
не на радиоприемника или на телевизионния приемник.
За измерване на високоговорителите е стандартизирап акус-
тичен екран с пеголеми размери, към който високоговорителят
се закрепка несиметрично, поради изложените съображения.
Долната гранична честота на акустичните систем» от Hi-Fi
клас трябва да бъде не по-висока от 50 Hz, желателно е тази грани-
ца да се понижи до 20 Hz. Това изнсква използуването на акусти-
чен екран или акустично оформление, конто премахват акустич-
ното късо съединение дори и за най-ниските честоти. Най-ефикас-
ното средство за избягване на акустичното късо съединение е
високоговорителят да се монтира към определен затворен обем,
при което звуковото налягане в пространство™ ще се създава са-
мо от предната звукова вълна. Високоговорител с такова акус-
тично оформление се нарича озвучително тяло със затворен обем.
Обикновено затворения! обем е кутия със стени от дървен мате-
риал,— шперплат или плоскости от дървесни частици. Към кутия-
та се поставя основното изискване нейните стени да не се раз-
трептяват под влияние на звуковото налягане в обема й. Но това
изискване не трябва да се абсолютизира — човешкото ухо възприе-
ма като неприятии главно резонансните разтрептявания на кутия-
та. Кутиите от мрамор или алуминиеви отливки имат неразтрептя-
ващи се стени, но звученето на озвучителни тела с такива кутни
не се харесва на всеки.
Всеки затворен обем въздух, който се разтрептява през опре-
делен отвор, може да се разглежда за ниските честоти (докато раз-
мерите са по-малки от дължината на вълната) като съсредоточен
акустичен елемент - гъвкавост. Стойността на акустичната гъв-
кавост Суа се определя от зависимостта
СИа=-фр7' (6.1)
191
жъдето
V е обемът, заграден от кутията;
ф — константата, която се определи от отношението на
спеиифичните топлини на газа при постоянно на-
лягане и постоянен обем (за въздуха ф=1,4);
р,— статичното налягане (за въздуха от атмосферата на
морско равнище р,=10в Ра.)
.Механичната гъвкавост се определя от зависимостта
В случая е площта на отвора, през който се възбужда зву-
ковото налягане в обема V.
6.2. ОЗВУЧИТЕЛНО ТЯЛО СЪС ЗАТВОРЕН ОБЕМ
Фиг. 6.1
Трептящата система на озвучителното тяло със затворен обем,
чиято принципна конструкция е дадена на фиг. 6.1, включва треп-
тящата система на високоговорителя и затворения зад него обем.
В глава 5 е дадена електрическа заместваща схема на електродина-
мичен високоговорител, монтиран на безкраен акустичен екран.
Монтирането на високоговорителя към затворен обем променя
някои негови параметри. Изменения-
та са следните:
— намалява се общата маса та на
трептящата система на високбговори-
теля, монтиран към затворен обем,
тъй като присъединената маса на
въздуха от задната страна на висо-
коговорителя се намалява до 0;
— високоговорителят излъчва
акустична енергия само в предното
полупространство, съпротивлението
му на излъчване ще бъде два пъти
по-малко, а с това се намаляват об-
идите му механични- загуби^
Гъвкавостта на^бкачване на треп-
тящата система на високоговорителя остава непроменена.
Сгъстяването (свиването) и разреждането на въздушния обем
зад високоговорителя се осъществява със същата скорост на тр еп-
тене, с която трепти подвижната система на високоговорителя.
Изменението на състоянието на затворения обем въздух поражда
192
сила на реакцията, която се сумира със силите на реакцията на
елементите на трептящата система на високоговорителя. Сумата
от всички сили на реакцията се уравновесява от електродинамич-
ната сила, възникваща при функиионирането на високоговорите-
ля. Следователно механичният импеданс на затворения обем е
свързан във възел с механичните импеданси на елементите на треп-
тящата система и в електрическата еквивалентна заместваща схе-
ма на електромеханичния преобразувател гъвкавостта на затворе-
ния обем ще сё окаже последователно свързана с останалите еле-
менти на трептящата система.
На фиг 6.2 а е показана еквивалентната електрическа замест-
ваща схема на озвучително тяло със затворен обем, на която са
означени следните елементи:
В1 — коефипиент на електромеханична връзка;
— активно съпротивление на звуковата бобина на високо-
говорителя;
Rt — вътрешно съпротивление на генератора (усилвателя),
захранващ високоговорителя;
е — е. д. н. на генератора (усилвателя);
г„ — активни механични загуби на високоговорителя;
mu — маса на трептящата система на високоговорителя;
см — гъвкавост на окачване на високоговорителя;
Гуи — активни механични загуби в обема на озвучителното
тяло;
cVtt— механична гъвкавост на затворения в обема въздух;
v — скорост на трептене на трептящата система;
F — породена електродинамична сила.
На фиг. 6.2 б е дадена същата схема, като скоростта v е замене-
на с обемната скорост q, а механичните елементи — с акустични
съгласно зависимостите
rv ' (6-3>
г у---; Су—CyMS*.
Схемата от фиг. 6.2 б може да се опрости, катосе соединят пос-
ледователно свързаните еднакви елементи в нея и се получава
схемата, дадена на фиг. 6.2 в, в която'
193
13 Ечектрэакустични пр е образувателв
и
г
Фиг. 6.2
194
За получаване на по-простн математически зависимости за
предавателната функция па озвучителното тяло целесъобразно е да
се положи:
1 1 г •
Ь)от=-у—= 2г/от = —----------резонансна честота на озву- (6.5)
от чителното тяло;
<»от'я
Qtm=—;г-------механичен качествен фактор; (6.6)
г-гг1/
шотот / R \
QTe = —-—^1 + д')-електрически качествен фактор; (6.7)
“от'”
QTe=———- — електрически качествен фактор при /?,=0;(6.8)
гвн
/3 ^тм^те ,
Qto=-7)——пълен качествен фактор;
** тм ' *<те
(6.9)
а = —- —коефицнент на окачването.
(6.10)
Съответните полагания за високоговорителя са нзвършени в
глава 5 и ще се използуват при следващия анализ.
Обемът, съответствуващ на акустичната гъвкавост на окачва-
не на високоговорителя, е
(6.11)
или Ve = фр,См5а. (6.12)
От сравняването на (6.10) и (6.4) се получава
-7—=а+1; (6.13)
—
^=^+Г; /о (6-14)
^те / 1 1 -р^-“\/а+1 , (6.15)
ш / "от “ /от (6.16)
Предавателната характеристика на системата за обхвата на
ниските честоти, за конто са в сила еквивалентните схеми от фиг.
6.2, се определи от зависимостта
G(j»)---------х~------ (6.17)
VTO
195
j
Модулът на функцията е
G=— х* — - х*
а нивото й спрямо 6=1 е
L=401gx-101g[(x2-l)J+-^-]-
(6.1 8)
(6.19)
На фиг. 6.2 г са дадени няколко честотни характеристики при
параметър QT0, изчислени теоретично от (6.19). По принцип зави-
симостта (6.19) е еквивалентна на зависимостта за коефициента
на предаване на високочестотен филтьр от втори ред. Максимал-
но плоска характеристика се получава при Qn—0,707, като
в случая функиията (6 18) е функция на високочестотен филтър на
Бътъруърт от втори ред. При QT0<0,707 предавателните харак-
теристики нарастват плавно с увеличаване на честотата и преми-
нават в хоризонтални прави, т. е. също са плоски характеристики,
но не са максимално плоски. Обаче при QTO>0,707 предавателни-
те характеристики вече не са плоски, тьй като в околността на
х=1 се проявява подем, който нараства с увеличаването на QTO.
При х^>1 всички криви клонят към С=1, или L=0 dB. Често-
тата х3, за която отдаваиата акустична мощност намалява 2 пъти
(или с 3 dB), може да се определи, като зависимостта (6. 18) се при-
равни на 0,707. Получава се
f < I + 4
х,=А= у _±°_____________2___________L______.. (6.20)
/от т 2
Допустима та неравномериост на честотната характеристика
на озвучителните тела е сравнително голяма — общо 12 dB, но
допустимого понижаване на нивото за долната гранична често-
та е 8 dB спрямо нивото на средното звуково налягане. Поради
това е по-целесъобразно да се определи честотата х6, при която
нивото се понижава с 6 dB спрямо средното ниво, с което ще се
гарантира, и то с известен резерв, долната гранична честота. Ка-
то се приравни (6 18) на 0,5 и се реши спрямо х, се получава
196
Изведените зависимости са достатьчни за точного конструира-
не на озвучителни тела със затворен обем. Разбира се, става въпрос
само за точного определяне характеристиката на озвучителното
тяло за областта на ниските честоти. При по-високите честоти
честотната характеристика се определя главно от честотната
характеристика на самия високоговорител, като известно влияние
оказва и формата на кутията на озвучителното тяло.
От зависимостите (6.20) или (6.21) може еднозначно да се опре-
дели ходът на честотната характеристика на озвучителното тяло
в областта на ниските честоти. Затова е достатъчно да се знае са-
мо Q-to на озвучителното тяло, т.е. трябва да се изчислят меха-
ничният QTU и електрическият QTe качествен фактор на озвучи-
телното тяло. На практика изчислението започва с определяне-
то на резонансната честота f0T на озвучителното тяло, като се из-
ползува зависимостта (6.14), след което се определя електричёс-
кият качествен фактор QTe на озвучителното тяло от (6.15). Съг-
ласно (6.6) механичният качествен фактор QTM на озвучителното
тяло зависи от резонансната честога на озвучителното тяло, маса-
та на високоговорителя и сумата от активните механични загуби на
високоговорителя иобема на озвучителното тяло. Ако се пренебрег-
нат механичните загуби в обема на озвучителното тяло, механични-
ят качествен фактор Q'M се определя чрез QM на високоговорите-
ля, като се използува същата зависимост, която свързва Qre и
Qt, т. е. зависимостта (6.15). Но загубите в обема на озвучително-
то тяло не могат да се пренебрегнат, определената стойност Q'tm
ще бъде по-голяма от действителната. На практика стойността
на механичния качествен фактор на озвучителното тяло с отчита-
не на загубите в обема е приблизително равна на механичния ка-
чествен фактор на самия високоговорител. Прйемането на това
равенство означава, че
г-f-Tj, =г^1 4—+ а
или 1 Н—=yj 1 + я .
Ако се приеме, че rv«Cr, се получава
(6-22)
С достаточна за практиката точност може да се приеме, че ра-
венство (6.22) е в сила за озвучителните тела със затворен обем.
При тези условия може да се определи пълният качествен
фактор QT0 на озвучителното тяло със затворен обем и от (6.20)
. 197
1
или (6.21) да се определят съотвстно честотите /3 и /в. От стойност-
та на пълния качествен фактор на озвучителното тяло може да
се определи какъв ход ще следва честотната характеристика в
областта на ниските честоти, т. е. дали характеристиката ще бъде
максимално плоска (при QTO=0,707), дали ще бъде по-полегата
(при (?то<0,707) или ще има подем в областта на резонансната
честота (при (?то >0,707). Най-добре звучи озвучително тяло с
максимално плоска характеристика или с мною .малък подем в
честотната характеристика, т. е. 0,707sQTO<0,75. При необходи-
мост след изчисленията може да се направят някои корекции, като
най-лесно се променя обемът на озвучителното тяло, от което
следва обаче изменение на коефпциента на окачването а и на пъл-
ния качествен фактор QTO..
Обявяваните сТойности на параметрите на високоговорители-
те са обикновено средни за даден тип, но параметрите на конкрет-
ния образец могат да се различават от обявените, и то не в тесни
граници. Освеи това в обема на озвучителното тяло обикновено
се поставя звукопоглъщащ материал, в резултат на което загуби-
те се увеличават значително, а всичко това променя параметрите
на озвучителното тяло.
6.3. ОЗВУЧИТЕЛНО ТЯЛО С ФАЗОИНВЕРТОР
На фиг. 6.3 е показана в разрез принципната конструкция на
озвучително тял осфазоинвертор (басрефлскс). Това е озвучително
тяло със затворен обем, към конто е направен допълнителен отвор,
евързващ затворения зад
високоговорителя обем с
пространството, в което
високоговорителят създава
звукового поле. Обикнове-
но отворът представлява
една тръба 3 със сечение
и дължина Аф. Пред-
назначение™ на басреф-
лекса е да подобри излъч-
ването на озвучителното
тяло в областта на ниски-
те честоти.
Мембраната на високо-
говорителя при движение-
то си навътре сгъстява
J98
затворения в обема-въздух — налягането в обема се увеличава.
На входа на фазоинвертора действува определена сила, поро-
дена от налягането в обема. Тя привежда в движение въздуш-
ната маса на фазоинвертора. От изхода па фазоинвертора в окрл-
ното пространство се предизвиква сгъстяване на въздуха, т. е.
възбужда се звукова вълна. В следващия момент мембраната
на високоговорителя се придвижва напред и също предизвик-
ва сгъстяване на въздуха пред себе си, т. е. също възбужда
звукова вълна. Ако двете звукови вълни, създадени от мембрана
та на високоговорителя и от изходния отвор на фазоинвертора,
са във фаза, звуковото наляганевпространството пред озвучител-
ното тяло ще се увеличи. Това е възможно само ако фазоинверто-
рът предизвиква закъснение на звуковата вълна от половин пе-
риод, т. е. предизвиква изменение на фазата на звуковата вълна
със 180°. Всъщност от това изискване произлиза и името на озву-
чителното тяло. На практика дефазирането е по-малко от 180°,
като зависи от честотата. Но все пак фазойнверторът нзползува
енергията на задната звукова вълна за излъчване на звукова
енергия в пространството на предната звукова вълна. Когато
фазойнверторът предизвиква малко дефазиране, създаденото от
него звуково налягане е почти в противофаза на звуковото наля-
гане, създавано от високоговорителя, и резултантното налягане е
много малко, т. е. ефектът е отрицателен. Този ефект се наблю-
дава при много ниски честоти.
За дадена честота, определена от акустичната гъвкавост на
обема cv и акустичната маса на фазоинвертора Шф, треРтящата
система се намира в състояние на резонанс. Тази честота се на-
рича резонансна честота /ф на фазоинвертора и се определи от
зависимостта
гХ"» ' (6-23а)
В обхвата на ниските чрстоти мембраната на високоговорителя
трепти като бутало. В този обхват елементите на трептящата сис-
тема на високоговорителя могат да се разглеждат като съсредото-
чени и независещи от честотата механични или акустични пара-
метри, затворениятотобемана озвучителното тяло въздух — като
съсредоточена гъвкавост, а масата на трептящия в гърлото нафазо-
инверсния отвор въздух и предизвиканитеоттова трептене загуби—
като съсредоточени маса и съпротивление на активните механич-
ни (акустични) загуби. Освен това известна част от звуковата
енергия се поглъща в обема на озвучителното тяло и трябва да
199
се предвидят загуби в обема. Друга част от звуковата енергия се
губи поради преминаване на звукови вълни от обема на озвучител-
ното тяло към околното пространство, тъй като самата кутия не
винаги е затворена херметически, уплътняването на високогово-
Фиг. 6.4
рителя към лицевия панел трудно може да осигури херметичност,
звукопроницаема (макар и слабо) е самата мембрана на високо-
говорителя. звукови вълни преминават през въздушната межди-
на на магнитната система (заобикаляйки звуковата бобина) и
през предпазната шапка на високоговорителя (ако не е метална).
Тези загуби също трябва да се вземат предвид.
Еквивалентната електрическа заместваща схема на трептяща-
та система на озвучителнототялосфазоинвертор може да сесъ-
стави, като се приеме за база аналогичната схема на озвучително
тяло със затворен обем и направените по-горе уточнения. Тя е
дадена на фиг. 6.4, къдетр освен означенията за озвучително тяло
със затворен обем са въведени и следните означения:
rLu— активни механични загуби, дължащи се на обща-
та звукопроницаемост на озвучителното тяло;
/Лфм — маса на въздуха, който трепти в отвора на фазо-
инвертора, включваща и масата на присъедине-
ния въздух;
ГфМ — активни механични загуби в отвора на фазо-
инвертора;
и, Dlt v2 и са скорости на трептене.
При съставяне на замествашата схема са пренебрегнати ин-
дуктивността на звуковата бобина, чиято реактивна съставка в
200
областта на ниските честоти е пренебрежимо малка, н съпротивле-
нието на излъчване също поради малката му стойност.
Схемата от фиг. 6.4 може да се опрости. Активните механични
съпротивления rVtt и гфм може да се пренебрегнат, тъ”1 като на
Фиг, 6.5
практика се оказват много по-малки от г1м. Тяхното влияние вър-
ху акустичната система може да се включи в г£М. Освен това може-
да се обединят ги и гВн
<’тфм = ''м + Гвн==ги +
вч*
R+Ri '
(6.23 6)
Опростената по този начин схема може да се замени с еквива-
лентна електрическа схема с акустични параметри (фиг. 6.5), като
съответно механичните параметри са приведени в акустични.
В книгата е възприето механичните и акустичните параметри
да се означават с малки латински букви, като механичните пара-
метри носят индекс „м“, а акустичните са без индекс. Електричес-
ките параметри са означени с главки латински букви.
Целесъобразно е да се въведат допълнитено ня кои обобщенн па-
раметри
Qk— г у — качествен фактор на загубите ют поглъщането в обема; (6.24 а>
1 шф CV rL — качествен фактор от звукопроницае- мостта на обема; (6.24 б)
1 "ф CV гф — качествен фактор от загубите във фазоинверсния отвор; (6.25>
С ~ cv — Хс__ —коефициент на гъвкавост; (6.26)
201
h = ---коефициент на настройка; (6.27)
Qt =
1
шсгтФ
пълен качествен фактор.
(6.28)
Точният и пълен анализ на озвучителното тяло с фазойнвер-
тор трябва да се извърши на базата на еквнвалентната му замест-
ваща схема, като се използуват въведените обобщена параметри
и се изведе аналитична зависимост за създаваното звуково наляга-
не в пространството. В редица литературни източници се съдържа
търсената зависнмост, която ще бъде приведена съобразно въз-
приетите в книгата означения. Доказано е, че к.п.д. на озву-
чително тяло с фазоинвертор може да се представи във вида
където р е плътността на въздуха;
с — скоростта на разпространение на звука във въз-
духа;
Tli(/) — функцията на честотата — нормираната предава-
. телна характеристика.
Първите два множителя на (6.29) не зависят от честотата и
нямат отношение към хода на честотната характеристика, а само
към нейното ниво. Ходът на честотната характеристика се опреде-
ли от последняя множител, конто има вида
•където
л-4-; (6.31)
/о
Ai=~.--------2—2а—2А2; (6.32 а)
Ла=(1+а)»+А2( 4+2а+А»- (6.32 6)
/, = А»( < -2-2а-2А«) ; (6.32 в)
Л = А‘. (6.32 г)
202
I
Зависимостта (6.30) е функцията на високочестотен филтър от
четвърти ред. Неговата честотна характеристика освен от норми-
раната честота х зависи от обобщените параметри на озвучително-
то тяло — a, h и Qr. Четирите коефипиента пред степените на х
не може да бъдат едновременно нули, тъй като те зависят само от
три величини.
Сравнително големият брой параметри на системата, конто
може да се изменят в определени граница, дава възможност да се
реализират голям брой озвучителни тела с фазоинвертор, чиито
честотни характеристики може съществено да се различав ат по-
между си. Естествено е, че трябва да се търсн такова решение, при
което честотната характеристика да бъде равномерна, а честот-
ният обхват на ефективно възпроизвсждане — по възможност
по-широк. Съществува възможност за реализиране на няколко
типа честотни характеристики, всяка от конто е оптимална за
своя тип.
Честотна характеристика, съответствуваща на филтър на
Бътъруърт от четвърти ред, може да се получи, като се п риравнят
на пула коефиниентите пред х2, х4 и хв, т. е. Д^О. Д2=0 и Д3=0.
От решаването на тази система се получава
А=1; а» 1,414; QT=0,383. (6.33)
При тези условия зависимостта (6.30) добива вида
Ш)-------§==. (6.34)
Vl + х»
Честотна характеристика, съответствуваща на филтър на
Чебишев от четвърти ред, се получава при следните условия:
А,<0; Д3<0; Аг> 0; Д,>0. (6.35)
Четирите неравенства се удовлетворяват едновременно при
следните стойности на параметрите на озвучителното тяло:
QT >0,383; /i<l; а< 1,414.
Характеристиките на високочестотен филтър на Чебишев от
четвърти ред се наричат равновълновн и се характернаират с на-
личие на честотни обхвати or областта на пропускане, в конто
има подем В зависимост от допустимата неравномерност на чес-
тотната характеристика в областта на пропускане може да се по-
лучат различии честотни характеристики. За отбелязване е, че
в този случай е възможнб да се реализира озвучително тяло с
фазоинвертор, чиято долна гранична честота (/3) е по-ниска от
резонансната честота на високоговорителя.
203
1
Ако се положи
= ---2—2в—2Ла=0; (6.36 а)
A, = (l+“)’+A2f 4+2а+Л’--^-)=0; (6.366)
се получава
Ч»(/)=-7----j----г— (6.37)
Аналитичната зависимост (6.37) определя честотна характе-
ристика, съответствуваща непълно на филтъра на Бътъруърт от
трети ред и ее нарича Бътьруъртов филтър от квази трети ред.
Анализът на (6.35) и (6.36) показва, че решение съществува само
при QT< 0,563. При избрана стойност на QT от множеството на
допустимите стойности се определят от (6.36 а) и (6.36 6) съответ-
ните стойности за а и Я, конто се заместват в (6.32 г) и (6.3'2 д) и се
получават определени стойности на коефиниентите А3 и At. На
тях съответствува определена честотна характеристика. Ако оба-
че се приеме друга стойност за QT също от множеството на допус-
тимите стойности, се получават други стойности за параметрите
а и h, други стойности за коефициентнте А3 и и съответно —
друга честотна характеристика. Така може да се получат пяла
фамилия от квази- Бътъруъртови честотни характеристики от
трети ред. По-точно казано, ще се получат пяла фамилия от озвучи-
телни тела с фазоинвертор със стойности на параметрите a, h и
QT, определящи тези честотни характеристики. Характерно за тях
е, че са гладки криви, без върхове и падини в целия честотен об-
хват. Долната гранична честота на такива озвучителни тела е по-
висока от резонансната честота на високоговорителя. Резонансва-
та честота на фазоинвертора трябва да бъде също по-висока от
тази на високоговорителя.
Озвучителните тела с фазоинвертор може да се реализират с
различии по стойност параметри и съответно да се получат различ-
ии по ход честотни характеристики. Съществуват големи възмож-
ности за избор на тип на честотната характеристика и за търсене
на оптнмалния и ход.
Пълният анализ на озвучително тяло с фазоинвертор изисква
да се изследва зависимостта на амплитудата на отклонение на
мембраната, к.п.д. и входният импеданс от честотата и пара-
204
метрите на системата. Тези въпроси са анализирани задълбочено
в цитираната литература.
Параметрите на озвучителното тяло с фазоинвертор трябва
да се изчислят така, че да се получи ефективно възпроизвеждане
на сигнали с колкого е
възможно по-ниска че’
стота. Ефективността на
преобразуване на сиг-
налите с ниска честота
не зависи от формата
на кутията или от вида
на фазоинвертора, а са-
мо от обема й и от ре-
зонансната честота на
фазоинвертора. При за-
даден високоговорител
тези величини трябва
да се определят така,
че озвучителното тяло
да има възможно най-
гладка честотна харак-
теристика и най-малка
стойност на честотата
f3. Като основа на из-
численията трябва да се
използува формата на
честотната характерис-
тика, която трябва да
притежава озвучително.
то тяло Ако тя е опре.
делена или избрана, оп.
ределени са и стойно
стите на някои от кое
фициентите А на (6.30)*
т. е. определени са ня’
Фиг. 6.6
кои зависимости между
обобщените параметри
на озвучителното тяло
— a, h и Qt.
Ако е определена честотна характеристика, съответствуваща на
филтър на Бътъруърт от четвърти ред, трите обобщена парамет-
ра са точно определени по стойност съгласно (6.33). От (6.26) се
определя обемът, който трябва да има озвучителното тяло, а от
205
(6.27) — резонансната честота на фазоинвертора. Накрая трябва
да се регулира пълният качествен фактор на озвучнтелното тяло
така, че при зададен пълен качествен фактор на високоговорителя
да се получи QT =0,383. В противен случай ще се получи озвучител-
но тяло с фазопньертор, чиято честотна характеристика е от друг
тип. Честотата х.;, респекгивно /3. се определи от (6.34). Получа-
ва се .т3=1 или /3=/о. т. е. нивото на характеристиката се понижа-
ва с 3 dB за честота, равна на резонансната честота на високо-
говоритсля
Трябва да се има предвид, че не от всеки високоговорител мо-
же да се реализира озвучително тяло е фазоинвертор, чиято честот-
на характеристика да съответствува па филтър на Бътъруърт от
четвърти ред. Ако качественият фактор на високоговорителя е
no-малък от 0,383, неговата стойносг лесно може да се повиши до
0,383, но ако е по-голям, намаляването му е трудно.
Ако се изисква честотната характеристика на озвучително тя-
ло с фазоинвертор да съответствува на филтър на Чебишев от
четвърти ред,’се избира стойността на QT и от неравенствата
(6.35) за стойностите на А параметрите се определят стойностите
на а и h.
Ако се изисква да се постигне честотна характеристика на
типа на квази трети ред на Бътъруърт, също се приема стой-
ността на QT и от равенствата (6.36 а) и (6.36 б) се определят
стойностите на о» и h. '
Посочените начисления може значително да се опростят, като
се използуват номограми за различните случаи. На фиг. 6.6 е да-
дена обобщена номограма за изчисляване параметрите на озвучи-
телно тяло с фазоинвертор. която може да се използува за из-
числяване на озвучителни тела с характеристики, съответствува-
щи на филтри на Бътъруърт от четвърти ред, на квази трети ред
на Бътъруърт и на Чебишев от четвърти ред. Видът на характе-
ристиката се определи от стойността на Qr При Q,=0,383 се
получават параметрите за характеристика на озвучнтелното тяло,
съответствуваща на филтър на Бътъруърт от четвърти ред, при
(?»< 0,383—на квази трети ред на Бътъруърт и при Qr>0,383 —
на Чебишев от четвърти ред, чиято характеристика има неравно-
мерност, не по-голяма от 2 бВ.От номограмата се вижда, че характе-
ристиката на Чебишев от четвърти ред има честота fa (по-малка
от резонансната честота на високоговорителя f0). Характеристи-
ката на квази трети ред на Бътъруърт има честота /3, която е по-
голяма от fo, а при характеристиката на Бътъруърт от четвърти
ред /3=/о- Обаче обемът на озвучнтелното тяло с характеристика
на Чебишев от четвърти ред е значително по-голям от обема на
206
озвучнтелното тяло с характеристика на квази трети ред на Бътър-
уърт. Тези съотношения трябва да се имат предвид предварително
при избора на типа на характеристиката Ако се изисква малка
стойност на /3, респективно на х3, при зададен високоговорител%
Фиг. 6.7
трябва да се избере характеристика от типа на Чебишев от
четвърти ред, но този избор може да се направи само ако е възможно
озвучнтелното тяло да бъде със значително голям обем. Функция-
та a(Qt) е разделена при QT=0,383, като за Qt>0,383 е увеличен
мащабът.
Номограмата от фиг. 6.6 може да се използува само в случай
че се пренебрегнат активните загуби в озвучнтелното тяло. На
207
практика обаче такива загуби винаги съществуват и трябва да се
вземат предвид. На фиг. 6.7 е дадена номограма за изчисляване
на параметрите на озвучителиото тяло с фазоинвертор, която е
подобна на тази от фиг. 6.6, но са взети предвид загубите в обема
както от звукопоглыцане, така и от звукопроницаемост. Загуби-
те са отразени с приетите стойности на двага качествени фактора
Qr=5 и Q£=5. Общият качествен фактор QT3 на загубите в обема
се определи от зависимостта
Номограмата от фиг. 6.7 е построена при условие, че загубите
във фазоинверсния отвор са пренебрежимо малки, (?ф—юо. При
това условие за QTa се получава
^--4+4;
Може да се приеме, че в общите загуби са включени и загубите
еъв фазоинверсния отвор. л
От сравняването на двете номограми се установява, че при
даден качествен фактор на високоговорителя от номограмата на
фиг. 6.7 се получава по-висока честота f3 и по-голям обем на озву-
чителното тяло. За запазване сыцата стойност на f3 е необходимо
да се увеличи качественият фактор на високоговорителя и още
повече да се увеличи обемът на озвучнтелното тяло. Такъв е резул-
татът от наличието на активни загуби в обема на озвучнтелното
тяло с фазоинвертор.
6.4. ОЗВУЧИТЕЛНО ТЯЛО С ПАСИВНА МЕМБРАНА
Озвучителните тела с пасивна мембрана са акустични системи,
изграденн от два акустични излъчвателя. Акустичното им оформ-
ление е кутия от звуконепроницаем материал, която трябва да
бъде херметично уплътнена в местата на свързване на съответни-
те й части. Кутията е с два отвора, към единия от конто се закреп-
ва високоговорителят, а към другия — пасивната мембрана. Външ-
но пасивната мембрана прилича на високоговорител, но към нея
няма звукова бобина, няма магнитна система и не се захранва от
източника на електрическа енергия, т. е. тя не е консуматор, ка-
къвто е високоговорителят. Пасивната мембрана се нарича още
пасивен радиатор, пасивен излъчвател, пасивен бас или пасивен
конус.
208
При ниски честоти пасивната мембрана се привежда в движе
ние под действието на звуковото налягане в затворения обем и
създава звуково поле в пространството вън от затворения обем,
където звуковото поле се създава основно от високоговорителя.
Създаваното от пасивната мембрана звуково поте е дефазирано
спрямо звуковото поле на високоговорителя, тъй като пасивната
мембрана се измества напред. Това става под действието на сила,
породена от звуковото налягане в обема, което е създадено от
двнжението на подвнжната система на високоговорителя назад.
Би.следвало да се очаква, че създаваното от пасивната мембрана
звуково поле ще бъде дефазирано на 180° спрямо звуковото поле
на високоговорителя и двете звукови полета ще се неутрализират.
Ще се получи акустичпо късо съединение, реализирано през пасив-
ната мембрана. В действителност такова явление се наблюдава
само за много ниските честоти. За по-високите честоти механич-
ните реактивни елементи, участвуващи в цялата трептяща акус-
тична система на озвучнтелното тяло с пасивна мембрана, предиз-
викват допълнително дефазиране и фазовата разлика между съз-
даваното от високоговорителя звуково налягане и това, създавано
от пасивната мембрана, се на.маляпа.
Пасивната мембрана е чисто акустична трептяща система —
тя има акустичен вход и акустичен изход. Създава звуково поле,
като черпи енергия от звуковото поле, което се установява в затво-
рения обем на озвучителиото тяло под действието па високогово-
рителя. Енердията, която излъчва пасивната мембрана, би след-
вало да се погълне от звукояоглъщащата материя в обема на озву-
чителното тяло
Принципната конструкция на озвучително тяло с пасивна
мембрана е дадена на фиг. 6.8 а. Вижда се, че по конструкция то
много прилича на озвучително тяло с фазой 1гвертор На мястото
на отвора с тръба е поставена пасивната мембрана. От описания
принцип на действие се установява, че тези два типа озвучител-
ни тела почиват на един и същи принцип. В единил случай към
направения втори отвор се закрепва една тръба с цел да се създаде
определен обем въздух с определена маса, която да внесе фазово
изместване на трептенията във фазоинвертора спрямо тези на висо-
коговорителя. Във втория случай към допълнителния отвор се
закрепва пасивната мембрана, притежаваща определена маса,
която също дефазира трепУенията на мембраната спрямо тези на
високоговорителя. Сыцествува и една същеетвена разлика. Треп-
тящият в тръбата на фазоинвертора въздух може да се разколебае
с производна амплитуда, тъй като той е установен или „свързан**
към тръбата посредством безкрайно голяма гъвкавост. Амплиту-
14 Електрэакустични преобразуватели
209
в
Фиг. 6.8
210
дата на пасивната мембрана е ограничена — тя е закрепена към
отвора с определена гъвкавост, която нс е безкрайно голяма. На-
личието на гъвкавост с определена големина намалява ефектив-
ността на пасивната мембрана спрямо тази на фазоинвертора.
Пасивната мембрана има и някои безспорни предимства, пора-
ди конто намира все по голямо приложение. Първото предимство
е премахването на възможността от завихряния на въздуха в тръба-
та на фазоинвертора при големи амплитуди и свързаното с него
свистене или характерен шум. Второго предимство е в това, че
мембраната е твърда преграда между обема на озвучителното тяло
и звуковото поле вън от него и не позволява да се излъчва звукова
вълна през допълнителния отвор, от което би се получила допъл-
нителна окраска на възпроизвежданата звукова картина. Това
предимство трябва да се приеме с известен резерв. Пасивната мем-
брана е звуконепроницаема що се отнася до’преминаване на звукова-
та вълна през материята на мембраната, но ако звуковата вълна
разтрепти пасивната мембрана, тя също може да създаде окраска
към създаваното от високоговорителя звуково поле. Разбира се,
ако за тази честота пасивната мембрана може да излъчва звукова
енергия.
Анализът на озвучителното тяло с пасивна мембрана може
да се извърши на базата на еквивалеитната заместваща схема за
него. Тя може лесно да се състави, като се приеме за база анало-
гичната схема на озвучителното тяло с фазоинвертор и вместо
елементите на фазоинвертора се поставят последователно свърза-
ните параметри на трептящата система на пасивната мембрана:
тп — акустична динамична маса на пасивната мембрана,
включваща и масата на присъединения при трептенето
въздух;
с„ — акустична гъвкавост на окачване на пасивната мембрана;
гп — акустично съпротивление на активните загуби в еле-
ментите на окачване на пасивната мембрана
Еквивалеитната електрическа заместваща схема на трептяща-
та система на озвучителното тяло с пасивна мембрана, изградена
с акустични параметри, е дадена на фиг. 6.8 б. Символите на пара-
метрите съвпадат с въведеннте по-горе. В схемата може да се обе-
динят последователно евързаните активни съпротивления гвн и
г и да се заменят с гт. Освен това може да се пренебрегнат загуби-
те в обема rv, загубите поради звукопронипаемост на обема rL и
загубите в пасивната мембрана гп. Получава се схемата, дадена
на фиг. 6.8 в.
За извеждане на аналитични зависимости, описващи функцио-
нирането на озвучителното тяло с пасивна мембрана, конто да
позволяват по-лека интерпретация, е целесъобразно да се въведат
допълнителни обобщен» параметри към въведените вече при оз-
вучителното тяло с фазоинвертор:
— резонансна честота на пасивната мембрана
о>, = 2тс/п= . 1-; (6.39 а)
Утп сп
— качествен фактор на пасивната мембрана
Qn = —; (6.39 6)
шпСпгп
— обем на гъвкавостга на окачване на пасивната мембрана
Игп =Фасп. (6.39 в)
Параметрите на пасивната мембрана си взаимэдейсгвуват с
гъвкавостта на обема на озвучителното тяло и образуват една
акустична трептяща система. За определена честота /у в тази сис-
тема настъпва резонанс. Резонансната честота /у се определи от
зависимостта
I 1+^-
(6.40)
Загубите в пасивната мембрана, в обема и от звукопроницае-
мост на обема се отрази ват чрез въвежданетонатри качествен» фак-
тора, конто се определят при резонансната честота на пасивната
мембрана:
Qn“-
Q£=----------:
Шу Су Гд
Сн =----—
cv rv
Общите загуби при резонансната честота /ф са
= + Qv'
(6.41 а)
(6.41 б)
( 6.41 в)
(6.42)
При анализа се налага използуването ифаа някои относителни
параметри:
212
— коефициент на гъвкавост на окачване на пасивната мембра-
на
8=-^-; ' '(6.43)
cv
— коефициент на разстройка на резонансната честота на обе-
ма
/о “о ’ (6.44)
— коефициент на разстройка сивната мембрана на резонансната честота на па-
/п “о (6.45)
Между въведените параметри съществуват зависимостите
= (6.46)
Въз основа на еквивалентната схема от фиг. 6.8 б и като се из-
ползуват въведените сбсбщени и относителни параметри, може да
се изведе аналитичен израз за предавателната функция на оз-
вучителното тяло. Аналитичният израз на предавателната
характеристика показва, че честотната характеристика на
озвучително тяло с пасивна мембрана е идентична с честотната
характеристика на филтър, чиято предавателпа характеристика е
елиптична функция. Методиката .за изчисляване нр озвучителни
, тела с пасивна мембрана се базира на номограми, конто са постро-
ен)!, като е използувана споменатата аналитична зависимост.
Показва се, че петте параметъра (/0, /п, QT, « и 6) са
свързани с пет коефипиента от аналитичната функция и на всяка
конструкция на озвучителното тяло съответствува една-единствена
система от параметри. Все пак при озвучителното тяло с пасивна
мембрана изискванията за получаване на максимално плоска харак-
теристика се удовлетворяват от повече от една система уравнения.
Това означава, че съществуват голям брой максимално плоски
характеристики. За ограничаване броя на възможните за получа-
ване честотни характеристики се налага един от параметрите на
системата да бъде определен на базата на натрупан опит или в
резултат на проведени експсрименти.
Нафиг. 6.9 са дадени три максимално плоски характеристики.
213
конто са полученн за различии стойности на 6 при еднакви други па-
раметри. Вижда се, че с увеличаване на стойността на б честот-
ният обхват се разширява към ниските честоти, но това трябваше
др се очаква — при б—»-оо би се получил най-широк честотен об-
хват, като характеристика-
L,
dB
Фиг. 6.9
Фиг. 6.10
та ще съответствува на
филтър на Бътъруърт от
четвърти ред. С това още
веднъж се потвърждава
твърдението, че крайната
стойност на гъвкавостта
на окачване на пасивната
мембрана намалява ефек-
тивността на озвучителното
тяло с пасивна мембрана
спрямо озвучително тяло
с фазоинвертор.
Изчисляването на пара-
метрите на озвучително
тяло с пасивна мембрана,
като се вземат предвид и
загубите, може да се про-
веде, като се използува но-
'мограмата, дадена на фиг.
6.10. На практика обикно-
вено двата параметъра а и
б са почти равни помежду
си и имат стойности, по-
големи от 3. Номограмата
от фиг. 6.10 е съставена за
б=а. С приемането на това
равенство всъщност броят
на параметрите, конто
трябва да се определят, се намалява с 1, така че на всяка ха-
рактеристика, която може да се получи за дадено озвучително
тяло, съответствува точно една система от параметри. Приема се,
че всички загуби в обема се представят от загубите поради звуко-
непроницаемост, дефинирани от QL, като за номограмата от фиг.
6.10 е прието Q.L=1.
Изборът на вида и конструкцията на пасивната мембрана тряб-
ва да се направи много внимателно и прецизно, като се вземат
предвид условията, при конто тя функционира. Доказано е, че обе-
мът въздух, който трябва да измества пасивната мембрана, е зна-
214
лно по-голям от обема въздух, който трябва да измества висо-
оворителя. Ако двете мембрани имат еднакви площи, пасив-
та мембрана трябва да прави значително по-големи отклонения
равновесного си положение, т. е. да трепти със значително по-
голяма амплитуда. Изниква въпросът, целесъобразно ли е мембра-
ната на високоговорителя да се използува и за пасивна мембрана?
Отговорът зависи от няколко фактора. От пронзводствена гледна
точка това е много целесъобразно — не се налага конструирането
на нови детайли и свързваните с тяхното производство ннструмен-
ти, а се използуват произвеждани детайли. От техническа гледна
точка обаче има допълнителни нзисквания, основного от конто е
мембраната да може да трепти с два пъти по-големи амплитуди от
тези на високоговорителя, без да внася изкривявания. Ако номинал-
ната мощност на високоговорителя е определена от границата на
линейността на възвръщащата сила от изместването на мембраната
му, тя не може да се използува и за пасивна мембрана. Все пак за
предпочитане е да се използува една и съща мембрана за пасивна
мембрана и за високоговорителя. Това може да стане, като мембра-
ната на високоговорителя се конструира така, че движението и
да остава линейно при мощност, която е два пъти по-голяма от
номиналната.
В домашни условия конструирането на озвучителни тела с
пасивна мембрана може да има успех само ако точно се знаят пара-
метрите на използувания високоговорител — необходимо е да се
определят резонансната честота и качествените фактори на кон-
кретния високоговорител. Освен това е желателно да се измерят
основните параметри на реализираното озвучително тяло с пасивна
мембрана — задължително трябва да се измери импедансната му
характеристика.
6.5. КЛАСИФИКАЦИЯ И ОСНОВНИ ПАРАМЕТРИ
НА ОЗВУЧИТЕЛНИТЕ ТЕЛА
Класификация. Според броя на обхватите, на конто е разделен
възпроизвеждания звуков спектър, озвучителните тела се класи-
фицират на еднолентови, двулентови, трилентови и т. н.
Според обема на озвучителните тела те се класифицират на
малки, средни и големи, но границите ще се изменят с времето, тъй
като озвучителните тела непрекъснато намаляват своя обем. Счита-
ните за малки озвучителни тела днес, утре щеизглеждат като сред-
ни или големи, така че тази класификация е съвсем условна.
215
В зависимост от електроакустичните показатели озвучителни-
те тела се класифицират на:
— озвучителните тела от Hi-Fi клас,
— озвучителни тела за обща у потреба.
Определенията, дадени при високоговорителите, по принцип
са в сила и за озвучителните тела. Налага се да се уточни работни-
ят център, ако не е посочен в документацията на озвучителиото
тяло:
— при озвучителни тела, изградени от еднотипни високогово-
рители, работният център съвпада с геометричния център на си-
метрия на работните центрове на високоговорителите;
— при озвучителни тела, изградени от разнотйпни високого-
ворители, работният център съвпада с геометричния център на
симетрия на работните центрове само на високочестотните високо-
говорители.
Определенията за основните електрически и електроакустич-
ни параметри на озвучителните тела по принцип съвпадат с тези
на високоговорителите.
Основни параметри на озвучителните тела от Hi-Fi клас.
Изискванията, предявявани към озвучителните тела от Hi-Fi клас,
са твърде различии в отделяйте страни. Доскоро единственият
документ, който определяше тези изисквания, беше национални-
ят стандарт на ФРГ DIN 45500. Макар и неофициално, той бе
приет от много страни като международен стандарт за Hi-Fi
изделия. През 1978 г. СИВ утвърдн стандарт СТ СИВ 1356 за
Hi-Fi озвучителни тела. Прнета е вече и препоръка на МЕК за
озвучителни тела от Hi-Fi клас. Изискванията в тези докумен-
та са твърде близки помежду си. Те са следните:
а. Честотният обхват да бъде с долна гранична честота, не no-
fl исока от 50 Hz, и горна гранцчна честота, не по-ниска от 12 500
Hz. Долната и горната гранична честота се определят като често-
та, за конто нивото на звуковото налягане е с 8 dB по-ниско от
нивото на средното звуково налягане за обхвата 100ч-4 000 Hz.
б. Неравномерността на честотната характеристика да бъде не
по-голяма от определената с допусковото поле, показано на фиг.
6.11. Нивото 0 dB трябва Да съвпада с нивото на средното звуково
налягане за обхвата 100-ь4000 Hz. Върхове и падини в честотната
характеристика, снета със синусоиден сигнал, чиято широчина е
по-малка от 1/8 от октавата, се пренебрегват.
в. Нивото на средното за октава звуково налягане в обхвата
от 250 до 8000 Hz не трябва да се различава за отделните образца
от даден тип озвучителни тела с повече от 3 dB.
г. Честотните характеристики, определени по работната ос и
216
на —15е от нея в хоризонталната равнина на озвучнтелното тяло,
при наслагване една върху друга не трябва да се различават с
повече от 4 dB за нито една честота в обхвата 250-=-8000 Hz. Ако
не е еднозначно определено положението на озвучнтелното тяло
Фиг. 6.П
при експлоатацията му, това изискване трябва да се удовлетворя-
ва и за вертикалната равнина.
Честотната характеристика се определи задължително чрез
шумов сигнал (розов шум) с широчина — от октавата. Препоръч-
ва се измерването да се извърши в условията на свободно полу-
пространство.
д. Озвучнтелното тяло трябва да създава в обхвата от 100 до
4000 Hz на 1 m от работния център по работната ос средно звуково
налягане с ниво 96 dB. Това налягане Се нарича номинално (харак-
теристично) звуково налягане. Консумираната при това електри-
ческа мощност не трябва да бъде по-голяма от паспортната мощ-
ност на озвучнтелното тяло. Тя се нарича работна .мощност. Съ-
гласно препоръка на МЕК характеристичного звуково налягане е с
ниво 94 dB.
е. Коефнциентът на хармонични изкривявания трябва да бъде:
— в обхвата 250-^-1000 Hz — <;3%;
— в обхвата 1000-=-2000 Hz — да не превишава стойностите,
определенн от правата линия, получена от евързването на точки-
те, съответствуващи на 3% при 1000 Hz и на 1% при 2000 Hz;
— в обхвата 2000-=-8000 Hz — gl %.
217
Коефициентът на хармонични изкривявания се измерва при
подаване на озвучителното тяло на следната мощност:
— в обхвата 250ч-1000 Hz — цялата работна мощност;
— в обхвата 1000ч-2000 Hz — половината от работната мощ-
ност;
— в обхвата 2000-5-8000 Hz — една четвърт от работната мощ-
ност.
Всички върхове в честотната характеристика на коефициента
1
на хармонични изкривявания с широчина до -у от октавата се
пренебрегват. Допуска се пренебрегването и на до 3 върха с широ-
1
чина до -у от октавата.
ж. Препоръчва се номиналният импеданс да бъде 4 или 8 S2.
з. Музикалната мощност трябва да бъде не по-малка от 10 W.
Озвучителните тела, конто не отговарят дори на едно от изиск-
ванията за категория Hi-Fi, се категоризират като озвучителни
тела за обща употреба. Посочените изисквания са мннимални ина
практика се превишават значително. Мощностите са достигнали
стойности от порядъка на 100ч-200 W, предлагат се дори озву-
чителни тела за домашно ползване от 300-T-400W- Номиналният
честотен обхват е разширен до 25ч-32 Hz долна гранична честота
и до ЮОч-120 kHz горна гранична честота. Много по-малки от
допустимите са изкрнвяванията. Значително са разширени про-
странствените характеристики. Намалена е неравномерността на
честотната характеристика.
Факторите, конто определят основните параметри на озвучител-
ните тела, в основни линии съвпадат с тези при високоговорители-
те, като се вземат предвид допълненията за долната гранична
честота, направени при разглеждане на основната теория на озву-
чителните тела.
6.6. ЕЛЕКТРИЧЕСКН РАЗДЕЛИТЕЛНИ ФИЛТРИ ЗА ОЗВУЧИТЕЛНИ
ТЕЛА
Трудно може да се осъществи висококачествено възпроизвеж-
дане на целия звуков спектър само с един високоговорител. Раз-
делянето на звуковия спектър на подобхвати, чието възпроизвеж-
дане се осъществя.ва от отделни, специално конструнрани за целта
високоговорители, дава много по-добри резултати. Звуковиятспек-
тър се раздели на подобхвати от електрическите филтри. Те са елек-
трически вериги, конто проявяват избирателни свойства по отноше-
ние на честотата на сигналите. Разделителните филтои заозвучител-
2!8
ни тела се различават от филтрите, използуванн в радиотехника-
та, предимно с това, че разделят сигнали с твърде високи нива,
т. е. през елементите на филтрите протичат значителни по големина
токове. Друга особеност е характерът на товара — високоговори-
тел, чийто входен импеданс силно зависи от честотата. Установе-
но е, че конструкцията на филтъра оказва много голяма влияние
върху качеството на възпроизвеждане на озвучителните тела- От
един комплект висококачествени високоговорители, комбинируй
с неправилно конструиран филтър, ще се получи озвучително тя-
ло, което не звучи добре. Филтрите за озвучителни тела са анзли-
зирани достатъчно подробно.
6.7. ВИДОВЕ ОЗВУЧИТЕЛНИ ТЕЛА
6,7.1, Двулентови озвучителни тела
Фиг. 6.12
Озвучителните тела само с един високоговорител не могат Да
възпроизвеждат висококачествено музикалните картинн, поради
което те са намерили съвсем ограничено приложение.
Принципната конструкция на двулентово озвучително тяло
е показана на фиг. 6.12, където / е нискочестотен високоговорител,
2 — високочестотен високоговорител,
3 — филтър, 4 — кутия и 5 — зву-
копоглъщащ материал.
Двулентово озвучително тяло тип
ОТ23Ж6273—01. Произвежда се от
българската промишленост, характе-
ризира се с малкия си обем (около
5 dm3), но въпреки това паспортната
му мощност е 20 W. Нискочестотният
високоговорител е тип ВКН0832 —
паспортна мощност 20 W, номинален
импеданс 8 Q, номинален диаметър
125 mm. Високочестотният конусен
високоговорител тип ВВ1015 е с но-
минален импеданс 15 Q, номинален
диаметър 100 mm, а паспортната му
мощност зависи от честотния обхват,
който ще възпроизвежда, или по-точ-
но от долната граница на този обхват
Номиналният честотен обхват на озвучителното тяло е от 80 ДО
16 000 Hz при неравномернсст на честотната характеристика не
219
повече от 14 dB. Разделителната му честота е 8 kHz, т. е. високо-
честотният високоговорител възпроизвежда само една октава, а
на нискочестотния се подава целият звуков спектьр. Разделител-
ният филтър е от първи ред, и то само високочестотното звено, т. е.
Фиг. 6.13 '
последователно на ВВ1015 е свързан кондензатор с капацитет
1 pF. Чувствителността на озвучителното тяло е 0,4 PaW"0,6, а
коефициентът на хармонични изкривявания в обхвата от 250 до
1000 Hz, измерен при 4 W, е не по-голям от 6%, а в обхвата до
Фиг. 6.14
1000 до 8000 Hz, измерен при 1 W,
е не по-голям от 2%. Размерите на
озвучителното тяло са: височина 275
mm, широчина 172 mm, дълбочина
190 mm. Нафиг. 6.13 е показана чес-
тотната характеристика на озвучи-
гелното тяло. Кутията и лицевата
част на озвучителното тяло се изра-
ботват от пенополистирол. За подоб-
ряване излъчването на сигналите с
ниски честоти е оформен басрефлек-
сен отвор, чиято тръба наподобява
рупор с правоъгълно сечение. На
фиг. 6.14 е показан общият вид на
озвучителното тяло.
Двулентово озвучително тяло тип
20Т20—5. Това озвучително тяло не
се произвежда от промишлеността,
но то може лесно да се реализира
220
при домашни условия от всеки любител на висококачествено въз-
произвеждане. Използуват се следните видове високоговорители:
— нискочестотен (тип ВКН0822) — номинален диаметър 125
mm, паспортна мощност 20 W, номинален импеданс 4(1, а остана-
лите му параметри са дадени в гл. 5;
— високочестотен (тип ВК.В2531) — куполен с паспортна мощ-
ностей W, номинален импеданс 8 Q. Избира се високочестотен
високоговорител с два пъти по-голям номинален импеданс от ниско-
честотнпя, тъй като импедансът на високоговорител ВКВ2521
малко се увеличава с увеличаване на честотата и съществува опас-
ност при разделителната честота входният импеданс на озвучител-
ното тяло да стане по-малък от 3,2 Q.
Последователно на високочестотния високоговорител се свър-
зва кондензатор с капацитет 2 pF.
Приема се обемът на озвучителното тяло да бъде 10 dm3, а акус-
тичното му натоварване — фазоинвертор. За характеризиране
на загубите се приема QL QV=5. Изчисленията се провеждат
в следния ред.
Определя се коефициентът а= -~ = -^- = 0,62.
От номограмата на фиг. 6.7 се отчита, че пълният качествен
фактор на високоговорителя трябва да бъде QT=0,46. Получи се
малко по-голяма стойност от съответствуващата на високогово-
рителя, но това не е беда. Предн всичко разликата е по-малка от
10%. Ако вътрешното съпротивление на усилвателя, захранващ
озвучителното тяло, е малко по-голямо от нула, качественият фак-
тор на високоговорителя ще се увеличи до изчислената стойност.
От същата номограма се отчитат останалите параметри:
хв=0,86; /1=0,89.
За параметрите на озвучителното тяло се получава
f3=51,6 Hz; /ф=53,4 Hz.
Долната гранична честота (на ниво — 8 dB от средното) на
изчисленото озвучително тяло ще бъде не по-висока от 45 Hz, т. е.
то ще отговаря на всички изисквания за озвучителни тела от
Hi-Fi клас.
За получаване на изчислената резонансна честота на фазоин-
вертора, съгласно [16],' се определя
Л_ = _3097_ = 108.
5ф Г$у
221
Приема се тръба с вътрешен диаметър 50 mm, сечение S$,=
= 19,6.10'* m2 и се определи
/ф=212 mm.
Дълбочината на кутията на озвучнтелното тяло трябва да
бъде поне 250 mm вътрешно, за да може да се помести фазойнверс-
ната тръба.
На фиг. 6.15 е дадена конструкцията на озвучнтелното тяло
като е означено разположението на високоговорнтелите и фазе
инверсния отвор върху лицевия панел. Кутията може да се изра'
боти от плочи от дървесни честици (ПДЧ) с дебел и на 12 mm ифур-
нирова с PVC фолио. Честотната му характеристика е почти
идентична с тазн от фиг. 6.13.
Двулентово озвучително тяло тип 2 ОТ20—6. То е вариант tfa
тип 2 ОТ20—5. Използувани са същите високо говорители, но с
номинален импеданс 8 Q и се използува филтър от по-висок ред—ви-
сокочестотно звено от втори ред, а нискочестотно — от първи ред,
съгласно схемата от фиг. 6.16. Използуването на филтър от по-
висок ред се налага, тъй като входният импеданс на високочестот-
ния високоговорител при разделителната честота е малко по-го-
лям от 8 й и сыцествува опасност в този честотен обхват входният
импеданс на озвучнтелното тяло да стане по-малък от 6,8 й, кое-
то е недопустимо. Освен това от куполния високочестотен високо-
222
говорится не се произвежда вариант с номинален импеданс 16 Q.
Акустичното оформление следва да остане същото както за
озвучнтелното тяло тип '2 ОТ20—5.
Необходимо е да се определят елементите на филгьра, като се
приеме разделителната честота да бъде /р =4 kHz.
От зависимостите в [16] се определи
i.-TSW-0,318mH.
L,____--------^=0,45 mH;
1 ,/2* 4000 ’
С,= ._ 1-------=3,5 nF.
* 2^2*4000.8 г
След реализиране на филтъра и свързването му към реалния
товар — съответните високоговорители, се установи, че оптимал-
ни характеристики на предаване за филтрите и отговарящ на
изискванията входен импеданс на озвучнтелното тяло се получа-
ват при следните стойности на елементите:
£,=0,36 mH; С2=3,3 pF; L2=0,32 mH.
В озвучителиото тяло тип 2 ОТ20—5 бе използуван високо-
честотен високоговорител с 2 пъти по-голям номинален импеданс
от този на нискочестотния. По този начин се избягва опасността
от недопустимо намаляване на входния импеданс на озвучително-
то тяло. Възниква обаче друг проблем — високочестотният висо-
223
i
коговорител ще консумира 2 пъти по-малко мощност от ниско-
честотния и съответно ще създава по-малко звуково налягане.
За получаване на равномерна честотна характеристика е необ-
ходимо чувствителността на високочестотния високоговори-
тел да бъде с 254-50% (24-4 dB) по-голяма от тази на ниско-
честотния. Ако това условие не е изпълнено за избраните ви-
сокоговорители, честотната характеристика на озвучителното
тяло няма да бъде достатъчно равномерна — високите честоти
ще се възпроизвеждат сравнително лошо. В този случай задължи-
телно трябва да се използуват нискочестотен и високочестотен
високоговорител с еднакви номинални импеданси, а филтърът,
разделящ звуковия спектър помежду им, да бъде от по-висок ред.
В този смисъл .може би е по-целесъобразно за озвучителното тяло
2 ОТ20—5 да се нзползува филтър от вида на показания на фиг.
6.16, но за високоговорители с номинален импеданс 4 Й. За еле-
ментите му се получава
Lj = 0,20mH; L2 = 0,16mH; C\ = 6,6pF.
6.7.2. Трилентови озвучителни тела
Трилентово озвучително тяло тип ОТЗ—НЖ5633—01 Hi-Fi.
Произвежда се от българската промишленост. Основните му елек-
троакустични показатели са:
— паспортна мощност 50 W
— номинален импеданс 8 Й
— чувствителност в обхвата 2004-5000 Hz 0,4 PaW'0-5
— долна гранична честота <50 Hz
— горна гранична честота >20 kHz
— неравномерност на честотната характеристика
в номиналния честотен обхват ^12 dB
в обхвата 1004-4000 Hz 5^(— 4) dB
Коефициентът на хармонични изкривявания и понижаването
на нивото на звуковото налягане на 15° спрямо нивото на оста
отговарят на изискванията за озвучителни тела от Hi-Fi клас.
В озвучителното тяло са използуванн следните високоговори-
тели:
— нискочестотен — тип В КН 1031;
— средночестотен — тип ВКС2531; •
— високочестотен — тил ВЛДД808.
Данннте за тези високоговорители са дадени в гл. 5.
Избрана е акустична система с фазоинвертор, която е много
подходяща за нискочестотен високоговорител като ВКН1031.
224
Филтровите звена, разделящи звуковия спектър на подавани-
те към съответните високоговорители подобхвати, са от първи до
трети ред. Филтрово звено от първи ред е използувано при свърз-
ването на средкочестотния високоговорител, а филтрово звено от
Фиг. 6.17
трети ред — при лентовия високочестотен високоговорител. Оста-
налите звена са от втори ред. Съображенията за този избор бяха
вече дискутирани.
Разделителните честоти са приети 1000 и 4700 Hz.
За предпазване на виСокочесютния високоговорител от евен-
туално претоварване е предвидена схема за защита, която изключ-
ва високоговорителя при подаване към входните му клеми на сиг-
нал с високо ниво.
Електрическата схема на филтъра, със схемата за защита на
високочестотния високоговорител (заградена с прекъсвана линия)
е дадена на фиг. 6.17.
Разположението на високоговорителите при това озвучително
тяло е необичай но — те не са разположени един над друг, а средно-
честотният високоговорител и високочестотният високоговорител,
поставени един над друг, са разположени до нискочестотния висо-
коговорител. По такъв начин е намалена височината на озвучител-
ното тяло и то може да се разположи в жилищната мебел заедно с
комплект електронна апаратура, включващ касетен стереодек,
стереоусилвател и тюнер. Стереоефектът основно се формира от
излъчените от средночестотния и високочестотния високоговори-
15 Електроакустичвн преобразувателя
225
тел сигнали, конто при посоченото разположение ще отстоят на
120 ст един от друг. Това разстояние е достатьчно за формиране
на стереоефект в жилищно помещение с нормални размери. Посо-
ченото разстояние между озвучителните тела се постига,като те
се разположат непооредствено до електронните устройства на
системата. При по-големи размери на жилищното помещение озвучи-
телните тела трябва да се отдалечат на 20 до 50 ст от електронните
устройства, за да се получи добър стереоефект.
Акустичното проектиране е извършено, като се използува номо-
грамата, дадена на фиг. 6.7. Тъй като обемът на озвучителното
тяло е зададен, проектирането започва с определяне на коефици-
ента а=-~г- =2,79. От номограмата се отчита
QT=0,30; х3=1,66; /1 = 1,36.
Получената стойност за качествения фактор е с около 20% по-
ниска от тази на ВКН 1031, т. е. честотната характеристика на
озвучителното тяло ща бъде малко по-полегата от изчислената, а
в областта малко над резонансната честота нивото й ще бъде с 0,5
до 1 dB по-ниско от изчисленото. Тези разлики не са съществени
и не се налага да се вземат меркн за намаляването на качествения
фактор на високоговорителя.
За честотата f3 и за резонансната честота на фазоинвертора /ф
се получава
/,=46,5 Hz; /ф=38,1 Hz.
При проектирането на озвучителното тяло е прието, че загу-
бите в обема му се определят от стойностите на двата качествени
фактора, за конто е построена номограмата от фиг. 6.7, а именно
Qr=Q£=5. В действнтелност загубите може да се окажат по-голе-
ми, т. е. посочените качествени фактори да имат по-малки стойнос-
ти от 5. Това също ще допринесе за изменение хода и» честотната
характеристика на озвучителното тяло в областта на ниските
честоти. В резултат на тези отклонения от изчислените или прие-
ти при изчислението стойности на параметрите на озвучителното
тяло ще се увеличи честотата f3, но ходът на честотната ха-
рактеристика също ще се измени — тя ще стане доста полега-
та. Верността на тези твърдения се потвърждава от дадената на
фиг. 6.18 в честотна характеристика на озвучителното тяло, из-
мерена в условията на свободно звуково поле — в звукозаглуше-
на камера. Вижда се, че долната гранична честота на ниво —
8 dB е 46 Hz, а /З=63 Hz.
226
За фазоинверсния отвор се определя
Л__ J»97 =91
5Ф
Приема се отвор със сечение 20 ст2 и за дължината на тръ-
бата се получава /ф=182 mm.
Стойностите на елементите на филтъра са означени на фиг.
На фиг. 6.18 е дадена честотната характеристика на озвучител-
ното тяло, а на фиг. 6.19 — общият му вид. Търговското му на-
именование е РЕСПРОМ-101 Hi-Fi.
Трилентово озвучително тяло тип 3 ОТ25—2. Това озвучително
тяло не се произвежда от промишлеността, но изпълнението му
при домашни условия не може да създаде проблеми на желае-
щите да го притежават. Комплектува се от следните високогово-
рители:
— нискочестотен — тип ВКН0932;
— средночестотен — тип ВКС2531;
— високочестотен — тип ВКВ2531.
За получаване на достатъчно ниска долна гранична честота
(за ефективно възпроизвеждане на сигналите с ниски честоти),
акустичното оформление е с пасивна мембрана. Използува се
същата мембрана, която се използува и за самия високоговорител,
като се монтира и трептилката, т. е. 6=а. На фиг. 6.20 е дадена
конструкпнята на лицевата част на озвучителното тяло, като е
означено разположението на високоговорителите и пасивната мем-
брана. Дълбочината е 205 mm външно, при което вътрешният обем
на кутията е 18,3 dm3. Кутията трябва да се изработн от ПДЧ с
227
дебелина 18 mm.' Така конструирано, озвучнтелното тяло има съв-
се.м малка широнина и откосително голяма височина. То следва
да се поставя направо върху пода на жилищната стая и, за да не
се предават вибрации по пода при функционнрането му, е жела-
Фиг. 6.19
телно на дъното да се поставят крачета от гума с дебелина 10ч-20
mm. Поради малката си широчина (една педя) озвучнтелното тя-
ло ще заема много малка част от стената на жилищного помещение.
Такъв бе основннят замисъл при избора на тази конструкция.
Всички използувани високоговорители са с паспортна мощност
20 W и номинален импеданс 8 (2. Паспортната мощност на озвучи-
телното тяло е 25 W — това е възможно, тъй като и на трите висо-
коговорителя се подават за възпроизвеждане честотни обхвати,
конто са по-тесни от номиналните им. Номиналният му импеданс
е 8 Q.
При електрическото проектиране се приема нискочестотните
звена на филтрите да бъдат от първи ред, а високочестотните —
от втори ред. Куполните високоговорители издържат значителни
краткотрайни претоварвания и не се налага използуването на
високочестотни филтровн звена от трети ред, не се налага и из-
ползуването на защитна схема. Електрическата схема на филтъ-
ра е дадена на фиг. 6.21.
228
Приема се разделителните честоти да бъдат 1000 и 4000 Hz,
изчисляват се елементите на всички филтрови звена и след реалн-
лизирането на филтъра се уточняват следните стойности:
£1 = 1,4 mH, 1,1 mH, /.3=0,55 mH, L4=0,5 mH, C2=10 pF,
C4=3,3 pF.
Акустичното проектиране започва от зададения обем на озву-
чителното тяло. Определи се коефнциентът а=1. Приема се, че
загубите в обема се представят от двата качествени фактора Qv=
=QL=7 и се използува дадената на фиг. 6.10 номограма, от която
се отчита
(?т=0,455; х3= 1.1;/=1,15; g=0.76.
За параметрите на озвучнтелното тяло се получава
/3=55 Hz; /к=57,5 Hz; fn=38 Hz.
229
Резонансната честота на пасивната мембрана трябва да бъде
по-ниска от тази на високоговорителя. Прието бе за пасивна мем-
брана да се нзползува мембраната (с трептилката) на ВКН0932,
т. е. гъвкавостта на окачване е еднаква и следователно трябва Да
Фиг. 6.21
се увеличи масата на пасивната мембрана. Необходимата маса се
определи от зависимостта
тп= ^г=1-.74ш.
За получаване на необходимата резонансна честота към пасив-
ната мембрана трябва да се прибави допълнителна маса,коятое
74% от трептящата маса на високоговорителя или 7,74 g. Ако не
е поставена звуковата бобина, допълнителната маса трябва да
бъде около 10 g. Желателно е да се измери резонансната честота
на пасивната мембрана с допълнителната маса и да се настрои на
изчислената стойност 38 Hz чрез изменение на допълнителната
маса.
Резонансната честота на обема се получи 57,5 Hz. Желателно
е тази частота също да се определи — това е честотата, за която
входният импеданс на озвучителното тяло получава минимум,
като от двете му страни съществуват два максимума. Входният
импеданс на озвучителното тяло може сравнително лесно да се
измерва при различии честоти, следователно честотата /V може
леко да се определи, а с това да се получи необходимата увереност,
че параметрите на реализираното озвучително тяло ще бъдат съв-
се.м близки до изчислените.
Качественият фактор на използувания в това озвучително
тяло нискочестотен високоговорител трябва да бъде 0,455, а за
ВКН0932 QT=0,523, т. е. с 15% е по-голям от необходимия. Но
230
това не е беда. Преди всичко разликата не е голяма. Освен това в
обема на озвучителното тяло следва да се постави около 50 g звуко-
поглъщащ материал. С това загубите в озвучителното тяло ще се
увеличат и съответствуващият на тях качествен фактор Qи значител-
но ще се намали. При тези условия необходимият качествен фак-
тор на високоговорителя за получаване на съответствуващня на
изчислените параметри ход на честотната характеристика ще бъде
с Юн-15 % по-голям, т. е. приблизително равен на този на
ВКН 0932. 1Це остане някаква разлика от 0,5 до 1 dB, която е не-
избежна при практическите реализации.
Честотата f3 се получи 55 Hz и може да се твърди, че честотата
/8<50 Hz, т. е. долната гранична честота на това озвучително тяло
ще бъде по-ниска от 50 Hz и по всички показатели то ще отгова-
ря на изискванията за озвучително тяло от Hi-Fi клас.
Ако за изходна величина при проектиране на това озвучително
тяло се приеме качественият фактор на нискочестотния високо-
говорител тип ВКН0932 QT =0,523, от номограмата на фиг. 6.10
се отчита а=0,5. Обемът на озвучителното тяло трябва да бъде
2 пъти по-голям — 36,6 dm3. Честотата f3 обаче ще бъде по-ниска
от резонансната честота на високоговорителя и долната гранична
честота на озвучителното тяло (на ниво — 8 dB) ще бъде 40 Hz,
т. е. за разширяване на честотния обхват в областта на ниските
честоти с една трета от октавата е необходимо да се увелнчи обе-
мът на озвучителното тяло два пъти.
Глава седма
СЛУШАЛКИ
7.1. ОБЩИ СВЕДЕНИЯ
^Слушалките по принцип са миниатюрки високоговорители,
предназначени да създават звуково налягане в много малък обем —
обема на човешкото ухо, който е 4-т-6 ст3, т. е. около 10 милиона
пъти по-малък от обема (около 40 т3) на жилищна стая. Като се
вземе предвид, че слушалките са акустично оформени, те може да
се разглеждат и като акустична система с много малки размери.
Предназначение™ на слушалките да създават звуково налягане
в много малък обем и да се поставят върху главата на човек опре-
231
делят и тяхната специфична конструкция, определят специфич-
ните изисквания, конто се предявяват към тях. При това слушал-
кнте трябва да възпроизвеждат с висока вярност музикалните и
говорнн програмн.
Според принципа на преобразуване на електрическата енергия
в механична и акустична слушалките са:
— електромагннтни — използуват се предимно за преобразу-
ване на сигнали от тесен честотен обхват (3004-3400 Hz), съответ-
ствуващ на телефонен канал, и служат за предаване на говорна
информация;
— електростатични — използуват се за преобразуване на сиг-
нали от широк честотен обхват (204-20 000 Hz) и служат за внсоко-
качествено предаване на музикална информация;
— електродннамнчни — използуват се за преобразуване на
сигнали както от тесен (3004-3400 Hz), така и от широк (204-20 000
Hz) честотен обхват и служат съответно за предаване на говорна
или музикална информация.
В действнтелност слушалките, предназначени за предаване
на музикална информация, може да бъдат и с по-тесен, а и с не-
широк честотен обхват от дадения 204-20 000 Hz.
Основните параметри на слушалките съвпадат с тези на озву-
чителните тела. Различии са само методите на измерване на някои
от показателите — електроакустнчните показатели на слушал-
ките се измерват не в условия на свободно звуково поле, а в ка-
мера с малък обем, наречена изкуствено ухо.
Главните предимства на слушалките, поради конто те са наме-
рили сравнително широко приложение, са:
— акустичните параметри на помещение™, в което се намира
слушателят, не оказват влияние върху качество™ на звучене на
прослушваната музикална панорама;
— акустичните шумове, съществуващи около слушателя, не
оказват смущаващо влияние върху прнеманата информация;
— слушането със слушалки не смущава присъствуващите в
непосредствена близост до слушателя. Човек може да слуша люби-
ми музикални изпълненпя, възпроизвеждани от слушалки, по
всяко време и на всяко място — нощно време, по улиците, в об-
ществения транспорт;
— необходима е много малка мощност (обикновено около
lm\V)3a създаване у слушателя на субективно усещане за голяма
гръмкост, т. е. отпада необходимостта от усилвател с изходна мощ-
ност десетки ватове. Поради това предимство е възможно слуша-
нето на стереоизпълнения в движение — носеното от слушателя
устройство е с малка маса и малък обем;
232
— имат сравнително ниска стойност в сравнение с озвучител-
ните тела, а ако се вземе предвид и стойността на усилвателя, раз-
ликата става съвсем чувствителна;
— възможно е ефективно преобразуване на сигнали с много
ниски честоти — 20 и под 20 Hz. За възпроизвеждане с озвучител-
но тяло на сигнали с толкова ниски честоти е необходимо озвучи-
телното тяло да бъде с много големи размери, да се използува 'съв-
сем специален нискочестотен високоговорител, от което следва
и много висока стойност;
— възможно е пълно раздсляне на двата канала при възпро»
нзвеждане на стереопрограми — всяка слушалка създава звуко-
во налягане само в ухото, на което е поставена, а създаваното от
озвучителните тела звуково налягане се приема и от двете уши.
Последното качество на слушалките обаче е и значителен техен
недостатък. Човек, който за пръв път поставя на главата си слу-
шалки и прослушва с тях висококачествена стереопрограма, оста-
ва възхитен.Той чувсТвува, че звученето е много добро, стерео-
ефектът е отличен. Но твърде скоро впечатлението му се измени—
чувството за отличен стереоефект се замени с чувството за не-
естествено звучене — на слушателя започва да му се струва, че
звуковите източнини, конто фор.мират прослушваната програма,
се намират в главата му.
Слушалките имат и други недостатъци:
— на главата си човек трябва да носи предмет с маса около
0,5 kg и този предмет трябва плътно да е прилепнал до ушите му.
Това бързо изморява и изнервя слушателя. Мястото, в което при-
лепва слушалката, може да се изпоти (особенб при топло време),
кожата може да се раздразни или нарани;
— слушалките изолират слушателя от обкръжаваща го среда.
Напоследък се конструнрат т. нар. „отворени слушалки", конто
пропускат към слушателя акустичните сигнали от заобикаляща-
та го среда, но все пак прослушваната програма доминира, тъй
като слушателят е насочил своето внимание към нея.
Спениалистите са предложили и различии средства за премахва-
не или поне намаляване на неприятного усещане, че звуковите
източници са в главата на слушателя. Един от начините се базира
на факта, че при слушане от озвучителни тела човек възприема
с всяко от ушите си излъчените не само от съответното му озвучи-
телио тяло сигнали, но и сигнали от другого озвучително тяло —
лявото ухо приема както от лявото, така и от дясното озвучител-
но тяло. При това сигналите от второго озвучително тяло присти-
гат с известно закъсненне. Същият или поне почти същият ефект
може да се постигне, ако част от електрическия сигнал на левия
233-
канал се прехвърлн в десния канал, като премине през електричес-
ка верига, предизвикваща определено закъснение на сигнала. С
промяна на големината на прехвърления сигнал и времето на за-
къснението му може да се влияе в една или друга степей на усеща-
нето за разполагане на звуковите източници в главата на слуша-
теля. Разбира се, аналогично се прехвърля електрически сигнал
от десния канал в левия.
За качествено възпроизвеждане на музикалните програми със
слушалки от съществено значение е начинът, по който се записват
Тези програми. В последно време се смята, че качествен запис мо-
же да се осыцестви с т. нар. „изкуствена глава"—макет, наподо-
бяващ човешка глава. В местата на „ушите" са поставени два микро-
фона. Този макет се поставя в концертната зала на подхвдящо
място. На пръв поглед сякаш това е идеалната система— в про-
веса на запис е налице пълно съвпадение на дифракционните явле-
ния с тези при човек, седящ на същото място в концертната зала.
По двата канала се записва самостоятелио и сигналите се възпро-
извеждат със слушалки също самостоятелио. Би следвало да се
очаква пълно повторение на акустичната обстановка на концерт-
ната зала в мястото, където се извършва прослушването. Но на
практика това нее така. Преди вснчко ухото е нелинеен елемент
и внася честотнн изкривявания, а програмата преминава два пъти
през него — веднъж при записването и втори път при възпроиз-
веждането. Освен това ефектът за разполагане на звуковите из-
точници в главата на слушателя се проявява и при тази система.
Предцмствата на слушателнте са безспорни и затова те намират
приложение в практикэта, но техните недостатъци са също една
реалност, поради което слушалките не са изместили и не се очак-
за да нзместят изцяло озвучителните тела, а ще се използуват са-
лю в определен!! случаи — когато предимствата им са повече от
недостатъците. Все пак тяхното производство ще нараства, по
дизайн и качествени показатели те непрекъснато ще се усъвършен-
-ствуват.
7.2. КОНСТРУКЦИЯ
Принципната конструкция на електродннамичпа слушалка л
показана на фиг. 7.1 а. Тя е изградена от миниатюрен високогови-
рител 1, разположен в заграден от раковина 2 обем. Високогово-
рителят е монтиран към лицев елемент 3, който изцяло пли частич-
но е отворен в частта пред високоговорителя. По периферията е
оформен уплътнител 4. който е запълнен с теччост или някаква
234
синтетична пяна. В обема на раковината е поставен звукопоглъ-
щащ материал 5. Върху раковината са монтирани изводи 6 за осъ-
щесгвяване на електрическа-връзка с усилвателя. Уплътнителят
4 може да бъде изпълнен изцяло от микропореста материя. Той из-
Фиг. 7.1
пълнява много важна функция за ефективното възпроизвеждане
на сигналите с ниски честоти. Посочено бе, че с помощта на слушал-
ките може да се осыцестви ефективно преобразуване на сигнали с
честоти под 20 Hz. На какво се дължи това?
Звукоизлъчвагцата повърхност на слушалката е много голя-
ма в сравнение с повърхностите, ограждащи обема, в който тя
създава звуковото налягане. Практически трептящата система на
слушалката е една от стените на тозн обем. При ниски честоти
мембраната на слушалката трепти като бутало, т. е. една от сте-
ните на обема се движи като бутало и създава звуково налягане в
този обем. Акустично предната и задната звукова вълна са разде-
лени и не си влияят. Естествено е при тези условия да се получи
ефективно възпроизвеждане на сигналите с ниски честоти. Това е
еквивалентно в жилищната стая да трепти цяла една от стените —
впрочем ефективно възпроизвеждане на акустични сигнали с чес-
тота пол 20 Hz при домашни условия може да се получи, ако висо-
235
коговорител със значителни размери (диаметър 4004-500 mm) се
монтира към една от стенитс, като съседното помещение стужи
за заден обем на високоговорителя.
При много ниски честоти затвореният с такива малки размери
обем може да се разглежда като съсредоточен акустичен елемент —
гъвкавост. Резонансната честота на преобразувателя, използуван
в слушалката, е сравнително висока и при много ниските честоти
трептящата му система може да се разглежда като система, управ-
лявана отгъвкавостта, натоварена акустично също с гъвкавост.
Получава се акустичен делител от гъвкавости, конто е еквивален-
тен на електрическн капацитивен делител. Ако гъвкавостта на
акустичння товар (затворения обем) е значително по-малка от
гъвкавостта на преобразувателя, по-голямата част от звуковото
налягане ще се получи върху обема. Гъвкавостта на обема силно
зависи от степента на затвореност — тя е нан-малка, ако обемъте
херметично затворен. Ако съществуват места, през конто обемът
„изднша“, неговата гъвкавост рязко се увеличава и звуковото на-
лягане в него рязко намалява. В действителност обемът се затва-
ря само в мястото, където прилепва уплътнителят на слушалките
към главата на слушателя. Ако уплътнителят е прилепнал плът-
но, херметично, сигналите с -ниски честоти се възпроизвеждат до-
ри подчертано, със значително по-високо ниво. Но ако уплътни-
телят не е прилепнал добре, възпроизвеждането на сигналите с
ниски честоти е незадоволнтелно, с понижено ниво. Затова, кога-
то се слуша със слушалки, уплътнителят трябва добре да е прилеп-
нал към главата. Като се притиснатсръце слушалките, слухово се
усеща, че басите се усилват. Някои слушатели оставят слушалки-
те неприлепнали от едната страна с цел да може да възприемат
заобикалящата ги акустична обстановка, но по този начин те ряз-
ко влошават качеството на възприеманата от слушалките музикал-
на програма.
При т. нар. отворени слушалки възпроизвеждането на сигна-
лите с ниски честоти в известна степен се влошава. Съществуват
слушалки с пасивни мембрани — освен активната мембрана на
преобразувателя са поставени около нея 44-6 пасивни мембрани,
с което се подобрява преобразуването на сигналите с ниски често-
ти. Такава конструкция е особен© подходяща за слушалки от от-
ворен тип.
На фиг. 71 б е показана принципната конструкция на слушал-
ка за квадрофонично звуковъзпроизвеждане. Тя съдържа два
електродинамични преобразувателя 1 и 2, възпроизвеждащи сиг-
налите, конто са записани на два от каналите на квадрофоничния
запис — преден и заден, съответно за лявата и дясната слушалка.
236
Върху показателите на слушалките съществено влияние оказ-
ват и оста палите елементи от акуетичното им оформление — рако-
вината 4 и предният лицев панел с предпазната решетка. Обикно-
вено високоговорителят, изюлзуван при слушалките, е отворен
от задната прана и обемът на раковината участвува в акустич-
ната му трептяща система. За избягване образуването на стоящи
вълни и за внасяне на активни акустични загуби, конто доприна-
сят за изглаждането на честотната характеристика, в обема на
раковината се поставя звукопоглъщащ материал 5 от фиг. 7.1 а.
При слушалките от отворен тип към задната страна на раковината
има един или няколко отвора. В тези отвори също се поставя
специален материал, имащ характер на активно акустично съпро-
тивление. Видът на този материал, т. е. големнната на това акус-
тично съпротивление, оказва съществено влияние върху показа-
телите на слушалката. Предпазната решетка, която се намира от-
към лицевата страна на слушалката, определи интерферентните
явления, конто се появяват при функционирането й. Към решет-
ката също се закрепва някакъв текстилен материал. Тези два еле-
мента оказват съществено влияние върху хода на честотната
характеристика предимно в областта на високите честоти. Опти-
малният подбор на елементите на акуетичното натоварване на
слушалките е основпа задача на конструктора при проектиране-
то им.
7.3. ВИДОВЕ СЛУШАЛКИ
Нашата промишленост произвежда общо 3 типа електродина-
мични слушалки, като единият тип е отворен.
Слушалка тип ДСМ1200 200 е компл’ктувана с микрофон.
Тя намира приложение в системите, при конто се осъществява
двустранна връзка. Основните й параметри са:
— номинална мощност 1 mW
— номинален импеданс за всяка слушалка 200 Q
— номинален честотен обхват 50-Т-12 500 Hz
— неравномерност на честотната характерис-
тика * 12 dB
— чувствителност 94 dB/mW
— коефициент на хармонични изкривявания 2%
На фиг. 7.2 е показана честотната им характеристика.
Стереослушалкшпе тип ДС-200 Hi-Fi са от затворен тип и
са предназначени за висококачествено възпроизвеждане на музи-
кални програми. Нейните основни параметри са:
237
— номинална мощност
— паспортна мощност
— номинален честотен обхват
— неравномерност на честотната характерис-
тика
— чувствителност при 1000 Hz
— коефициент на хармонични изкривявания
1 mW
100 mW
20-5-20000 Hz
>94
gl2 dB
dB/mW
<S 1%
Фиг. 7.2
Честотната характеристика на слушалките е дадена на фиг.
7.3.
Стереослуиюлкитс тип ДС-200—2 Hi-Fi са от отворен тип
и са предназначени за висококачествено възпроизвеждане на музи-
кални програми. Акустичното им оформление като отворен тип
дава възможност на слушателя да не се откъсва от заобикалящата
го акустична обстановка. Основните параметри на тези слушал-
ки са:
— номинална мощност 1 mW
— паспортна мощност 100 mW
— номинален импеданс на всяка слушалка 200 ft
— номинален честотен обхват 20ч-20 000 Hz
— неравномерност на честотната характерис-
тика ^12 dB
— чувствителност >94 dB/mW
238
— коефициент на хармонични изкривявания 1 %
— маса 0,5 kg
На фиг. 7.4 а е даден външният вид на слушалките, а на фиг.
7.4 б — честотната им характеристика.
Фиг. 7.3
Произвежданите от съветската промишленост електродинамич-
ни стереофонични слушалки тип ТДС-3 са предназначени за
висококачествено възпроизвеждане намузикални стереопрограми.
Основните им технически параметри са:
— номинална мощност 1 mW
— паспортна мощност 500 mW
— номинален импеданс при 1000 Hz 8 Q
— номинален честотен обхват 20^-20 000 Hz
— неравномерност на честотната характерис-
тика в обхвата 40-5-16 000 Hz ^12 dB
— средна чувствителност в обхвата 100-5-2000 10 Pa/V
Hz
— средна разлика между създаваните от двете
слушалки нива на звуковите налягания в об-
хвата 250-5-8000 Hz <;3 dB
— коефициент на хармонични изкривявания
при 1 mW < 1%
— маса 450 g
Слушалките тип К240 на фирмата AKG саелектродинамични
с 6 пасивни мембрани, поставени около мембраната на преобразу-
239
вателя, благодарение на което тази слушалка комбинира предим-
ствата на отворзния тип с доброго възпроизвеждане на сигналите
с ниски честоти, характерно за затворения тип. Високите им ка-
чествени показатели осигуряват естествено звучене, плътен бас'
0.05 0,1 0.2 0,4 1 2 4 10 20
S
Фиг. 7.4
и изключителна брилянтност на звуковата картина.. Основните
им параметри са:~-
— номинален честотен обхват 16-^-20000 Hz
— номинално ниво на звуковото налягане при
1000 Hz 94 dB
240
— номинален импеданс за всяка слушалка 600 Q
— маса без шнура 280 g
Слушалките тип К340 на фирмата AKG са изградени на дву-
лентов принцип — всяка слушалка съдържа електродинами-
чен и електростатичен преобразувател, като двата преобразува-
теля са свързани директно към източннка (без филтър), а е оси-
гурено акустично съгласуване на излъчването им в областта на
разделителната честота. Във всяка слушалка е монтиран миниа-
тюрен трансформатор за електростатичния преобразувател. Елек-
тродинамичният преобразувател възпроизвежда нискочестотните
сигнали, а електростатичния — високочестотните. За подобрява-
не ефективността на преобразуването на сигналите с ниски често-
ти се използуват и пасивни мембрани. Основните параметри на
тези слушалки са:
— номинален честотен обхват 164-25 000 Hz
— номинален импеданс за всяка слушалка 400 Q
— номинално ниво на звуковото налягане при
1000 Hz 94 dB
— маса без шнура 380 g
Произвежданите от японската фирма Pioneer слушалки тип
MONITOR 10 са електродинамични със специална по форма поли-
естерна мембрана. Предназначени са за висококачествено възпро-
извеждане на музикални програми, като са подходящи и за про-
фесионална употреба. Внасяните от слушалките изкривявания
са много малки, отсъстват неестествени окраски. Основните пара-
метри на тези слушалки са:
— номинален честотен обхват 204-20 000 Hz
— чувствителност 100 dB/mW
— максимална мощност на всяка слушалка 700 mW
— маса без шнура 530 g
Глава осма
ЗВУКОВИ колони
8.1. ОБЩИ СВЕДЕНИЯ
Акустична система, изградена от определен брой еднотипни
високоговорители с общо акустично оформление, се нарича звуко-
16 Елеитроакустнчня преобразуватели
241
ва колона. Високоговорителите са разположени така, че работни-
те им центрове обикновено лежат върху една права линия — фиг.
8.1 а, но е въз.можно работните им центрове да лежат върху част
от окръжност, елипса, парабола или друга крива. Във връзка с
повишаване на изискванията към качествените показатели на
звуковите колони се реализират и звукови колони, в конто се изЯ
ползуват по определен брой от два или три типа високоговорите-
ли, като работните центрове на високоговорителите от всеки тип
са разположени върху успоредни помежду си прави линии. На
фиг. 8.1 б е показано разположението на високоговорителите при
двулентова звукова колона, изградена от два типа високоговори-
тели — нискочестотни и високочестотни. Показаното на фиг.
8.1 в разположение на високоговорители е за случая на триленто-
ва звукова колона, изградена от три типа високоговорители —
нискочестотни, средночестотнн и високочестотни. При двуленто-
ви звукови колони високочестотннте високоговорители може да
бъдат разположени и по друг начин. Ако високочестотният високо-
говорител е с голяма чувствителност (рупорен високоговорител),
той може да бъде само един и тогава е по-целеъобразно той да
бъде разположен в средата между нискочестотните високоговорите-
ли, както е показано на фиг. 8.1 г. Разбира се, не е задължитедно
броят на средночестотните и високочестотннте високоговорители
да бъде равен на броя на нискочестотните високоговорители —
задължително е всяка от групите да създава звуково налягане с
еднакво-ииво при поддържане на постоянно по големина входно
напрежение.
242
Звуковите колони се конструират с цел да се създаде акусти-
чен излъчвател с по-голяма мощност, по-голяма чувствителност,
така че в крайна сметка да се получи по-внсоко ниво на звуково-
то налягане и да може да се озвучи по-голямо пространство. Освен
това се пели да се получи излъчвател с подходяща за озвучаване
на открити и закрити обекти пространствена характеристика на
излъчването.
Определенията, дадени за високоговорителите и озвучителни-
те тела, по принцип се отнасят и за звуковите колони. Необходимо
е да се въведат допълнително и следните определения.
Хоризонталната равнина е равнината, която е перпендикуляр-
на на правата, по която са наредени високоговорителите, и минава
през работния център на звуковата колона.
Вертикалната равнина е равнината, която минава през работ-
ните оси на всички високоговорители (ако колоната е изградена
от еднотипни високоговорители) или равнината, която минава
през работната ос на звуковата колона и права, успоредна на пра-
вите, върху конто са разположени съответните високоговорители.
Диаграмата на насоченост във вертикалната равнина е прос-
транствената характеристика на излъчване на звуковата колона
в тази равнина.
Диаграмата на насоченост в хоризонталната равнина е прос-
транствената характеристика на излъчване на звуковата колона
в тази равнина.
в.2. ОСНОВНИ ПАРАМЕТРИ
Общата електрическа (паспортна) мощност Рт, която може да
се подаде на звуковата колона, се определи от паспортната мощ-
ност Рп1 на един от използуваните високоговрители и техния брой
п съгласно зависимостта
Рт^лРпь (8-1)
За предпочитане е в (8. 1) да се нзползува неравенството, за да
се осигури известен резерв, да се увеличи надеждността на звуко-
вата колона.
Чувствителността АТ на дадена звукова колона също зависи
от чувствителността на един от използуваните високоговорите-
ли и броя п на високоговорителите в колоната съгласно зависи-
мостта
Дт = >/л’Л1. (8.2)
243
В действителност чувствителността Аг на звуковата колона се
получава малко по-малка от определената от (8.2). Причината за
това е, че зависимостта (8.2) е изведена при условие, че създавани-
те от всички високоговорители звукови налягания са сннфазнв
по работната ос, но това не е вярно за всички честоти — при висо-
ките честоти разстоянията между високоговорителите са съиз-
мерими с дължината на звуковата вълна и синфазността се нару-
шава. Освен това в звуковата колона всеки високоговорител е
подложен на действието на създаваното от другите високоговори-
тели звуково налягане, което променя неговото съпротивление
на излъчване, променя честотната му характеристика.
В повечето случаи звуковите колони са предназначени за включ-
ване към радиотранслационната мрежа, която е с напрежение
30 или 120 V и звуковата колона се захранва електрически през
съгласуващ трансформатор. При определяне на чувствителност-
та на звуковата колона се измерва електрическата мощност в пър-
вичната страна на трансформатора, а неговият к.п.д. е т]тр< 1 и на
самите високоговорители се подава по-малка мощност. Това е
еквивалентно на намаляване чувствителността на звуковата коло-
на, която в този случай се определя от зависимостта
А-Т=\]птрр (8.3)
Общото звуково налягане рк, което звуковата колона създава
на 1 m по работната си ос, при захранванеспаспортната мощност
Рт се определя от зависимостта
Рк = Агу/Р^=А^пРгГ){р , (8.4 а)
Нивото на общото звуково налягане се определя от зависи-
мостта
LT=Lj +101g я-4-10 lgPT + 101g r(TP, (8.4 б)
където Lj е нивото на характерцстичната чувствителност на един
от използуваните високоговорители.
Обикновено се приема, че монтираният в звуковата колона
високоговорител променя своите параметри само под влияние на
акустичното й оформление, но параметрите му не се повлияват от
работа та на другите високоговорители в непосредствена бли-
зост до него. В действителност това не е така. При функнионпра-
нетоси всеки високоговорител преодолявареакцията на намиращата
се в съприкосновение с трептящата му система въздушна маса. Ко-
гато високоговорителят работи сам, въздушната маса около
него е неподвижна и се привежда в движение само от неговата
трептяща система. Но когато в непосредствена близост до функ-
244
циониращия високоговорител са вк лючени и други високогово-
рители, въздушната маса не ев покой, а е приведена в движение
от другите високоговорители. При тези условия разглежданият
високоговорител трябва да преодолява реакцията на намираща
се в състояние на трептене въздушна среда и неговите параметри
се изменят. Преди всичко се променя съпротивлението му на из-
лъчване, т. е. измени се чувствителността на високоговорителя,
като изменението зависи от честотата f и от броя п на високогово-
рителите. В резултат на проведени изследвания е установено съот-
ношението В на нзлъчвавите акустични мощности от даден високо-
говорител, функциониращ в състава на звукова колона Ра1п и
самостоятелно Ра1
{8'5)
Установено е, че съотношението В зависи от броя п на изпол-
зуваните в звуковата колона високоговорители и от обобщения
параметър
с»
където р0 е скоростта на звука във въздуха;
£)еф —диаметърът на ефективната звукоизлъчзсща по-
върхност на високоговорителя;
I — честотата на излъчвания сигнал.
На фиг. 8.2 е показана зависимостта на В от Q при параметър
бр оя п на високоговорителите, като е прието, че разстоянието
между работните центрове на високоговорителите е 1,5 £)Сф. Вижда
се, че излъчената от високоговорителя акустична мощност в със-
тава на звуковата колона е равна на излъчената при самостоятел-
но функниониране само за честотата fKp
' (8.6)
кьеф
Ако £)(ф=13 cm, се гслу^гва 7кр«г850 Hz.
При честоти, г.о-малки от /кр, коефиниентът В>! и нараства
с намаляване на честотата. Следователно в честотния обхват до
/кр може да се очаква чувствителността на звуковата колона да
бъде' по-голяма от определената от (8.3). В обхвата между fKP и
2/кр кое4иииентът В< 1 и в този обхват следва да се получи по-
малка от определената от (8.3) чувствителност, като намалението
почти не зависи от броя на високоговорителите в колоната. При
честоти, по-големи от 2/кр коефициентът и чувствителност-
2-15
та на звуковата колона следва да се определи достатъчно точно
от (8.3).
Звуковите колони излЬчват акустична енергия ивъввръзка с
това възниква необходимостта да може да се определи разпределе-
нието на излъчваната от тях акустична енергия в пространство-
то. С тази цел се определи характеристиката на насоченост на
звуковите колони G(Q, ф)
0(0, ф)=-?*^-. (8.7)
”о
където
Ро е звуковото налягане на определено разстояние
от работния център по работната ос на звуко-
вата колона;
р (0,ф) — звуковото налягане на същото разстояние от
работния център, но по направление, сключва-
що ъгъл 0 и ф с работната ос — фиг. 8.3.
246
Характеристиката на насоченост на една звукова колона, раз-
глеждана като линеен трупов излъчвател, може да се представи
като произведение от характеристиката на насоченост G( (0, ф) на
един от високоговорителите и характеристиката на насоченост
Grp (9. Ф) на линеен трупов излъчвател,
изграден от точковидни (ненасоченн) из-
точници
0(0, ф)=О1(9, ф) Grp(0, ф). (8.8)
Характеристиката на насоченост на
един високоговорител, разглеждан като
кръгъл плосък бутален излъчвател, мон-
тиран на безкраен акустичен екран, е
О1(0) = О1(ф) = 2-^-. (8.9)
където и е функцията на 0 и X:
D
и=л~ sin 0;
D — диаметърът на буталния из-
лъчвател;
Ji(u) — функция на Весел от пър-
ви ред;
X — дължината на вълната на
излъчвания сигнал.
Поради наличието на осова симетрия
характеристиката на насоченост на бутал-
ния излъчвател е еднаква в двете взаим- Фиг, 8.3
ноперпендикулярни равнини.
Звуковата колона е симетрична по отношение на хоризонтал-
ната равнина и характеристиката на насоченост Gxrp (0, Ф) на
линейния трупов излъчвател в тази равнина е постоянна вели-
чина
Gxrp(0, ф)=1; 0 = 0.
Следователно характеристиката на насоченост на звуковата
колона в хоризонталната равнина се определи само от характе-
ристиката на насоченост на един от изграждащите я високогово-
рители съгласно зависимостта
GJ0, ф) = Ох(Ф)=О1(ф)=2-^-. (8.10)
их
където в случая ах=гс-^-sin ф и 0 = 0.
247
1 Характеристиката на насоченост въз вертикалната рав нина
на трупов линеен излъчвател се определи от зазнси мостта
(8.11)
където ил е функцията на 9 и к (u«=n-^-sin0);
d — разстоянието между работните центрове на два съ-
седни високоговорителя.
За характеристиката на насотеност G, (0) във вертикалната
равнина на звуковата колола се получава ззвисичэстга
ШО) = -s--n ц< • • (8.12)
' п sin ил иу ' '
Анализът на (8.12) показва, че при ниски честоти, когато
<С1 и двата множителя са приблизително равни на 1 за всички
стойности на 0 и диаграмата на насоченост е почти кръг, колона-
та излъчва почти ненасочено. С увеличаване на честотата, т. е. с
намаляване на л, отношението а при много високи честоти
— 3>'1 и двата множителя силно зависят от стойността на ъгъла
0. Звуковата колона излъчва насочено, при много високите често-
ти излъчената звукова енергия се съсредоточава в много малък
ъгъл. Посочено бе, че със звуковите колони се цели да се получи
насочено излъчване, но за високите честоти обикновено излъчване-
то се получава по-насочено от желаното. Поради това се вземат
мерки за разширяване на диаграмата на насоченост във вертикал-
ната равнина на звуковите колони при високите честоти. По-точ-
но стремежът е да се получи честотнонезависима диаграма на на-
соченост при звуковите колони, макар че реализирането на този
стремеж е много трудно и е свързано с много допълнителни раз-
ходи.
Ако с увеличаване на честотата се намалява броят на изгражда-
щите звуковата колона високоговорители, в зависимостта (8.11)
се намалява стойността на п, намалява се зависимостта на този
множител от 0 и се разширява диаграмата на насоченост. При п =1
се получава Gyrp (0) = 1 независимо от 0 и съгласно (8.12) диагра-
мата на насоченост съвпада с тази на високоговорителя. На фиг.
8.4 е показана принципната конструкция на звукова колона, при
която е реализирана посочената идея. Звуковата колона е
248
изградена от 6 последователно свързани високоговорителя В1-э
+В6, като паралелно на двата крайни високоговорителя В/ и В6 са
свързани кондензатори СР От определена честота нагоре конден-
заторът Ci започва да шунтира високоговорителя Bt (съответно и
В6), напрежението върху тях намалява и
тези високоговорители започват да излъч-
ват пренебрежимо малко акустична енер-
гия, т. е. те почти не участвуват при
формиране диаграмата на насоченост на
звуковата колона при високите честоти.
Напрежението на входа на звуковата ко-
лона се поддържа постоянно, т. е. напре-
жението върху останалите 4 високогово-
рителя се увеличава, но не същсствува
опасност от претоварването им. Известно
е, че с увеличаване на честотата входният
импеданс на електродинамичните високо-
говорителн с директно излъчване се уве-
личава и независимо от увеличеното на-
прежение подаваната на останалите 4 ви-
сокоговорителя мощност не се увеличава
над определената стойност за номинал-
Фиг. 8.4
на
на
ния им импеданс. Пак поради увеличаваието с честотата
входния импеданс на високоговорителите входният импеданс
звуковата колона след изключването на двата високоговорите-
ля не става по-малък от номиналния. Възможно е паралелно на
В2 и В5 също да се включат кондензатори с капацитет С2, като за-
дължително трябва С2<СР При това условие напрежението вър-
ху В2 и В5 ще започне да намалява при по-високи честоти. По
този начин ще се избегне претоварването на ВЗ и В4 и няма да се
намали недопустимо входният импеданс на звуковата колона.
Разбира се, изборът на стойностите на Cj и Сг трябва да се извър-
ши след задълбочен теоретичен анализ и точни начисления, прэве-
дени при практическа реализация на звуковата колона.
При озвучаване на открити и закрити пространства желателно
е звуковите колони да излъчват само напред, излъчвачего назад
е нежелателно и смущаващо. Затова се произвежцат и едностран-
но излъчващи (насочени) звукови колони, чиято диаграма на на-
соченост е близка до кардиоида. Принципната конструкция на
насочена звукова колона е дадена на фиг. 8.5. По своята същност
тези звукови колони са почти идентични с ненасочените звукови
колони, но за разлика от тях те имат излъчващи отвори в акустич-
ното си оформление.
Основната идея за реализиране на насочени звукови колони е
следната. Звуковото налягане в т. Л (фиг. 8.5) се създава като екви-
валентно от две звукови налягания — създаваното от високогово-
рителите звуково налягане рх и създаваното от акустичното
оформление звуково налягане рг. Звуковото налягане ра е с по-мал-
ка амплитуда от рх и е дефазирано на ъгъл уА от него, като
Фл»18О°+ф,+срл, (8.13)
където 180е е дефазирането между предната и задната звукова
вълна;
Ф, — дефазирането, породено от разликата между пъти-
щата, конто изминават двете звукови вълни;
250
Фл— дефазирането, предизвикано от наличието на акус-
тичен импеданс в излъчващия отвор.
Звуковото налягане рА в т.-А трябва да бъде не по-малко of
звуковото налягане т. е. появата на звуковото налягане р2 не
трябва да доведе до намаляване на създаваното пред звуковата
колона звуково налягане. Това е възможно само ако р2 е дефазира-
но на повече от 240° спрямо ръ което означава сумата ф/+фл>
>60°. При много ниски честоти дължината на звуковата вълна е
голяма и разликата между пътищата на двете звукови вълни е
малка част от нея. Например при 100 Hzдължината на звукова-
та вълна е 340 ст н, ако разликата между пътищата е 34 ст, това
означава закъснение на ъгъл ф,=36°. Необходимо е в акустичния
импеданс на излъчващия отвор да се предизвика допълнително
дефазиране <рл>24°.
Звуковото налягане рвъ т. В се създава като еквивалентно от
звуковите налягания р3 и pt. Необходимо е рв<рА- Ако се приеме,
че звуковото налягане в т. А рА=р2 и че p4=Pi, то необходимо е
звуковото налягане рв<Р*- Това означава звуковото налягане,
създавано от отворите в акустичното оформление р3 да предизвиква
намаление на създаваното от високоговорителите звуково наляга-
не pt зад звуковата колона, което е възможно само ако р3 и р4 са
дефазирани помежду си на повече от 120°.
Звуковото налягане рв се определя от зависимостта
Рл-Рз+Л- (8.14 а)
Фазовата разлика фа между р3 и рА се определя от зависимостта
Фл = 180°+^— у??. (8.146)
Ако фл=ф/, звуковите налягания р3 и pt ще бъдат в противо-
фаза и Рв=|рз—Р*\- Ако p3=Pi, звуковото налягане рв=0- Това е
идеалният случай, който на практика не може да се реализира.
За практиката е достатъчно звуковото налягане рв<-^рА, т. е-
нивото LB на звуковото налягане в т. В да бъде поне с 10 dB по
ниско от нивото La на звуковото налягане в т. А. Необходимо е да
се има предвид, че дефазирането ф7 зависи от честотата на сигнала.
За запазване постоянно съотношението между и ф, необходимо
е ф,? да зависи по същия начин от честотата. Сравнително добри
резултати се получават, ако ф;—ф/?<20° и р3^рА- От съвместното
решаване с изискването за фл се получава, че дефазирането, кое-
то се предизвиква от акустичния импеданс в излъчващия отвор
на звуковата колона, трябва да бъде не по-малко от 20°.
Допълнителните отвори за излъчване на звукови вълни от
251
обема на звуковата колона се реализират по различен начин и на
различии места върху акустичното оформление — на задната или
страничните стени; с кръгла, правоъгълна или друга форма на
сечението; реализират се с еднакви илй различии отвори, симетрич-
но или несиметрично разположени. Твърде голямо разнообразие
се среща и при реализирането на акустичния импеданс в отвори-
те. Реализират се различии комбинации, за да се постигнат жела-
ните условия за по-широк честотен обхват. Необходимо е да се
има предвид, че с тези конструктивни изменения се цели да се
постигне едностранно излъчване от звуковата колона за областта
на ниските и част от средните честоти. За по-високите честоти те-
зи условия се създават от самата звукова колона. Тъй като дефази-
рането ср, има достатъчно големи стойности поради малката дъл-
жина на звуковата вълна, дори е желателно допълнително реали-
тираните отвори да не излъчват сигнали с високи честоти, за да
t
t
Фиг. 8.6
не се предизвикат.нежелани интерференции.
8.3. ВИДОВЕ13ВУКОВИ колонн
Ьългарската промишленост про.<звежда срдв-
пително широка гама от звукови колони с различ-
но предназначе! ле и оформление.
Звукова К' лона за озвучаване на открити
пространства тип КЗ-25. Предназначена е за
озвучаване на открити пространства — площади,
стадиони, жп гари и пр. При функционирането
си тя е подложена на действието на екстремални
климатични фактори —висока температура и слън-
чева радиация (през лятото), ниска температура
(през зимата) и голяма влажност (при дъжд не-
зависимо от сезона). Това определя конструктив-
ного изпълнение на звуковата колона — корпусът
й е изработен изцяло от метал (стоманен кожух
и капаци) и алуминиеви предпазни решетки.
Звуковата колона е изградена от 6 еднотипни
високоговорителя — тип ВК138А4, конто са из-
пълнени в тропически вариант — мембраните и
звуковите бобини са импрегнирани, за да не пое-
мат влага, в металните им части са с усилено анти-
корозионно покритие. Съгласуването с радиотранс-
лационната мрежа се осъществява с трансформа-
тор, който е импрегниран ?с асфалтов „лак^ (ком-
252
паундиран). Звуковата колона е с ненасочено излъчване, т. е.
акустично^ й оформление е затворен обем. Основните й пара-
метри са:
•— паспортна мощност 25 W
— номинално входно напрежение 30, 120 и 240 V
— номинален честотен обхват 125-5-11 000 Hz
— неравномерност на честотната характе-
ристика 14 dB
— характеристична чувствителност 1,5 PaW*0-5
— размери 1000X166X150 mm
— маса 16 kg
На фиг. 8.6 е даден външният вид на колоната.
Звукова колона за озвучаване на открити пространства
тип КО50—02. Предназначена е за същите цели, както КЗ-25.
Може да функционира при температура от минус 25 до 55ЭС и
влажност на въздуха до 95%. Конструкцията осигурява необходи-
мата защита от прах, пясък и дъжд. Оформена е в цилиндричен
стоманен корпус с декоративни защитни алуминиеви решетки.
Комплектува се с приспособление, позволяващо наклоняване на
звуковата колона или завъртането й около оста с цел закрепването
й в най-подходящо за конкретно озвучавания обект разположение.
Тя излъчва ненасочено, акустичното й оформление е затворен
обем. Основните технически параметри на КО 50—02 са:
— паспортна мощност 50 W
— номинално захранващо напрежение 30 и 120 V
— номинален честотен обхват 100ч-12 000 Hz
— неравномерност на честотната характе-
ристика - 14 dB
— характеристична чувствителност 1,3 PaW*0>6
— коефициент на хармонични изкривява-
ния
в обхвата от 250 до 1000 Hz <7%
в обхвата от 1000 до 4000 Hz ^5%
в обхвата над 4000 Hz . <3%
— размери 1360x248x260 mm
— маса 27 Kg
Електрическата схема на свързване е дадена на фиг. 8.7. Висо-
кбговорителите са свързани по два в паралел, а трите групи са
свързани последователно (ако се повреди един от високоговорите-
лите, звуковата колона ще продължи да функционира). Двете
крайни групп, т. е. четйрите крайни високоговорителя, са шунти-
рани с кондензатори за разширяване на пространствената харак-
теристика р^в вертикалната равнина за високите честоти. Ос-
253
вен това тези кондензатори допринасят за повишаване ефективност -
та на преобразуване на сигналите с високи честоти от звукова та
колона — без кондензаторите нивото на звуковото налягане при
12 kHz е с 2-=-4 dB по-ниско.
Фиг. 8.7 Фиг. 8.8
Звукова колона за озвучаване на откритн пространства
тип КО-100—01. Предназначението й е както на КО-50—02.
Оформена е в метален корпус и може да функционнра при сидите
условия. Основните й параметри са:
— паспортна мощност 100 W
— номинално входно напрежение 30 и 120 V
— номинален честотен обхват 100-*-12 500 Hz
— неравномерност на честотната характе-
ристика 14 dB
— характеристична чувствителност 1,8 PaW'0’5
— коефициент на хармонични изкривя-
вания
в обхвата от 250 до 1000 Hz <^7%
в обхвата от 1000 до 4000 Hz ^5%
в обхвата над 4000 Hz ^3%
254
— размери 1483 x382 x280 mm
• — маса 65 kg
Звуковата колона КО-100—01 в действителност е съставена
от 2 звукови колони с паспортна мощност 50 W, свързани съгласно
схемата от фиг. 8.8. Тази конструкция позволява общозакрепване,
като с помощта на наклоняващото устройство може да се наклоня-
ва или завъртва в желано положение. Освен това може да се раз-
дели на две самостоятелни звукови колони по 50 W и да се реализи-
ра разпределена система за озвучаване. Акуетичното оформление
е затворен обем или по-точно два самостоятелно затворени обема
от по 60 dm3. Излъчването й е ненасочено.
Звукова колона за озвучаване на закрити пространства
тип КЗ-100—01. Предназначена е за озвучаване на клубове,
читалищни салони и др. под. Акуетичното й оформление е
затворен обем от 165 dm3, в който е поставен известно количество
звукопоглъщащ материал. Оформена е от фурнировани ПДЧ с
декоративна решетка от плат. Основните й параметри са:
— паспортна мощност 100 W
— номинално входно напрежение 30 и 120 V
— номинален честотен обхват 50-i-15000 Hz
— неравномерност на честотната характе-
ристика ^15 dB
— характеристична чувствителност ^1,2 PaW‘0>5
— коефициент на хармонични изкривява-
ния
в обхвата от 250 до 1000 Hz ^5%
в обхвата от 1000 до 4000 Hz <3%
в обхвата над 4000 Hz ^2%
— размери 1356 x 360 x 320 mm
— маса 65 kg
Звуковата колона се закрепва към статив, позволяващ накло-
няването й на произволен ъгъл, като оста на въртене минава през
центъра на тежестта й. На фиг. 8.9 е дадена схемата на евързване
на високоговорителите към съгласуващия трансформатор.
Преносима звукова колона тип КН-30. Предназначена е за
временно озвучаване на открито и закрито. Затова е оформена от
фурнировани ПДЧ с пластмасови декоративни решетки. Закреп-
ва се върху тринога стойка, с която се комплектува. Акуетичното
й оформление е затворен обем от 27 dm*, в който се поставя звуко-
поглъщащ материал. Звуковата колона е изградена от 8 високо-
говорителя тип ВО 0826, свързани съгласно схемата от фиг. 8.10.
Двете двойки крайни високоговорители, конто са монтирани в
Двата края на звуковата колона, са шунтирани с кондензатори,
255
»E£io предназначение е същото. както при
параметри на КН-30 са:
— паспортна мощност
— номинален импеданс
— номинален честотен обхват 160-^12000 Нг
— неравномерност на честотната характе-
ристика ^14 dB
— характеристична чувствителност &l,2PaW*°’J
— коефиииент на хармонични изкривява-
ния
в обхвата от 250 до 1000 Hz s3%
в обхвата над 1000 Hz <2%
— размери (без стойката) 904х200X 170 mm
— маса 12 kg
Звукова колона за озвучаване на открити пространства
тип КО-25-01 Н. Предназначена е за постоянна работа на
открито. Конструктивно е оформена от алуминиев корпус и алу-
миниеви капани, а предпазната декоративна решетка е от лерфори-
рана листова стомана. За осигуряване на надеждна зашита на
високоговорителите от влиянието на климатичните фактори и по-
специално от дъжд, прах и пясък високоговорителите се монтират
върху пластмасови решетки, закрепени към алуминиевия корпус»
като на известно разстояние от тях е поставена стоманена решетка.
Звуковата колона е с насочена характеристика на излъчване —
акусти.чното и оформление е затворен обем, но на задната стена
256
са оформени 4 звуковода с правоъгълно сечение, с помощта на кон-
то диаграмата на насоченост има приблизителна форма на кардио-
ид. Изградена е от 3 високоговорителя тип ВК0922, свързани към
съгласуващия трансформатор съгласно схемата от фиг. 8.11 а.
Основните параметри-на звуковата колона тип КО-25—01Н са:
Фиг. 8.11 а и б
— паспортна мощност 25 W'
— но.минално йходно напреженне 30 и 120 V
— номинален честотен обхват 1254-12 500 Hz
— неравномерност на честотната характе-
ристика ^14 dB
— характеристична чувствителност >1,26 PaW"0’5
— коефиииент на хармонични изкривява-
ния
в обхвата 2504-1000 Hz ^6%
в обхвата 10004-4000 Hz <5%
в обхвата 40004-8000 Hz s3%
17 Електроакустични преобразуватели
25Z
_размери 207 X 170x540 mm
— маса kg
На фиг. 8.11 бе показан външният вид на КО-25—01Н, а на
»фиг. 8.11 в — честотната характеристика по работната ос (0°) и
на 180° от нея. Вижда се, че в областта на ниските честоти разлика-
та между нивата на създаваното звуково налягане пред звуковата
колона и зад нея е не по-малко от 10 dB.
Корпусът на звуковата колона тип КО-25—01Н се изработва
От алуминиев екструдиран профил, което позволява да се произ-
веждат варианти на тази звукова колона с различен брой високо-
говорители. Особено подходяще е в корпус с два пъти по-голяма
дължина да се монтират 6 броя високоговорители и да се получи
звукова колона с паспортна мощност 50 W. При това може да се
използуват два броя от същия трансформатор, като се монтират
по един на долния и на горния капак. Освен това с допълнителен
алуминиев профил може да се закрепват две или повече звукови
колони плътно една до друга. По този начин може да се оформи
пяла излъчваща акустична стена, която при това ще има стеснена
пространствена характеристика в хоризонталната равнина. Ако
258
това не е желателио, трябва допълнително да се вземат необходи-
мите мерки или да не се пристъпва към реализирането на такава
излъчваща система.
Звуковата колона тип КО-25—01Н се комплектува с устрой-
ство, позволяващо завъртването й около оста и наклоняването й
във вертикалната равнина. Тя може да се закрепва към пилон, та-
ван, стена и т. н. Дизайнът на звуковата колона я прави съвмес*
тима синтериора на обществени зали и тя може да се използува за
озвучаване на закрити помещения, особено във фоайета, кори-
дори и пр.
259
ЛИТЕРАТУРА
1. Алдошина, И. А., А. Г. В о й ш в и л л о. Высококачественные
акустические системы и излучатели. М., Радио и связь, 1985.
2. Виноградова, Э. Л. Конструирование громкоговорителей со
сглаженными частотными характеристиками. М., Энергия, 1978.
3. В ъ л ч е в, И. Електроакустика. С., Техника, 1975. *
4. В ъ л ч е в, И., Д. М и н е в а, М. В ъ л ч е в а. Разпределение на
мощностите на двулентово озвучително тяло при изпнтване на паспорт-
на мощност В: Доклади от Петата национална конференция по акустика.
В. Търново, 1984.
5. Эфрусси, М. М. Громкоговорители и их примен°ние. АТ, Энергия,
1976.
6. Й о ф е, В. К., М. В. Л и з у н к о в. Бытовые акустические системы.
М., Радио и связь, 1984.
7. Й о ф е, В. К., В. Г. Корольков, М. А. С а п о ж к о в. Спра-
вочник по акустике. М., Связь, 1979.
8. Кинг, Г. Руководство по звукотехнике. Л., Энергия, 1980.
9. Л е п е и д и н, Л. Ф. Акустика. М., Высшая школа, 1978.
10. М ал я ков, С. К. Електроакустични преобразуватели. С., Музика,
11. Маликов, С. К- Обща звукотехника. С., Музика, 1976.
12. Ненов, Г., Д. П о п я н е в. Радиотехника. С., Техника, 1980.
13. Павловская, В., А. Кочерович, А. Лукьянов.
Акустика и электроакустическая аппаратура. М., Искусство, 1977.
14. Поп ян ев, Д. Високоговорители и озвучителни тела. С., Техника,
1980.
15. П о п я н е в, Д., К. Влахов. Битова звукотехника. С., Техника,
1981.
16. Попянев, Д. Конструиране на озвучителни тела. С., Техника,
1984.
17. П о п я н е в, Д. Озвучително тяло със затворен обем и ниска резонанс-
на честота. Авторско свидетелство № 22022, МПК 10К10/00, с приор, от
19.04.1975.
18. Попянев, Д. Озвучително тяло с пасивеи излъчвател. Авторско
свидетелство № 24783 с приор, от 01. 04. 1977.
19. П о п я н е в, Д. Несиметрични електрическн разделителни филтри от
втори ред за озвучителни тела. —Радио, телевизия, електроника,
1979, кн. 5.
2 0. Попянев, Д. Входен електрическн импеданс на Г-образни LC-раз-
делителни филтри за озвучителни тела. —Е л е к т р о п р о м и ш л е-
н о с т и приборостроене, 1979, кн. 9.
21. Попянев, Д. Практическо изчисляване на електрическн разделител-
ни филтри за двулентови озвучителни тела. — Радио, телевизия, елек-
троника, 1979, кн. 6.
22. П о п я н е в, Д. Нискочестотен високоговорител от Hi-Fi клас тип
ВВК200. — Радио, телевизия, електроника, 1979, кн. 10.
23. П о п я н е в, Д. Куполен високочестотен високоговорител от Hi-Fi
клас. — Радио, телевизия, електроника, 1978, кн. 5.
260
24. Попянев, Д. Двулентово озвучително тяло от Hi-Fi клас тип
ОТГ1—02.—Радио, телевизия, електроника, 1979, кн. 2.
25. Попянев, Д. Практическо изчисляване на електрическн раздели-
телни филтри от втори ред за трилентови озвучителни тела.— Радио,
телевизия, електроника, 1982, кн. 10.
26. Попянев, Д. Трилентово озвучително тяло от Hi-Fi клас тип
ОТМ1—11. — Радио, телевизия, електроника, 1983, кн. 4.
27. П off я н е в, Д. ВЬрХу една възможност за намаляване разонансната
честота на озвучително тяло със затворен обем. В: Докладн от Нацио-
налната конференция по акустика. Михайловград, 1981.
28. Поп Яйе'в, Д. Озвучително тяло с пасивна мембрана, възбуждана
през реЗоВаТор.Векторён анализ. В: Доклади от Петата национална кон-
ференция ’ по акустика. В. ТърноЬо; 1984.
29. Поггя н'ев, Д. Двулентово озвучително тяло с пасивен излъчва-
тел.—Р адио, телевизия, електроника, 1983, кн. 6.
30. П о п я н'ев, Д. Трилентово озвучително тяло 50 W. В: Доклади от
научКо-Техническа конференция „Постижения и новости в битовата радио-
електроника", Пловдив, 1985.
31. Попянев, Д. Разделителна честота на нискочестотен филтър от
втори ред'с активно-индуктивен товар. В: Сборник от научни трудове
по радиоелектроника и съобщителна техника, Т. XIX, 1983.
32. Попянев, Д. Разделителна честота на високочестотен филтър от
втори ред с активно-индуктивен Товар. В: Сборник от научни трудо-
ве по радиоелектроника и съобщителна техника, Т. XX, 1983.
33. Попянев, Д. Предавателна характеристика на нискочестотен фил-
тьр от втори ред с активно-индуктивен товар. В: Сборник от научни тру-
дове по'рВдиоелектроника и съдбщйтелИа техника, Т. XIX, 1983.
34. Поп’янёв, Д. Предавател’нй характеристика на високочестотен фил-
тър от втори ред с активно-индуктивен товар. Юбилейна сесия по слу-
чай 20 годинн ИРЕ, 19831
35. Попянев, Д.,’ С.- X р и t Т е в, М. Минков. Трилентово
озвучително тяло от Hi-Fi клас тип ОТГ1—03.—Р а д и о, телевизия,
електроника. 1981, кн. 9.
36. П о п я н е в, Д. и др. Звукова колона с повишена ефективност на из-
лъчване И поДобрена вертикална пространствена характеристика за сиг-
налите С високи честоти. В: Доклади от конференция по акустика. Михай-
ловград, 1981.
37. Попянев, Д. Електроакустичнй преобразуватели. Състояние и
проблема. Пловдив, Симпозиум „Електронни и електротехнически изде-
лия с'битовб Предназначение, технически потребителски стоки, осветнтел-
ни тела", 1977.
38. Урбанский, Б. Электроакустика в вопросах и ответах М., Радио
й СвйзБ, ’1981.
39. Clarke, Т. Augmented Passive-Radiator Loudspeaker Systems, Part
I-JAES; 1981, V. 29, N 6. PaTt-H— JAES, 1981, V. 29, N 7/8.
40. He tn sr d i n q u er, P., M. L e о n a г d. Les enceintes acoustiques.
Paris E.’ T.S< F., 1978.
41. S v о b о d a, L., M. Stefan. Reproduktory a’reproduktorovesousta-
vy. PRAHA, SNTL-NTL, 1976.
261
СЪДЪРЖАНИЕ
Увод...........................................
Глава първа. Основни понятия
1.1. Въведение................................................. . •
1.2. Звук ...............................................
1.3. Шум...................................................
1.4. Звукова вълна и звуково поле................................
1.5. Основни характеристики на звуковото поле....................
1.6. Чист звук...................................................
1.7. Други термини................................................1
1.8. Ниво и логаритмични единици..................................1
1.9. Честотен спектър на звуковите източници......................1
1.10. Енергиен спектър на сложен сигнал...........................1
Глава втора. Кратки сведения за човешкия слух
2.1. Въведение................................................. 2
2.2. Праг на чуваемост...........................................2
2.3. Праг на болезнено усещане...................................2
2.4. Зона на слухово възприятие..................................2
2.5. Височина на тоновете..................................... 2.
2.6. Гръмкост. Ниво на гръмкостта ..............................2‘
2.7. Маскировка на звуковите сигнали ...........................2'
2.8. Бинаурален ефект...........................................31
2.9. Възприятие за тембър на звука ..............................3
Глава трет а. Заместващи схеми на електроакустичните
преобразуватели
.3.1. Електромеханична и електроакустична аналогия ........ 3‘.
3.2. Електромеханичен преобразувател............................3!
3.3. Механична и електрическа еквивалентна заместваща схема на елек-
тромеханичен преобразувател от двигателей тип. . . . ’...........4'
3.4. Механична и електрическа еквивалентна заместваща схема на елек-
тромеханичен преобразувател от генераторен тип ........ 4’
Глава четвърта. Микрофони
4.1. Основни характеристики и параметри на микрофоните .........51
4.2. Прнемници на звуково налягане и на градиент на звуково налягане 5<
4.3. Видове микрофони......................................... 61
4.4. Измерване на основните параметри на микрофоните ....... 8(
4.5. Допълнителни микрофонни съоръжения................... 9
Глава пета. Високоговорители
5.1. Общи сведения............................................ 9!
5.2. Класификация и приложение на високоговорителите............9(
5.3. Геометрични параметри на електродинамичните високоговорители 9"
5.4. Електрически характеристики на високоговорителите..........91
262
5.5. Електроакустични характеристики на високоговорителите ... . 103
5.6. Принцип на действие на електродинамичните високоговорители , 112?
5.7. Устройство на електродинамичните високоговорители...........114
5.8. Фактори, определящи основните параметри на електродинамич-
ните високоговорители............................................125
5.9. Видове електродинамични високоговорители....................131
5.10. Измерване на основните параметри на електродинамичните високо-
говорители ...................................* . • ..............178
Глава шеста. Озвучителни тела
_.1. Основна теория..........................................
6.2. Озвучително тяло със затворен обем......................
6.3. Озвучително тяло с фазоинвертор.........................
°.4. Озвучително тяло с пасивна мембрана...................>.
6.5. Класификация и основни параметри на озвучителните тела'.
6.6. Електрически разделителни филтри за озвучителни тела . .
6.7. Видове озвучителни тела.................................
Глава седма. Слушалки
189
192
198
208
215
218
219
7.1. Общи сведения..............................................
7.2. Конструкция...............................................
7,3. Видове слушалки............................................
231
234
237
Глава осма. Звукови колони
8.1. Общи сведения...............................................241
8.2. Основни параметри.......................................... 243
8.3. Видове звукови колони..................................... 252.
Литература...................................................... 260»
263