Полное сопротивление

Если рассматривать сопротивление неподвижной звуковой катушки, то оно состоит из активного и индуктивного сопротивлений. Это собственное сопротивление звуковой катушки Z_о. Активное сопротивление зависит от диаметра и длины провода, которым намотана звуковая катушка. Индуктивное сопротивление обусловлено наведением в звуковой катушке ЭДС самоиндукции при изменении тока в катушке. Оно зависит от числа витков катушки и от частоты подводимого к ней напряжения.

При работе громкоговорителя звуковая катушка колеблется в магнитном поле. При этом она пересекает магнитные силовые линии, и в катушке наводится ЭДС индукции, которая по правилу Ленца направлена навстречу приложенному напряжению.

Подвижная система громкоговорителя совершает вынужденные колебания под действием электродинамической силы, равной F = ВlI.

Полное электрическое сопротивление громкоговорителя — важный показатель его работы, так как определяет сопротивление нагрузки для оконечного каскада усилителя. С этой точки зрения рассмотрим зависимость полного сопротивления громкоговорителя от частоты электрических колебаний, подводимых к катушке. Оно является суммой собственного и внесенного сопротивлений. Поэтому проанализируем влияние каждого из них на частотную характеристику.

Индуктивность звуковой катушки невелика. На нижних частотах индуктивное сопротивление катушки мало и катушка обладает активным сопротивлением, не зависящим от частоты. На средних и верхних частотах индуктивное сопротивление возрастает, поэтому увеличивается и собственное сопротивление звуковой катушки.

Внесенное сопротивление зависит от колебательной скорости подвижной системы громкоговорителя, а значит, и от ее механического сопротивления.

На частоте механического резонанса механическое сопротивление минимально и равно активному сопротивлению подвижной системы. Колебательная скорость на этой частоте достигает наибольшего значения, поэтому максимально и внесенное сопротивление. При понижении и повышении частоты колебаний относительно частоты резонанса механическое сопротивление возрастает, колебательная скорость, а следовательно, и внесенное сопротивление уменьшаются. Зависимость внесенного сопротивления громкоговорителя от частоты колебаний выражается резонансной кривой. Подвижная система диффузорных громкоговорителей выполняется так, что частота механического резонанса лежит в области нижних частот (она является нижней граничной частотой диффузорного громкоговорителя). Из этого следует, что полное сопротивление возрастает на нижних частотах вследствие роста внесенного сопротивления и достигает максимального значения на частоте механического резонанса. При дальнейшем повышении частоты колебаний внесенное сопротивление уменьшается и имеет, следовательно, емкостный характер. На верхней частоте происходит электромеханический резонанс из-за равенства внесенного (емкостного) и собственного индуктивного сопротивлений. Полное электрическое сопротивление при этой частоте является чисто активным и определяет величину номинального электрического сопротивления громкоговорителя. Оно несколько превышает сопротивление звуковой катушки постоянному току. При дальнейшем повышении частоты полное сопротивление громкоговорителя увеличивается за счет индуктивного сопротивления звуковой катушки. Таким образом, в рабочем диапазоне частот происходит значительное изменение полного сопротивления громкоговорителя, что является причиной рассогласования его с выходом усилителя и изменения выходной мощности усилителя, т. е. причиной частотных искажений.

Уменьшение мощности, развиваемой на выходе усилителя, менее заметно, если сопротивление нагрузки возрастает по сравнению с номинальным, а не становится меньше его. Кроме того, индуктивное сопротивление громкоговорителя необходимо уменьшать, так как в транзисторных усилителях при больших реактивных сопротивлениях нагрузки значительно увеличиваются токи в момент включения и отключения источников питания, что выводит транзистор из строя.

В конструкции диффузорных громкоговорителей предусматриваются меры для уменьшения искажений, возникающих вследствие изменения полного сопротивления при изменении частоты колебаний.

Неравномерность частотной характеристики полного сопротивления при нижних частотах уменьшается при использовании фазоинвертора. Громкоговоритель и фазоинвертор представляют собой сложную колебательную систему. Минимальное значение механическое сопротивление имеет на частотах, которые определенным соотношением связаны с частотой < 0. Увеличение механического сопротивления на частоте резонанса приводит к уменьшению колебательной скорости подвижной системы и к уменьшению внесенного сопротивления.

Рост индуктивного сопротивления звуковой катушки на верхних частотах уменьшается при использовании короткозамкнутого витка, индуктивно связанного со звуковой катушкой. Этот виток выполняется в виде тонкостенного (толщина стенок 0,3—0,4 мм) медного колпачка, насаживаемого на торец керна. Между звуковой катушкой и короткозамкнутым витком существует индуктивная связь, образующая трансформатор, вторичная обмотка которого состоит из одного витка. В этом витке наводятся вихревые токи, он обладает активным сопротивлением, которое в схеме замещения трансформатора оказывается включенным параллельно индуктивности звуковой катушки. На нижних частотах влияние витка не сказывается, так как индуктивное сопротивление катушки значительно меньше активного сопротивления витка.