Частотные искажения

Частотная характеристика диффузорных громкоговорителей имеет значительную неравномерность. Характеристики однотипных, но различных громкоговорителей отличаются друг от друга. Однако у всех диффузорных громкоговорителей частотная характеристика имеет спад на нижних частотах, неравномерность на средних и верхних частотах, спад на верхних частотах.

Диффузор громкоговорителя на нижних частотах можно с небольшой погрешностью уподобить поршневому излучателю, поэтому собственная частота подвижной системы громкоговорителя является для него нижней граничной частотой. Ниже этой частоты излучаемая громкоговорителем мощность уменьшается, причем спад мощности составляет 12 дБ на октаву. Для расширения полосы нижних частот, воспроизводимых громкоговорителем, необходимо снижать частоту механического резонанса. Это может быть достигнуто при увеличении массы и гибкости подвижной системы. Увеличение массы приведет к уменьшению отдачи на верхних частотах.

Частота резонанса понижается за счет увеличения гибкости подвеса, главным образом гофра. С этой целью гофр промазывают незасыхающей смазкой (головки 4А-32, 4А-44, 2А-12) или выполняют из винилискожи и подклеивают к диффузору (головка 2А-14). У современных широкополосных кинотеатральных диффузорных головок частота механического резонанса лежит в пределах от 40 до 70 Гц, причем нижний предел характерен для более мощных головок.

Другой причиной спада частотной характеристики на нижних частотах является интерференция прямой и оборотной волн, происходящая вследствие огибания звуковыми волнами громкоговорителя. Как указывалось, это явление может быть частично устранено применением закрытого ящика или фазоинвертора.

В киноаппаратуре головки громкоговорителя оформляются в закрытых ящиках, ящиках-фазоинверторах и рупорах-фазоинверторах. Внутренняя поверхность ящика обрабатывается пористым звукопоглощающим материалом, чтобы уменьшить влияние отраженных волн на колебания подвижной системы громкоговорителя. Фазоинвертор позволяет использовать энергию оборотной волны, вследствие чего уровень стандартного звукового давления повышается в сравнении с работой головки в закрытом ящике.

При использовании фазоинвертора увеличивается активное механическое сопротивление при частотах, близких к частоте резонанса подвижной системы. Поэтому уменьшаются нелинейные искажения и внесенное сопротивление громкоговорителя, что также способствует уменьшению частотных искажений на нижних частотах. Однако применение фазоинвертора вызывает фазовые искажения в громкоговорителях из-за наличия нескольких резонансов, что снижает качественные показатели громкоговорителя. Для уменьшения фазовых искажений в свободном отверстии фазоинвертора размещают пористый звукопоглотитель с целью увеличения активного механического сопротивления. Кроме того, для уменьшения неравномерности частотной характеристики на нижних частотах находят применение громкоговорители с пассивным излучателем, в которых в свободном отверстии фазоинвертора помещают диафрагму, колебания которой возбуждаются через воздух, заключенный внутри ящика.

В некоторых конструкциях заэкранных громкоговорителей используются еще и рупоры-фазоинверторы. Низкочастотный рупор представляет собой ящик, выполненный из 20-мм фанеры. Передняя стенка ящика отсутствует и заменена экспоненциальным широкогорлым рупором, выполненным также из фанеры. Сверху и снизу симметрично относительно устья рупора в передней стенке имеются два отверстия, предназначенные для выхода оборотной волны. Гибкость воздуха внутри ящика и масса воздуха в этих отверстиях составляют акустическую систему, инвертирующую фазу оборотной волны.

Неравномерность частотной характеристики громкоговорителя на средних и верхних частотах вызывается тем, что колебания диффузора отличаются от колебаний жесткого поршня.

Интерференция прямой и отраженной волн приводит к образованию стоячей волны, и на поверхности диффузора образуются узловые зоны, по обе стороны которых колебания участков поверхности совершаются в противофазе. Положение узловых зон зависит от частоты колебаний. В результате сложения колебаний, излучаемых различными участками поверхности диффузора, суммарное звуковое давление изменяется, вследствие чего возникают пики и провалы частотной характеристики.

Спад частотной характеристики громкоговорителя на верхних частотах объясняется тем, что колебания подвижной системы громкоговорителя в рабочей полосе частот управляются массой. При повышении частоты происходит уменьшение колебательной скорости, а значит, и акустической мощности. Рост инерциального сопротивления на верхних частотах приводит к спаду уровня акустической мощности, равному 6 дБ на октаву. Для уменьшения частотных искажений на верхних частотах специально подбирают состав бумажной массы, из которой отливают диффузор. Выполняют диффузор так, чтобы толщина его была наибольшей у вершины конической поверхности и постепенно убывала к его основанию, пропитывают вершину конуса особым лаком. В результате этого поперечные колебания, распространяющиеся вдоль образующей диффузора, затухают, и амплитуда колебаний уменьшается от вершины к основанию диффузора. Это убывание амплитуды происходит тем быстрее, чем выше частота. На верхних частотах колеблется только вершина диффузора. Масса

колеблющейся части подвижной системы тем самым уменьшается, но одновременно уменьшается и излучающая поверхность, а значит, и сопротивление излучения. Поэтому в конструкцию громкоговорителя вводится дополнительный излучатель-высокочастотный конус. Второй конус делается более жестким из-за подбора бумажной массы и малого угла раскрытия конуса. На верхних частотах он выполняет роль излучателя, поэтому увеличивается сопротивление излучения и полоса воспроизводимых верхних частот расширяется до 10—12 кГц (вместо 7—8 кГц) при прежних частотных искажениях. На нижних частотах роль излучателя выполняет большой конус, однако у двухдиффузорных громкоговорителей несколько увеличивается масса подвижной системы, снижается частота механического резонанса и расширяется полоса воспроизводимых нижних частот.

Другой причиной частотных искажений на верхних частотах является увеличение индуктивного сопротивления, что приводит к рассогласованию усилителя и громкоговорителя. Искажения уменьшаются при использовании насадки на керн в виде тонкостенного медного колпачка.