Частотные искажения. Частотная характеристика рупорных громкоговорителей отличается небольшой неравномерностью в рабочей полосе частот

Частотная характеристика рупорных громкоговорителей отличается небольшой неравномерностью в рабочей полосе частот. Эта неравномерность возрастает вблизи граничных частот. Кроме того, на граничных частотах происходит спад частотной характеристики.

Неравномерность на нижних частотах вызывается отражением звука от устья рупора. Если размеры устья малы в сравнении с длиной излучаемой волны, то вследствие отражения волны внутрь рупора сопротивление излучения при изменении частоты колебаний то увеличивается, то уменьшается, вызывая частотные искажения. Спад частотной характеристики на нижних частотах происходит вблизи критической частоты из-за резкого уменьшения сопротивления излучения. Для снижения критической частоты необходимо применять рупоры с малым показателем расширения и достаточно большой осевой длиной, что неудобно с эксплуатационной точки зрения.

Неравномерность частотной характеристики на верхних частотах объясняется тем, что звуковые волны, излучаемые различными участками диафрагмы, проходят до горла рупора различные расстояния. Разность хода волн на нижних и средних частотах значительно меньше длины волны и практически не влияет на фазу звуковых колебаний в горле рупора. На верхних частотах разность хода волн соизмерима с длиной звуковых волн и колебания достигают горла рупора в различных фазах. Интерференция волн приводит к тому, что они в зависимости от величины фазового сдвига то усиливают, то ослабляют друг друга. Звуковое давление в горле рупора изменяется при изменении частоты звуковых колебаний. Для уменьшения частотных искажений в конструкцию головки рупорного громкоговорителя включают конусный распределитель. Тогда входное отверстие рупора имеет форму одной или двух кольцевых щелей. Диафрагма и предрупорная камера делятся на зоны малых размеров, имеющие выход в общий рупор. Разность хода волн в пределах зоны значительно меньше длины волны и не влияет на фазу колебаний.

Спад частотной характеристики на верхних частотах вызывается двумя причинами. На верхних частотах возрастает инерциальное сопротивление подвижной системы. Оно становится соизмеримым с сопротивлением излучения или превышает его. Это приводит к уменьшению колебательной скорости, а следовательно, и излучаемой мощности. Для лучшего воспроизведения верхних частот необходимо уменьшить массу подвижной системы и увеличить сопротивление излучения. Уменьшение массы достигается уменьшением размеров подвижной системы, применением легких материалов. С этой целью диафрагму изготовляют из лавсановой пленки. Звуковую катушку выполняют меньших размеров (в сравнении с катушкой диффузорных громкоговорителей), мотают ее алюминиевым проводом, так как алюминий имеет малую плотность. Для увеличения сопротивления излучения (чтобы оно было значительно больше инерциального даже на верхних частотах) увеличивают коэффициент акустической трансформации, уменьшая площадь горла рупора в 15—20 раз по сравнению с площадью диафрагмы.

Второй причиной спада частотной характеристики на верхних частотах является уменьшение упругого сопротивления воздуха в предрупорной камере. На деформацию воздуха в предрупорной камере затрачивается энергия, звуковое давление в горле рупора уменьшается. Для уменьшения спада частотной характеристики высоту предрупорной камеры выбирают порядка 0,7 мм.

В заключение следует отметить, что граничные частоты рабочего диапазона рупорного громкоговорителя определяются примерными соотношениями.

Следовательно, параметры подвижной системы рупорного громкоговорителя выбирают, исходя из значений граничных частот заданного рабочего диапазона. Однако выбор параметров системы зависит также от мощности громкоговорителя.

При увеличении расчетной мощности громкоговорителя необходимо применять подвижную систему большего размера, значит, большей массы. Следовательно, снижаются частоты. Кроме того, возрастает амплитуда колебания диафрагмы, а так как она колеблется в замкнутом объеме, ограниченном размером предрупорной камеры, то высоту предрупорной камеры необходимо увеличить. Но при этом гибкость воздуха в предрупорной камере увеличивается, что вызывает уменьшение верхней граничной частоты. При повышении расчетной мощности увеличивается давление в горле рупора, что приводит к возникновению нелинейных искажений. Поэтому возникает противоречие между необходимостью увеличивать коэффициент акустической трансформации дли повышения сопротивления излучения и стремлением увеличить горло упора с целью уменьшения нелинейных искажений.

Для того чтобы частично устранить названные противоречия, рупорный громкоговоритель большой мощности выполняют таким образом, что он состоит из двух рупорных головок, нагруженных на один рупор, причем головки соединяются с общим рупором посредством V-образной горловины, имеющей два отвода. В этом случае мощность каждой головки относительно невелика и может быть увеличена верхняя граничная частота. Увеличено и горло общего рупора, поэтому нагрузка горла меньше предельно допустимой. При необходимости мощность увеличивается за счет большего числа громкоговорителей.