Тема 9. 7. Двухполосные громкоговорители

При конструировании громкоговорителей учитывают следующие требования: необходимо расширять полосу воспроизводимых частот и одновременно снижать частотные искажения; следует увеличивать диапазон передаваемых мощностей при малых нелинейных искажениях; диаграмма направленности должна быть стабильной и не зависеть от частоты колебаний, необходимо повышать КПД громкоговорителя. Для передвижной аппаратуры учитываются также вес и размеры громкоговорителя.

Анализ показывает, что невозможно выполнить диффузорный или рупорный громкоговоритель, который отвечал бы всем перечисленным требованиям. Особенно сложно совместить в одной конструкции требования о необходимости расширения полосы преобразуемых частот и диапазона воспроизводимых мощностей.

Для того чтобы диффузорный громкоговоритель воспроизводил большие мощности, необходимо увеличить размеры диффузора, с тем, чтобы повысить сопротивление излучения. Для прочности диффузора больших размеров следует увеличить его толщину. Звуковая катушка должна быть намотана проводом большого сечения. В результате возрастет масса подвижной системы. Для нижних частот, на которые приходятся наиболее мощные звуки, увеличение массы возможно, так как акустическая мощность от массы подвижной системы не зависит. Кроме того, за счет увеличения массы снижается резонансная частота подвижной системы и расширяется полоса воспроизводимых нижних частот.

Однако верхние частоты такой диффузорный громкоговоритель не воспроизводит, так как в поле плоской волны сопротивление излучения постоянно и акустическая мощность при возрастании массы подвижной системы уменьшается.

Для рупорных громкоговорителей увеличение мощности приводит к увеличению амплитуды колебания диафрагмы. Диафрагма колеблется в ограниченном объеме — в предрупорной камере, и при увеличении амплитуды колебания высоту предрупорной камеры следует увеличивать. Это приведет к увеличению объема воздуха в камере, от которого зависит упругость воздушного промежутка. На нижних частотах длина волны велика; упругое сопротивление воздуха в предрупорной камере таково, что воздух практически несжимаем, поэтому происходит акустическая трансформация. С повышением частоты упругое сопротивление воздуха в предрупорной камере уменьшается, и для того чтобы происходила акустическая трансформация, высоту предрупорной камеры следует уменьшить.

Увеличение акустической мощности в нормальных рупорных громкоговорителях увеличивает звуковое давление в горле рупора, что приводит к значительным нелинейным искажениям. Для уменьшения искажений следует увеличивать площадь горла рупора, в результате чего снижается коэффициент акустической трансформации.

Как известно, акустическая трансформация применяется для того, чтобы колебания подвижной системы рупорного громкоговорителя управлялись сопротивлением излучения. За счет трансформации сопротивление излучения увеличивается по сравнению с инерциальным сопротивлением подвижной системы. На нижних частотах инерциальное сопротивление мало и поэтому даже при увеличении площади горла сопротивление излучения значительно превышает инерциальное сопротивление подвижной системы. На верхних же частотах инерциальное сопротивление возрастает и сохранение необходимого соотношения между сопротивлением излучения и инерциальным сопротивлением возможно лишь при увеличении коэффициента трансформации, что достигается уменьшением площади горла рупора. На верхних частотах воспроизводимые мощности относительно малы, уменьшается амплитуда колебаний, и уменьшение высоты предрупорной камеры и площади горла рупора не только необходимо, но и допустимо.

Приведенные рассуждения относительно особенностей конструкции диффузорных и рупорных громкоговорителей свидетельствуют о несовместимости требований высококачественного воспроизведения верхних и нижних частот. В современных мощных звуковоспроизводящих комплектах применяют громкоговорящие агрегаты двух-полосные или трехполосные громкоговорители).

Двухполосный агрегат состоит из двух громкоговорителей: низкочастотного и высокочастотного. Это название условно, так как оба громкоговорителя воспроизводят частично область средних частот. Низкочастотный громкоговоритель рассчитывается на воспроизведение полосы частот от нижней граничной частоты до частоты разделения. Высокочастотный громкоговоритель должен работать в диапазоне частот от частоты разделения до верхней граничной частоты. Граничные частоты должны соответствовать рабочему диапазону частот тракта звукопередачи. При выборе частоты разделения исходят из того, что средние мощности низкочастотного и высокочастотного диапазонов должны быть примерно равны. Это упрощает конструктивный расчет громкоговорителя. Кроме того, незаметно на слух раздельное звучание головок низкочастотного и высокочастотного громкоговорителей.

Другое соображение при выборе частоты разделения заключается в том, что граничные частоты каждого из диапазонов не должны значительно отличаться друг от друга из-за возрастания модуляционных искажений. Напомним, что они возникают у диффузорных громкоговорителей из-за неравномерности распределения индукции в зазоре магнитной цепи. У рупорных же громкоговорителей причиной модуляционных искажений является нелинейность предрупорной камеры.

В аппаратуре «Звук» частота разделения составляет для всех комплектов 1200 Гц, «Звук-Т» — 1600 ~ 1800 Гц, а в трехполосном громкоговорителе — 350 и 1600 Гц.

Для воспроизведения нижних частот применяют диффузорные головки, которые размещают в фазоинверторе или в низкочастотном рупоре, являющемся сочетанием направляющего рупора с фазоинвертором. Низкочастотные головки отличаются от широкополосных диффузорных головок увеличенными размерами как подвижной, так и магнитной систем. Это связано с необходимостью воспроизводить большие мощности.

В качестве высокочастотных громкоговорителей используются рупорные громкоговорители, важнейшим достоинством которых в данном случае является малая масса подвижной системы и возможность увеличения мощности за счет повышения коэффициента акустической трансформации.

В настоящее время в кинотеатральной

аппаратуре однополосные громкоговорители применяют в некоторых комплектах переносного типа, в контрольных громкоговорителях, в фойе. В большинстве комплектов громкоговорители, используемые в залах, являются двух- или трехполосными.