Виды акустического оформления, требования к элементам конструкции, рекомендации по конструктивному исполнению АС

Плоский экран — наиболее простой вид оформления, но наименее применяемый. Даже при сравнительно небольших его размерах воспроизведение низких частот значительно улучшается. Вместе с тем в области средних, и особенно высоких, частот экран уже не оказывает существенного влияния. В чистом виде плоский экран применяется крайне редко, ввиду несовершенного эстетического оформления. Одним из вариантов использования плоских экранов в качестве акустических систем является установка головок громкоговорителей в отверстие в стене комнаты, т. е. стена является плоским экраном.

Рекомендации по конструктивному исполнению АС в виде плоского экрана:

• экраном должна служить толстая доска или фанера толщиной 10...20 мм;
• форма экрана — квадратная или лучше прямоугольная (с соотношением ширины к высоте 2:1...3:1);
• размещение ГГ для прямоугольного экрана — в центре, для квадратного — некоторое смещение места установки ГГ от центра улучшает частотную характеристику, хотя и снижает звуковое давление;
• отверстие вырезается по диаметру диффузородержателя ГГ;
• передняя плоскость диффузородержателя (обычно поверхность картонных секторов) должна быть заподлицо с передней панелью экрана, в противном случае перед ГГ образуется цилиндрическое углубление (род короткой трубы), столб воздуха, находящийся в нем, может резонировать на различных частотах и тем самым ухудшать частотную характеристику;
• во избежание повреждения диффузора и попадания пыли на его поверхность рекомендуется спереди закрывать ГГ какой-либо радиотканью, а сзади надевать «юбочку», например из бязи, при этом необходимо обратить внимание, чтобы ткань была натянута, иначе она будет резонировать.

Открытый корпус — ящик, у которого задняя стенка или полностью отсутствует, или же имеет ряд сквозных отверстий (например, из перфорированного картона, пластмассовая со щелями или отверстиями и т. д.). ГГ обычно устанавливаются на передней стенке корпуса. В АС в виде открытого корпуса внутренний объем, как правило, используется для размещения деталей электрической схемы (радиоприемника, телевизора и т. п.).

Наибольшее влияние на частотную характеристику АС с открытым корпусом оказывают передняя стенка (на которой смонтированы ГГ) и ее размеры. Боковые стенки влияют на характеристику АС мало. Таким образом важен не внутренний объем, а площадь передней стенки. Оформление АС открытого типа может быть различным, но следует учитывать большое влияние формы на неравномерность частотной характеристики на средних частотах. Из рис. 1. хорошо видно, что наиболее благоприятной формой является сфера. Из эстетических соображений наиболее распространенной является оформление в виде параллелепипеда, размеры которого часто выбирают так, чтобы размеры лицевой стороны (высота, ширина) и глубина относились друг к другу, как 1:0,55:0,41.

Рис. 1. Зависимость неравномерности частотной характеристики звукового давления от формы корпуса АС

Рекомендации по конструктивному исполнению АС в виде открытого корпуса:

• материал оформления должен обеспечивать жесткость стенок, особенно передней (наиболее подходящий: деревянные доски, ДСП или фанера, тем более толстая, чем больше размеры оформления);
• оформление должно быть не очень глубоким, в противном случае оно начнет действовать как труба, резонирующая на некоторых частотах, тем более низких, чем больше ее длина;
• следует избегать каких-либо отверстий и щелей в акустическом оформлении (за исключением в задней стенке), особенно на передней панели, где они являются причиной акустического «короткого замыкания», приводящей к резкому ухудшению воспроизведения низких частот;
• устанавливать ГГ необходимо на передней стенке с уплотнением в виде кольцевой прокладки из резины, пленки и т. п. между диффузородержателем и стенкой (уплотнением могут служить картонные сектора, обычно располагающиеся на диффузородержателе, но необходимо уплотнить щели между ними);
• ГГ надо притягивать к стенке винтами или шурупами, но не очень сильно, чтобы не покоробить диффузородержатель и тем самым не вызвать перекоса подвижной системы, что может привести к нелинейным искажениям и явиться причиной дребезга;
• задняя стенка ГГ не должна быть закрыта деталями схемы. Несоблюдение этого требования приводит к снижению звукового давления, развиваемого АС;
• площадь перфорации или щелей в задней стенке должна составлять 10...20 % всей площади этой стенки.

Корпус с лабиринтом позволяет избежать акустического «короткого замыкания». АС такого типа (рис. 2) состоит из корпуса, на передней панели которого укреплена ГГ. Задняя сторона диффузора работает на образованный рядом перегородок зигзагообразный звукопровод — лабиринт. Второй конец лабиринта заканчивается выходным отверстием на одной из стенок корпуса. Поперечное сечение лабиринта — обычно прямоугольное или круглое. Площадь этого сечения делается примерно равной площади диффузора. Выпрямленная длина лабиринта должна быть равной примерно половине длины волны на низкой граничной частоте акустической системы, благодаря чему излучения выходного отверстия лабиринта будут совпадать по фазе с излучением передней стороны диффузора. Так, если АС должна воспроизводить звук с 50 Гц (длина волны 6,8 м, половина 3,4 м), то желательно, чтобы выпрямленная длина лабиринта равнялась также 3,4 м.

Рис. 2. Акустическая система с лабиринтом

Закрытый корпус получил наибольшее распространение при конструировании АС. Преимущество его в том, что задняя поверхность диффузора не излучает, и, таким образом, полностью отсутствует «короткое замыкание». Но закрытые АС имеют другой недостаток: при колебаниях диффузора он должен превозмогать дополнительную упругость воздуха в объеме корпуса АС. Наличие этой дополнительной упругости приводит к тому, что повышается резонансная частота подвижной системы НЧ головки громкоговорителя, в результате чего ухудшается воспроизведение частот, лежащих ниже этой граничной частоты. Чтобы резонансная частота все же не была чрезмерно высокой, применяют НЧ ГГ с тяжелой подвижной системой, что позволяет снизить резонанс, как это следует из формулы:

где

• f^`_о — резонансная частота системы;
• С₀ — гибкость закрепления подвижной системы;
• С — гибкость воздуха в закрытом объеме оформления;
• m₀ — масса подвижной системы;
• К₀ — эквивалентный объем;
• V — объем оформления;
• f_о — резонансная частота НЧ ГГ.

Однако увеличение массы подвижной системы влечет за собой понижение чувствительности АС в целом. Особенно небольшой является чувствительность у малогабаритных AC (MAC), упругость объема воздуха внутри оформления которых существенно больше, чем упругость закрепления подвижной системы. Стандартное звуковое давление для них определяется формулой:

где f_о — резонансная частота системы НЧ ГГ, установленной в закрытое оформление объемом V; Q — добротность этой системы на резонансной частоте.

Не рекомендуется выбирать добротность выше 0,7...1,0, так как подвижная система получается «раздемпфированной». Это значит, что при ее возбуждении напряжением музыкальной или речевой программы она будет колебаться с частотой собственных колебаний, близких к резонансной частоте. Таким образом, появятся своеобразные переходные искажения. Для слушателя это будет проявляться в отсутствии чистоты звучания низких частот, примешиванием «гудения» подвижной системы на частоте собственных колебаний. Переходные искажения плохо слышны, пока добротность не превышает единицы. Чем меньше добротность, тем больше спад частотной характеристики на резонансной частоте. Это приводит к ухудшению воспроизведения низких частот. Компенсировать это можно путем введения коррекции низких частот в усилителе звуковой частоты.

Рекомендации по конструктивному исполнению АС в виде закрытого корпуса:

• материал оформления должен обеспечивать жесткость стенок, особенно передней (наиболее подходящий: деревянные доски, ДСП или фанера, тем более толстая, чем больше размеры оформления);
• следует избегать каких-либо отверстий и щелей в акустическом оформлении (за исключением в задней стенке), особенно на передней панели, где они являются причиной акустического «короткого замыкания», приводящей к резкому ухудшению воспроизведения низких частот;
• устанавливать ГГ необходимо на передней стенке с уплотнением в виде кольцевой прокладки из резины, пленки и т. п. между диффузородержателем и стенкой (уплотнением могут служить картонные сектора, обычно располагающиеся на диффузоро-держателе, но необходимо уплотнить щели между ними);
• ГГ надо притягивать к стенке винтами или шурупами, но не очень сильно, чтобы не покоробить диффузородержатель и тем самым не вызвать перекоса подвижной системы, что может привести к нелинейным искажениям и явиться причиной дребезга;
• размеры оформления должны быть возможно больше, однако нет смысла делать объем больше величины, определяемой формулой (так как частота резонанса снижается незначительно):

где

• f₀ — резонансная частота системы НЧ ГГ без акустического оформления;
• m — масса подвижной системы, кг;
• S — площадь диффузора, м².

Минимально допустимый внутренний объем АС следует выбирать так, чтобы добротность АС не превысила допустимой величины добротности из-за повышения резонансной частоты:

где

• Q_{AC — добротность АС;}
• Q — добротность НЧ ГГ;
• V_{0 — эквивалентный объем;}
• V_min — минимально допустимый внутренний объем АС.

Для уменьшения резонансных явлений внутри корпуса следует произвести обивку его звукопоглощающим материалом (например, хлопчатобумажной ватой).

Корпус с фазоинвертором позволяет получить достаточно хорошее воспроизведение низких частот при умеренном объеме АС. Конструкция АС этого типа довольно проста. В корпусе закрытой системы делается щель или отверстие. В последнее может быть вставлена трубка. Упругость объема воздуха в объеме корпуса резонирует на какой-то частоте с массой воздуха в отверстии или трубке. Эта частота называется резонансной частотой фазоинвертора. Таким образом, АС становится в целом состоящей как бы из двух резонансных систем — подвижной системы НЧ ГГ и корпуса с отверстием. При этом подвижная система НЧ ГГ ведет себя как электрический последовательный резонансный контур, а фазоинвертора — как параллельный. При правильно выбранном соотношении резонансных частот этих систем воспроизведение низких частот значительно улучшается по сравнению с закрытыми и открытыми АС такого же внутреннего объема. Это объясняется тем, что на частотах выше резонансной частоты фазоинвертора скорость колебаний частот в отверстии (или трубке) имеет более благоприятный сдвиг по фазе относительно тыльной стороны диффузора НЧ ГГ, чем в открытой АС, когда от передней и задней стенок ее приходят частоты, сдвинутые относительно друг друга по фазе на 180°.

Рекомендации по конструктивному исполнению АС в виде закрытого корпуса с фазоинвертором:

• по конструкции корпуса те же, что и для АС с закрытым корпусом;
• диаметр фазоинвертора, выполненного в виде отверстия, должен быть возможно больше, но не меньше половины диаметра диффузора НЧ ГГ;
• фазоинвертор, выполненный в виде трубки, может быть изготовлен как круглым, так и квадратным, размеры его определяются по формуле:

где

• V=V₀/(Q²_AC/Q²-1) — внутренний объем корпуса, м³;
• Q_AC — добротность АС;
• Q — добротность НЧ ГГ;
• d — диаметр трубки, м;
• l — длина трубки, м;
• с — скорость звука (≈343 м/с).

Корпус с пассивным излучателем — применяется довольно широко. В конструкции корпуса АС с таким видом оформления вместо отверстия или трубки используется пассивный излучатель, представляющий собой ГГ с подвижной системой без магнитной цепи и звуковой катушки. Пассивный излучатель позволяет увеличить уровень звукового давления за счет использования тылового излучения, особенно в области частоты резонанса системы, образуемой за счет массы подвижной системы излучателя, гибкости его подвеса и содержащегося в корпусе воздуха.

Рупорные АС имеют большой коэффициент полезного действия по сравнению с другими оформлениями АС. Они находят широкое применение для озвучивания открытых пространств, а также применяются в качестве средне-и высокочастотных ГГ в некоторых конструкциях АС.