3.1. Определения, классификация головок громкоговорителей

Головкой громкоговорителя (ГГ) называется пассивный электроакустический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической формы сигналов звуковой частоты в акустическую (не содержащий дополнительных устройств: корпуса, фильтров и т. д.). Головки громкоговорителей являются последним и одним из наиболее важных звеньев любого электроакустического тракта, так как их свойства оказывают чрезвычайно большое влияние на качество работы этого тракта в целом.

Классификация ГГ может быть произведена по различным признакам. Основные из них: принцип действия, способ трансформации акустической энергии, полоса передаваемых частот, форма диафрагмы, тип акустического оформления, область применения. По принципу действия (по способу преобразования электрической формы сигнала в акустическую) ГГ делятся на электродинамические, электростатические, пьезокерамические, ионные и др.

Электродинамические ГГ. Получили наибольшее промышленное распространение. Реализуются в зависимости от формы проводника в трех вариантах: катушечном, ленточном, изодинамическом.

Преобразование энергии в катушечной ГГ основано на взаимодействии:

• проводника с током звуковой катушки и поля постоянного магнита (в результате электрические колебания сигнала звуковой частоты проводника преобразуются в механические колебания диафрагмы головки громкоговорителя);
• колеблющейся диафрагмы ГГ с окружающей средой (в результате возникают акустические колебания).

Преобразования энергии в ленточной ГГ основано на взаимодействии тока звуковой частоты, протекающего по тонкой металлической гофрированной ленточке, и магнитного поля между полюсами магнита, в котором она помещена. Ленточка является и проводником тока и излучающим элементом. Из-за низкого сопротивления ленточки ГГ такого типа требуют применения согласующих трансформаторов и большого объема магнитов.

Преобразование энергии в изодинамической ГГ основано на взаимодействии тока звуковой частоты, протекающего по проводнику в виде прямоугольной или круглой спирали, нанесенной на тонкую мембрану методом напыления или травления, и магнитного поля между полюсами магнитов, в которое она помещена. Мембрана является излучающим элементом.

Электростатические ГГ. Излучающим элементом в них является тонкая металлизированная пленка толщиной порядка 6...10 мкм, помещенная между перфорированными электродами из металлизированного диэлектрика. Между мембраной и электродами приложено постоянное поляризующее напряжение. Переменное звуковое напряжение, под воздействием которого мембрана колеблется и излучает звук, подводится через понижающий трансформатор к неподвижным электродам. Частотная характеристика излучаемой электростатической ГГ мощности в некоторой области частот, лежащей ниже частоты механического резонанса подвижной мембраны, горизонтальна. Это получается за счет выбора частоты основного резонанса излучающей мембраны выше верхней границы звукового диапазона. Частотная характеристика звукового давления в рабочей области частот также почти линейна. Небольшой подъем на высших частотах объясняется приближением к резонансу и увеличением направленности излучаемой мощности с ростом частоты.

Электростатические преобразователи применяются, в основном, в качестве высокочастотных ГГ. При этом они обеспечивают диапазон воспроизводимых частот около трех октав при незначительной неравномерности частотной характеристики (3—5 дБ) и коэффициенте гармоник около 1%. В связи с малым нелинейным и частотным искажением электростатические ГГ имеют очень естественное звучание.

Пьезокерамические ГГ. Принцип действия основан на эффекте механических деформаций кристаллов некоторых веществ при воздействии на них электрического поля (эффект электрострикции). Большим достоинством пьезокерамических ГГ является очень малое потребление энергии от источника сигнала, определяемое емкостным сопротивлением пьезоэлемента.

Ионные ГГ. Наиболее оптимальные ГГ с точки зрения согласования сопротивлений источника колебаний и воздушной среды, в которой распространяются возбуждаемые колебания. Отсутствие в ионном преобразователе каких либо механических элементов с сосредоточенными параметрами (массой, гибкостью) позволяет получить очень высокое качество воспроизведения звука практически без искажений.

По способу трансформации акустической энергии ГГ делятся:

• ГГ прямого излучения, у которых поверхность диафрагмы излучает звук непосредственно в окружающую среду;
• рупорные ГГ (узкогорлые), у которых диафрагма излучает звук в предрупорную камеру, где происходит трансформация скорости звукового давления.

По полосе передаваемых частот ГГ делятся на: широкополосные (ШП), низкочастотные (НЧ), среднечастотные (СЧ), высокочастотные (ВЧ).

По форме диафрагмы ГГ делятся на: конусные, купольные, плоские.

По типу акустического оформления ГГ делятся:

• для открытых акустических систем;
• для закрытых акустических систем;
• для акустических систем с фазоинвертором (ФИ);
• для акустических систем с пассивным излучателем (ПИ) и др.

По области применения ГГ делятся:

• ГГ для переносной радиоаппаратуры;
• ГГ для стационарной бытовой радиоаппаратуры (телевизоры, магнитофоны, радиоприемники);
• для высококачественных бытовых акустических систем высших групп сложности;
• ГГ для аппаратуры озвучивания;
• ГГ для студийной, концертной аппаратуры;
• ГГ для абонентских громкоговорителей и др.

Наибольшее распространение получили электродинамические катушечные конусные (диффузорные) или купольные ГГ прямого излучения.