Чтение онлайн

Третье. В ряде случаев для снижения Кн.и применяются громкоговорители с запасом мощности. Пример: к пятиваттному громкоговорителю подводят 3 вт. Уменьшения звуковой мощности при этом не происходит: электрический сигнал мощностью 3 вт с помощью пятиваттного громкоговорителя создает такую же звуковую мощность, как и с помощью трехваттного.

К этим замечаниям нужно было бы добавить еще одно: о влиянии на мощность громкоговорителя его внешнего оформления. Однако вопрос этот настолько важен, что для его освещения не стоит ограничиваться коротким замечанием — здесь есть о чем рассказать подробно.

Радиолюбители могут создать свой вариант знаменитой андерсеновской сказки о голом короле. Главным героем этой сказки будет электродинамический громкоговоритель — Его Величество Динамик Первый. Это действительно король-динамик — с роскошной королевской частотной характеристикой (без завалов), с «заграничным» резонансом (резонансная частота составляет 10 гц, то есть выходит за границу слышимого звука) и, конечно, с аристократической степенностью (хорошее демпфирование).

Включили радиолюбители громкоговоритель, слушают, как поет Его Величество, слушают и громко восхищаются:

«Ах, какой тембр!»

«Ах, какие басы!»

«Ах, как плачут скрипки!..»

А каждый, между прочим, про себя думает, что никаких басов, никакого особого тембра не слышно, что звучит король-динамик очень плохо.

Думают так радиолюбители, а сказать об этом стесняются — скажешь, а тебя же засмеют, и выйдет, что ты ничего в динамиках не понимаешь…

И вдруг, почти так же, как и у Андерсена, к радиолюбительской компании подходит мальчик ясельного возраста и говорит такие слова: «Плохо у вас, дяденьки, радио играет, а все потому, что без коробочки». Тут все замечают, что громкоговоритель в спешке действительно забыли вставить в ящик. Вспоминают, что «без одежды» ни один динамик, даже Его Величество Король, не будет хорошо звучать, не сможет показать всех своих достоинств.

Мы с вами не будем следить за дальнейшим развитием событий в сказке «Голый Динамик», а лучше выясним, каким образом и в какой степени внешнее оформление, в том числе и ящик, влияет на качество звучания [5].

Начнем с того, что громкоговоритель может сам ослаблять свое же собственное излучение. В тот момент, когда диффузор сжимает перед собой воздух, двигаясь вперед, сзади диффузора создается разрежение. И наоборот, в момент отступления разрежение создается впереди диффузора, а сжатие — позади. Иными словами, диффузор одновременно излучает две звуковые волны, причем сдвинутые по фазе на 180° (рис. 3, в). Если обе эти волны с тем же сдвигом фаз попадут к нашему уху, то мы вообще ничего не услышим — противофазные волны просто скомпенсируют друг друга (рис. 28, б).

Рис. 28 Акустический экран удлиняет путь обратной звуковой волны (пунктир), создает дополнительный сдвиг фаз и превращает противофазную обратную волну в синфазную.

В реальном случае полного «взаимного пожирания» звуковых волн не происходит хотя бы потому, что в направлении вперед громкоговоритель излучает более сильную волну. А вот резкое ослабление звука из-за противофазного излучения мы наблюдаем на средних и особенно на низших звуковых частотах.

Рисунок поясняет, почему это неприятное явление в основном затрагивает область низших звуковых частот. Вы видите, что волна, возникающая сзади диффузора, приходит к слушателю более длинным путем (пунктирные линии), то есть с некоторым опозданием. На высших звуковых частотах, когда период мал, из-за этого опоздания появляется дополнительный сдвиг фаз, и практически получается, что враги становятся друзьями: обе, в прошлом противофазные, волны действуют согласованно, в фазе. На средних и особенно на низших частотах опоздание составляет лишь небольшую часть периода, и заметного дополнительного сдвига фаз не получается. Таким образом, из-за противофазного излучения падает звуковая мощность (по статистике она в основном приходится на средние частоты) и появляется сильный завал частотной характеристики в области низших частот.

Способ устранения этих недостатков напрашивается сам собой: нужно просто искусственно увеличить опоздание задней волны. Сделать это проще всего с помощью акустического экрана, который радиолюбители иногда неправильно называют отражательной доской. Размеры и форма экрана подбираются так, чтобы создать необходимое опоздание, необходимый дополнительный сдвиг фаз передней и задней волн на всех частотах. Лучшие результаты дает акустический экран с несимметричным расположением громкоговорителя.

Материалом для экрана может служить толстая (5—10 мм) фанера или доска; снаружи его закрывают декоративной тканью. Размеры экрана выбирают по графику рис. 29, 1, а с учетом нижней граничной частоты. Не имеет смысла рассчитывать акустический экран, так же как и другие «одежды», на те частоты, которые громкоговоритель не в состоянии воспроизвести.

Некоторые преимущества дает установка треугольного экрана в верхнем углу комнаты (рис. 29, 1, г). В этом случае сами стены в какой-то степени увеличивают действующую поверхность экрана и улучшают воспроизведение низших частот. И все же акустический экран «в чистом виде» применяют сравнительно редко.

Наиболее привычное внешнее оформление громкоговорителя — ящик — можно рассматривать как складной экран: он также создает нужное опоздание задней волны (рис. 28). Ящик — это довольно сложная акустическая система, чем-то напоминающая резонаторы музыкальных инструментов. От размеров, формы и материала ящика во многом зависит качество звучания.

Так, например, ящик с открытой задней стенкой можно приравнять к обычному акустическому экрану (рис. 29, 1, б, в). Ящик с закрытой задней стенкой уже по-другому влияет на частотную характеристику. Воздух в замкнутом объеме меняет упругость подвижной системы громкоговорителя и повышает ее резонансную частоту.

рис. 29, 1

Однако ящики с закрытой стенкой иногда все же находят применение. Правильно выбрав размеры такого ящика (график на рис. 29, 2, а) и заполнив весь его объем звукопоглощающим материалом, например минеральной, стеклянной или обычной хлопчатобумажной ватой, можно получить хорошую компенсацию за несколько подпорченную частотную характеристику. Такой ящик с звукопоглотителем будет отлично демпфировать громкоговоритель. Что же касается завала на нижних частотах, то его, как вы увидите дальше (стр. 130, рис. 33, 35, 36 и др.), можно будет в некоторой степени скомпенсировать.

Дальнейшим развитием идеи закрытого ящика является акустический фазоинвертор (фазовращатель). Он позволяет осуществить эффективное демпфирование с помощью звукопоглотителя, то есть снижает нелинейные искажения и в то же время резко улучшает частотную характеристику в трудной области — в области нижних частот. Фазоинвертор рассчитывают таким образом, чтобы на самых низших частотах, вблизи резонанса громкоговорителя, он обеспечил синфазное, то есть согласованное, излучение звука как от самого диффузора, так и от специального окна в нижней части ящика (рис. 29, 2, б, в, е, ж). Размеры ящика простейшего фазоинвертора можно определить по графику рис. 29, 2, г. Расстояние от осевой линии окна до ближайшей стенки ящика составляет 100–200 мм. Площадь окна при окончательной регулировке подбирается опытным путем с помощью подвижной заслонки. Значение такой регулировки иллюстрируется примером частотных характеристик на рис. 29, 2, д. Эти характеристики соответствуют трем разным положениям заслонки, закрывающей окно фазоинвертора.