Громкоговоритель

ГромкоговорительГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ, репродуктор, электроакустический аппарат для воспроизведения звука в данном помещении или на открытом пространстве. Воспроизведение осуществляется путем преобразования энергии подводимого к громкоговорителю тока звуковой частоты в энергию звукового излучения. Громкоговоритель является последним звеном в цепи звуковоспроизводящих аппаратов. Громкоговорители имеют ряд различных применений, определяющих различные требования технического и эксплуатационного порядка. Главнейшие области применения громкоговорителей: 1) звуковое кино, 2) воспроизведение граммофонной записи (для замены оркестра в общественных местах), 3) индивидуальные и коллективные радиоприемные установки, 4) городская трансляционная сеть (громкоговорители, установленные на улицах и площадях), 5) информационная служба (например, на вокзалах), 6) специальные виды телефонной связи (например, диспетчерская), 7) обслуживание парадов, демонстраций, физкультурных праздников и т. п., 8) особые случаи непосредственной передачи речи на значительные расстояния, 9) использование в качестве источника звука для исследовательских целей, 10) использование в качестве источника звука в электромузыкальных инструментах, 11) усиление речи ораторов. Звукоизлучатели, дающие какой- либо особый звук, например, постоянный тон той или иной высоты, служащий для подачи звуковых сигналов, не являются громкоговорителем в обычном понимании этого термина и здесь не рассматриваются.

Попытки построить громкоговорящий телефон делались задолго до изобретения электронной лампы. В виду того что мощность телефонных, токов безусловно недостаточна для получения значительного звукового эффекта, изобретательская мысль естественно обращалась к принципу «вентиля», т. е. к идее управления некоторым достаточно мощным источником энергии посредством маломощных телефонных токов. Наиболее интересное воплощение эта идея получила в т. н. пневматическом громкоговорителе и в громкоговорителе, основанном на эффекте Ионсона-Раабека. В пневматическом громкоговорителе (например, громкоговоритель системы Гувенера) вытекающая из отверстия струя сжатого воздуха (или вообще какого- либо газа под давлением больше атмосферного) модулируется слабыми телефонными токами, для чего выходное отверстие снабжено заслонкой, управляемой электромагнитным устройством, питаемым телефонными токами. Т. о. мощность последнего расходуется только на движение заслонки, звук же создается за счет энергии сжатого воздуха. В громкоговорителе, основанном на эффекте Ионсона-Раабека, имеется две трудящиеся части металлическая лента и охватываемый ею вращающийся барабан из полупроводника. Лента связана с излучающим органом — диафрагмой того или иного устройства, которая все время натянута силой, равной силе трения между лентой и цилиндром. При приложении к ленте и цилиндру некоторой разности потенциалов возникает сила, прижимающая ленту к цилиндру, вследствие чего изменяется сила трения, а, следовательно, и сила, действующая на диафрагму. Под действием изменяющейся силы диафрагма приходит в движение, соответствующее изменениям разности потенциалов между лентой и цилиндром. Расход мощности в цепи телефонного тока (лента-цилиндр) ничтожен; звук создается за счет энергии двигателя, вращающего цилиндр. Недостатками обеих описанных систем являются: 1) наличие постоянного шумового фона (свист истекающей струи в первой системе и шум от трения ленты о цилиндр - во второй) и 2) громоздкость вспомогательного оборудования. Пневматический громкоговоритель не потерял своего значения до сего времени и применяется в специальных случаях.

С изобретением электронной лампы и развитием усилительной техники развитие громкоговорителей направилось исключительно по линии разработки электромеханических устройств. Первым образцом громкоговорителя был электромагнитный телефон обычного устройства, но более солидной конструкции, снабженный рупором. Применение рупоров известно с незапамятных времен, а потому естественно было воспользоваться этим простым прибором и для громкоговорителя. Однако качество рупорного громкоговорителя в виде телефона оказалось весьма низким, и он быстро уступил свое место т. н. диффузорным громкоговорителям, в которых роль звукоизлучателя играет относительно большая диафрагма, выполняемая в виде бумажного конуса. Диффузорные громкоговорители с электромагнитными механизмами довольно долго держались на рынке, не утратив своего значения и до сих пор. Самый механизм, т. е. движущий орган, претерпел значительные видоизменения, сводившиеся к его улучшению, гл. обр. в отношении повышения чувствительности. Однако диффузорные электромагнитные громкоговорители не смогли удовлетворить быстро повышающимся требованиям, и на смену им явился т. н. электродинамический (правильнее - магнитоэлектрический) диффузорный громкоговоритель. (США). Появление этого типа (1924) знаменует определенный этап развития громкоговорителей не только потому, что он является весьма удовлетворительным и с современной точки зрения, но и вследствие того, что при разработке его впервые были отчетливо поставлены технические требования к громкоговорителям и указаны пути к их удовлетворению. Электродинамический громкоговоритель отличается от электромагнитного тем, что диффузор его приводится в движение подвижной катушкой (англ. термин «moving coil»), расположенной в сильном постоянном магнитном поле.

Это различие обусловливает ряд важных технических преимуществ электродинамического громкоговорителя. Одновременно появились т. н. блаттхаллеры (Германия, 1924), т. е. электродинамические громкоговорители с большим плоским диффузором, приводимым в движение зигзагообразным проводником, скрепленным с диффузором по всей своей длине и расположенным в магнитном поле. Этот тип замечателен гл. обр. тем, что м. б. построен для очень больших мощностей. Несколько позже появились громкоговорители, напоминающие блаттхаллер, но отличающиеся наличием лишь одного прямого проводника, проходящего посредине удлиненного прямоугольного диффузора волнистой конструкции (Riffellautsprecher). В течение ряда лет диффузорные электродинамические громкоговорители имели исключительное применение; сохранившиеся модели электромагнитных громкоговорителей удержались на рынке исключительно вследствие дешевизны. При всех своих достоинствах электродинамический громкоговоритель, во-первых, значительно дороже электромагнитных, а во-вторых, требовали источника постоянного тока для питания обмотки возбуждения. Поэтому делались неоднократные попытки заменить электромагнит постоянным магнитом. Эта задача не так давно успешно разрешена (Англия, 1930), и электродинамический громкоговоритель с постоянными магнитами получили широкое распространение. Дешевизна электромагнитных громкоговорителей заставляла все время изыскивать пути его принципиального улучшения при сохранении его достоинств. Такие пути наметились с появлением т. н. «системы с неограниченной амплитудой», выпущенной в виде промышленного образца около 1929 г. (Америка). Этот тип громкоговорителей, известных под названием индукторных, мог бы в ряде случаев конкурировать с электродинамическими громкоговорителями в отношении качества. Рупорные громкоговорители также эволюционировали. Около 1928 г. (Америка) была разработана модель электродинамического рупорного громкоговорителя, отвечающая весьма высоким требованиям, как в качественном отношении, так и в отношении высокого КПД, превышающего КПД диффузорных громкоговорителей раз в десяти. С появлением этого образца была восстановлена репутация рупора, скомпрометированного в самых первых образцах громкоговорителей. К недостаткам этого типа громкоговорителей следует отнести лишь большие габариты, затрудняющие в ряде случаев их применение.

В течение ряда лет производилась также разработка электростатических громкоговорителей, основанных на явлении электростатического притяжения под действием приложенной разности потенциалов двух пластин, из которых одна подвижная и служит звукоизлучающим органом. Две промышленные модели электростатических громкоговорителей появились в 1929 г. (Америка) и 1931 г. (Германия). Однако распространения они не получили. За самое последнее время в связи с предельно высокими требованиями к качеству воспроизведения выяснилось, что удовлетворить этим требованиям посредством одного единственного громкоговорителя не представляется возможным. В частности затруднение заключается в воспроизведении наиболее высоких звуков. Это затруднение преодолевается в настоящее время т. н. комбинированными громкоговорителями, в которых в одно целое соединены не менее двух громкоговорителей: один - нормального типа, второй - специально предназначенный для воспроизведения наиболее высоких звуков. В качестве таких специальных громкоговорителей нашли применение рупорные громкоговорители с небольшим рупором: электродинамический (США, 1930) и пьезоэлектрический (США, 1933), основанный на известном пьезоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что некоторые кристаллы испытывают механические напряжения и соответствующие деформации при приложении к определенным граням этих кристаллов некоторой разности потенциалов. Наконец за самое последнее время (США, 1934) намечена возможность выполнить наиболее высокие требования в одном приборе. Подводя итоги развития громкоговорителей, нужно указать, что достигнутые за 12 лет крупные успехи неразрывно связаны с все более и более глубоким пониманием происходящих в громкоговорителях физических процессов.

Технические характеристики и основы теории громкоговорителей.

Основное требование, предъявляемое в настоящее время к громкоговорителям, состоит в том, чтобы громкоговоритель воспроизводил звук без искажений. Иначе говоря, звук, воспроизводимый громкоговорителем, должен быть неотличим от оригинального звука, какова бы ни была его природа. Звук как физическое явление принято характеризовать величиной т. н. избыточного, или звукового давления, представляющего собою приращение давления против среднего (атмосферного), происходящее вследствие звуковых колебаний. При звуке, представляющем собою т. н. чистый тон, звуковое давление есть синусоидальная функция времени, т. е.

gromkogovoritel f1

где р0 - амплитуда давления; w- круговая частота явления, равная 2πf; f- частота, выражаемая числом колебаний в сек. или в Hz. Амплитуда давления характеризует силу тона, частота - высоту его. В случаю более сложного периодического колебания звуковое давление выражается не простой гармония, функцией (1), а рядом Фурье

gromkogovoritel f2

где k- порядковый номер члена ряда или номер гармоники, ϕk - фазный сдвиг. В еще более сложном случае непериодического процесса (к которому, строго говоря, относятся все действительные звуки) математическим выражением служит уже не ряд, а интеграл Фурье. Удобным графическим изображением соотношения (2) служат т. н. спектры, т. е. графики, по оси ординат которых отложены величины р0k, а по оси абсцисс - частота. Очевидно, что ряд Фурье даст только ряд точек в такой системе координат, - это будет линейный спектр; интеграл же Фурье даст сплошную линию, т. е. сплошной спектр. Эта терминология вполне соответствует оптической. Ухо есть аппарат, реагирующий именно на звуковое давление, чем и обусловлен выбор этой величины для описания звуковых явлений. Самым существенным для практики является то обстоятельство, что ухо способно слышать, т. е. воспринимать как звук не всякие колебания воздуха, а лишь те, частота которых заключена в пределах примерно 30—15000 Hz (средние статистические данные). Вторым не менее важным свойством слухового аппарата является его неспособность отмечать разные сдвиги между отдельными компонентами звукового давления. Требование неискаженного воспроизведения можно выразить след. образом: для неискаженного воспроизведения необходимо, чтобы амплитуды всех гармоник звукового давления звука, воспроизводимого громкоговорителем, были равны амплитудам соответственных гармоник оригинального звука. Равным образом д. б. равны и частоты соответствующих гармоник. Иначе говоря, требуется, чтобы спектры воспроизведенного и оригинального, или, как говорят, вторичного и первичного, звуков совпадали. Кроме того очевидно, что это требование распространяется лишь на слышимый диапазон, т. к. вне этого диапазона требование неискаженного воспроизведения теряет всякий смысл. Формулированное т. о. требование можно выразить соотношением

gromkogovoritel f3

где р2 - вторичное давление, р1 - первичное давление, и предполагается, что и то и другое выражено спектром в виде функции (2). Но кроме громкоговорителя в процессе воспроизведения звука участвуют еще микрофон и усилитель. Предположим (как оно и должно быть), что работа обоих приборов характеризуется тем, что они дают ток, прямо пропорциональный первичному давлению, т. е.

gromkogovoritel f4

где k- постоянная, характеризующая чувствительность микрофона и коэффициент усиления усилителя. Сопоставление (3) и (4) дает

gromkogovoritel f5

т. е. давление, создаваемое громкоговорителем, должно быть пропорционально питающему его току. Отношение p2/iназывается чувствительностью громкоговорителя по току. Заметим, что и р2 и i выражаются целым рядом членов, представляющих собою колебания различной частоты, лежащей в большинстве случаев в пределах всего слышимого диапазона. Требование пропорциональности распространяется на все составные части сложного звука. Иначе говоря, мало требовать пропорциональности между давлением, создаваемым громкоговорителем, и питающим его током; нужно еще, чтобы коэффициент пропорциональности был одинаковым для всех частот, т. е. не зависел бы от частоты. Если это требование не будет выполнено, то гармоники, частота которых соответствует меньшим значениям коэффициента k', будут преуменьшены по сравнению с первичным звуком и обратно. Такого рода искажения, зависящие от неодинаковости чувствительности громкоговорителя на различных частотах, носят название частотных искажений. Зависимость чувствительности громкоговорителя от частоты называется частотной характеристикой громкоговорителя. Эта важнейшая характеристика должна графически представляться в идеальном случае прямой, параллельной оси абсцисс, т. е. оси частот. Эта прямая и была бы графическим изображением постоянной величины. В действительности частотные характеристики громкоговорителя все еще далеки от этого идеала, к которому они, однако, заметно приблизились за последние годы.

Соотношения для удовлетворения основного требования - отсутствия частотных искажений - должны выбираться на основе следующих соображений. Протекающий по рабочей обмотке громкоговорителя ток i создает механическую силу F, действующую на подвижную часть его. В результате действия переменной силы F подвижная часть приходит в колебательное движение, определяемое величиной колебательной скорости gromkogovoritel f6 если gromkogovoritel f7 - перемещение подвижной части. Излучатель, механически связанный с подвижным органом громкоговорителя, колеблясь с определенной скоростью gromkogovoritel f8 создает в окружающем пространстве звуковое давление р2. Т. о., учитывая эти отдельные этапы работы громкоговорителя, можем представить выражение (5) для чувствительности в виде

gromkogovoritel f9

Первое из этих трех отношений определяет электрические свойства громкоговорителя, второе - механические и третье - акустические. Задача, очевидно, заключается в таком подборе этих соотношений, чтобы произведение их, т. е. чувствительность, было постоянной величиной, т. е. не зависело бы от частоты. Некоторые из этих соотношений задаются самой природой вещей; прочие необходимо должным образом подобрать. Рассмотрим для примера диффузорный, в частности электродинамический, громкоговоритель. Для диффузора небольших размеров довольно сложная теория этого вопроса дает приближенное выражение:

gromkogovoritel f10

т. е.

gromkogovoritel f11

Иначе говоря, при постоянной скорости диффузора, создаваемое в некоторой точке пространства (обычно подразумевается точка на оси диффузора) давление растет пропорционально частоте. Далее, в электродинамической системе сила, действующая на подвижную катушку по закону Био-Савара, равна

gromkogovoritel f12

т. е.

gromkogovoritel f13

где Н - напряженность магнитного поля, l- действующая длина проводника в катушке. Подставляя имеющиеся, независящие от нашего усмотрения соотношения (7) и (8) в общее условие (6), находим:

gromkogovoritel f14

Иначе говоря, д. б.:

gromkogovoritel f15

т. е. при постоянной по величине силе скорость д. б. обратно пропорциональна частоте. Выясним возможность выполнения этого требования. Для этого представим подвижную систему вместе с излучателем в виде материальной точки. Это равносильно допущению, что вся подвижная система является твердым, неспособным к деформации телом. Заметим далее, что подвижная система должна крепиться посредством тех или иных упругих деталей и удерживаться ими в некотором среднем положении. На основании этих соображений можем написать дифференциальное уравнение движения подвижной части громкоговорителя:

gromkogovoritel f15-1

здесь m- сосредоточенная действующая масса подвижной системы, q- упругость закрепления системы (упругость равна отношению силы к вызываемой этой силой деформации точки приложения силы), gromkogovoritel f16 gromkogovoritel f17 - соответственно - перемещение и ускорение подвижной части, F - приложенная сила. Предполагая, что сила синусоидальна и вызывает синусоидальное же перемещение, т. е. предполагая решение в виде

gromkogovoritel f18

получим для скорости, отбрасывая член, определяющий собственные колебания, следующее выражение:

gromkogovoritel f19

здесь gromkogovoritel f20 и F0 - соответственно - амплитуды (т. e. наибольшие значения) скорости и силы. Как видим, соотношение (11) удовлетворяет условию (9), если можно пренебречь членом q/w по сравнению с членом wm, т. е. если выполнено условие

gromkogovoritel f21

Это же условие м. б. записано в виде

gromkogovoritel f22

Но gromkogovoritel f23 есть резонансная частота системы. Из формулы (11) следует, что при резонансе скорость получает бесконечные значения. На практике это не происходит отчасти из-за наличия некоторого трения, а гл. обр. из-за того, что коэффициент q зависит от перемещения и резко возрастает при переходе известного предела, допускаемого конструкцией. Итак, получается следующий важный вывод. Для устранения частотных искажений в малом диффузорном громкоговорителе нужно понизить резонансную частоту подвижной системы за пределы рабочего (т. е. слышимого) диапазона. При соблюдении этого условия

gromkogovoritel f24

и чувствительность громкоговорителя

gromkogovoritel f25

Резонансная частота системы определяется отношением упругости к массе; для понижения резонансной частоты следует либо увеличивать массу, что очевидно невыгодно, т. к. понижается чувствительность, либо уменьшить упругость, что всегда и делают. Во всех предыдущих рассуждениях сделан ряд значительных упрощений и приближений; в частности, нужно указать, что соотношение (7) справедливо лишь для частот порядка до 1000 Hz. Этим между прочим объясняется тот факт, что диффузорные электродинамические громкоговорители не в состоянии воспроизводить наиболее высокие частоты.

Обратимся к электромагнитным громкоговорителям. Как выяснено, упругость подвижной системы следует делать минимальной. Но в электромагнитном громкоговорителе рабочим органом является железный якорь, находящийся близ полюсных наконечников магнита. Если бы упругое закрепление якоря было ослаблено, то он был бы притянут магнитом и прилип бы к полюсным наконечникам. Следовательно, в электромагнитных громкоговорителях, по необходимости, приходится достаточно упруго закреплять якорь, чтобы он мог противостоять притяжению магнита. Вследствие этого повышается резонансная частота подвижной системы, а, следовательно, ухудшается частотная характеристика громкоговорителя, в частности воспроизведение низких частот. Теперь ясно преимущество электродинамического громкоговорителя, в котором это затруднение отсутствует: его катушка изготовлена из немагнитного материала и не подвержена воздействию магнитного поля, пока по ней не проходит ток. Новая система индукторных электромагнитных громкоговорителей отличается именно тем, что в ней возможность прилипания якоря к полюсным наконечникам совершенно исключена соответствующим расположением деталей; это позволяет уменьшить в желаемой мере упругость подвижной части, отсюда - и преимущества этой системы.

В отношении рупорных громкоговорителей ограничимся изложением готовых выводов этой теории: 1) чувствительность рупорных громкоговорителей может быть сделана гораздо более высокой, потому что они работают в области частот, близких к резонансным; иначе говоря, резонансная частота расположена посреди рабочего диапазона; 2) хорошая частотная характеристика, т. е. малая зависимость чувствительности от частоты, достигается введением в систему большого полезного затухания, обусловленного излучением. Величиной затухания легко управлять путем изменения соотношения площадей диафрагмы и входного отверстия рупора; 3) наибольшие затруднения представляет повышение качества рупорного громкоговорителя в отношении воспроизведения высоких частот; те меры, которые приходится принимать для улучшения характеристики в области высоких частот (увеличение отношения площадей диафрагмы и входного отверстия рупора, повышение резонансной частоты), ведут к ухудшению воспроизведения низких частот; 4) в отношении низких частот затруднения кроются в устройстве рупора: для удовлетворительного воспроизведения низких частот необходим большой рупор, т. е. длинный и медленно расширяющийся.

В заключение необходимо коснуться вопроса о т. н. нелинейных искажениях. До сих пор мы ограничивались требованием отсутствия частотных искажений, т. е. требованием независимости от частоты чувствительности громкоговорителя. Но кроме того необходимо, чтобы чувствительность, т. е. отношение давления к току, не зависела и от абсолютных значений этих величин. Это означает, что давление д. б. прямо пропорционально току. Аналитически это условие представляется линейной функцией, т. е. функцией первой степени, выражающей уравнение прямой. Только при выполнении этого условия м. б. достигнуто совпадение спектров первичного и вторичного давлений. Если же давление связано с током нелинейной зависимостью, например, р2 = ai + bi2, т. е. уравнением какой угодно кривой, то легко убедиться, что спектр давления не будет соответствовать спектру тока. Для оценки получающихся при подобных соотношениях нелинейных искажений служит амплитудная характеристика, представляющая собой зависимость давления от тока. При отсутствии искажений эта характеристика представляется на графике в виде прямой, проходящей через начало координат. Устранение нелинейных искажений в громкоговорителе является относительно простым делом, поэтому подробные разъяснения этого вопроса здесь не приводятся.

Современные образцы громкоговорителей. В настоящее время применяются гл. обр. следующие громкоговорители. 1) Обычные электромагнитные. Общедоступные по цене, невысокие по качеству; применяются исключительно в индивидуальных радиоприемных установках. 2) Электромагнитные индукторные громкоговорители. Более дорогие, более высокого качества; применяются в индивидуальных установках. 3) Электродинамические диффузорные громкоговорители с подвижной катушкой. Наиболее распространенный тип индивидуального громкоговорителя; более мощные модели имеют также широкое применение в звуковом кино. 4) Блаттхаллеры. Тяжелая модель очень большой мощности. Применяется в крупных звуковых кинотеатрах, а также для вещания на открытом воздухе для покрытия больших площадей и расстояний. 5) Рупорные электродинамические громкоговорители. Крупные модели высокого качества и с большим КПД; применяются в звуковом кино и для вещания на открытом воздухе. 6) Комбинированные громкоговорители. Агрегаты из нескольких громкоговорителей особо высокого качества. Применяются в специальных установках, но получают тенденцию к более широкому распространению.

1. Электромагнитные (обычные) громкоговорители состоят из следующих основных частей: постоянного магнита, полюсных наконечников с насаженными на них рабочими катушками, железного якоря, являющегося рабочим органом громкоговорителя, связанным с диффузором и приводящим последний в движение. Действие электромагнитного громкоговорителя состоит в том, что при прохождении по катушкам переменного тока звуковой частоты создаваемый катушками магнитный поток, в зависимости от направления тока, то складывается с потоком постоянного магнита то вычитается из него. Вследствие этого изменяется результирующий магнитный поток, проходящий через якорь, а, следовательно, и действующая на якорь сила. Под действием переменной силы якорь, а с ним и диффузор приходят в колебательное движение. В конструкции электромагнитных громкоговорителей наибольший интерес представляют устройство и расположение полюсных наконечников и якоря, или так наз. магнитная схема. На фиг. 1 приведены четыре типичные схемы.

Громкоговоритель - четыре типичные схемы

По схеме а были построены выпускавшиеся советской промышленностью громкоговорители Д-2, Д-и и Д-5. По более совершенной дифференциальной схеме в были построены «Рекорд» (фиг. 2 и 3), «Заря» (фиг. 4). Схема г является излюбленной американской схемой; у нас эта схема применена в громкоговорителе ТМ.

Дифференциальная схема громкоговорителя «Рекорд»

Громкоговорители «Рекорд» и «Заря»

2. Электромагнитные громкоговорители с неограниченной амплитудой («индукторные»). Основные элементы в этом типе те же, что и в предыдущем; разница заключается в том, что якорь закреплен на специальных подвесах, т. ч. движение его может совершаться не по направлению к полюсу, а вдоль полюса, параллельно его поверхности. Этим исключена возможность прилипания якоря к полюсным наконечникам, а, следовательно, и необходимость упругого закрепления якоря. Индукторные громкоговорители могут осуществляться также в различных вариантах магнитной схемы; типичные схемы изображены на фиг. 5. Схема а (Англия, 1930) применяется также в германских «фрайшвинчерах». Схема б представляет собой систему известного громкоговорителя Фарранд (США), являющегося наиболее совершенным, но и наиболее дорогим представителем этого класса приборов.

Индукторные громкоговорители - типичные схемы

3. Электродинамический диффузорный громкоговоритель состоит из следующих основных частей (фиг. 6): электромагнит (или постоянный магнит с кольцевым воздушным зазором), в котором помещена подвижная рабочая катушка 1, жестко связанная с диффузором 2.

Электродинамический диффузорный громкоговоритель

Электромагнит состоит из железной магнитной цепи 3, 4 и катушки возбуждения 5. Магнитная цепь выполняется в различных видах: в виде круглого штампованного стакана либо в виде скобы, согнутой из полосового железа. В обеих конструкциях применяются круглые центральные сердечники 3, между боковой поверхностью которых и стенками отверстия в магнитной цепи образуется кольцевой зазор. Напряженность магнитного поля в зазоре составляет у различных образцов 5000—10000 эрстед при мощности возбуждения 5—20 W. Постоянный ток для возбуждения доставляется специальным выпрямителем, обычно кенотронным, а иногда купроксным. Современные постоянные магниты дают поле до 2000 эрстед (при зазоре 1,5 мм). Подвижные катушки делают обычно малого сопротивления; необходимый при этом понижающий трансформатор монтируется часто вместе с громкоговорителем. Диффузоры изготовляются из бумаги и представляют собой конус с углом порядка 100° между образующими. Диаметр основания обычно порядка 200 мм. Диффузорные громкоговорители обязательно монтируются на т. н. акустическом экране 6, назначение которого - улучшить отдачу прибора на низких частотах. Это относится также и к индукторным громкоговорителям. Экран в применении к обычным электромагнитным громкоговорителям не приносит никакой пользы, т. к. эти громкоговорители вообще не способны к воспроизведению тех низких частот, при которых акустический экран оказывает свое действие. Акустический экран представляет собой доску до 1 м2 (дальнейшее увеличение практически бесполезно) с отверстием посредине. Часто в качестве экрана используется передняя стенка ящика, в котором монтирован громкоговоритель вместе со своим выпрямителем. Диффузорные электродинамические громкоговорители воспроизводят диапазон частот порядка 50—1000 Hz. КПД их порядка 1—3%, подводимая электрическая мощность не свыше порядка 3 W. На фиг. 7 и 8 показаны советские «динамики» Киевского завода и завода «Профрадио».

Советские «динамики» Киевского завода и завода «Профрадио»

Советские «динамики» Киевского завода и завода «Профрадио»

4. Блаттхаллер состоит из диффузора в виде большой гофрированной алюминиевой пластины 1 (фиг. 9), в которой на изолированных заклепках прикреплена поставленная на ребра и изогнутая зигзагом жесткая металлическая лента 2, служащая подвижным проводником.

Блаттхаллер

Прямолинейные участки ленты входят в зазоры магнитной цепи 3, образующиеся между соседними полюсными наконечниками. Катушки возбуждения 4 расположены в старой конструкции на ярме магнитной цепи; в новой конструкции (фиг. 10) катушки k охватывают воздушные зазоры так, что диффузор расположен внутри катушек; эта конструкция позволяет получить значительные напряженности магнитного поля, доходящие до 20000 эрстед.

Блаттхаллер

Блаттхаллеры обладают высоким качеством воспроизведения и м. б. построены очень больших размеров и на очень значительные мощности. Так, например, одна из моделей потребляет 800 W электрической мощности (звуковой частоты); при этом ток в ленте, получаемый от соответствующего пониженного трансформатора, достигает 120 А (фиг. 11). Работа такого громкоговорителя слышна на несколько км.

Блаттхаллер

5. Рупорные электродинамические громкоговорители состоят из магнитной цепи с кольцевой щелью и из легкой (алюминиевой) диафрагмы, к которой прикреплена подвижная катушка, входящая в кольцевой зазор. Диафрагме придается особая форма (например, коническая или сферическая), обеспечивающая средней части диафрагмы достаточную жесткость. Диафрагма закрывается крышкой с отверстием, к которому примыкается рупор. Для того чтобы воздух, сжимаемый в объеме позади диафрагмы, не препятствовал ее движению, центральный сердечник обычно высверливается.

Рупорные электродинамические громкоговорители

Рупорные электродинамические громкоговорители

Выходное отверстие механизма (головки) громкоговорителя имеет часто в начальной своей части кольцевое сечение; такое устройство улучшает воспроизведение высоких частот (фиг. 12 и 13; на фиг. 12: 1 - алюминиевая диафрагма, 2 - жестко связанная с ней подвижная катушка, 3 - магнитная цепь, имеющая форму тела вращения, 4 - отверстие, высверленное в центральном сердечнике). Рупоры обычно применяются экспоненциальные [т. е. такие, сечения которых изменяются по закону

gromkogovoritel f26

где S0 - начальное (входное) сечение, S - сечение на расстоянии x от начала, m- показатель возрастания сечения]. Для хорошего воспроизведения низких частот рупор должен иметь большие размеры. С целью сокращения габаритов ось рупора часто делают изогнутой (фиг. 14).

С целью сокращения габаритов ось рупора часто делают изогнутой

Рупоры изготовляются из дерева, металла, папье-маше, эбонита и других материалов. Сечение рупоров бывает круглым и прямоугольным. Рупорные громкоговорители воспроизводят диапазон порядка 100—8000 Hz. Замечателен высокий КПД этого типа громкоговорителя; он имеет порядок 20—30% и м. б. доведен до 50% и даже выше, что позволяет получить желаемый звуковой эффект при относительно малых электрических мощностях. Громкоговорители рупорные м. б. построены на подводимую мощность порядка сотен ватт.

6. Комбинированные громкоговорители составляются обычно из двух единиц; одна из них, служащая для воспроизведения низких частот, представляет собой чаще электродинамический диффузорный громкоговоритель с очень большим диффузором. Такой громкоговоритель совершенно неспособен к воспроизведению высоких частот; для последней цели служит вторая составная часть комплекта - специальный высокочастотный громкоговоритель. В качестве высокочастотных громкоговорителей применяются рупорные громкоговорители особого устройства. Электродинамический высокочастотный громкоговоритель (фиг. 15, где 1 - конический рупор, 2 - входное кольцевое отверстие, 3 - диффузор, 4 - мембрана, 5 - корпус, 6 - сердечник, 7 - подвижная катушка) имеет очень маленькую и чрезвычайно легкую подвижную систему (т. е. подвижную катушку с диафрагмой).

Электродинамический высокочастотный громкоговоритель

Диаметр диафрагмы всего лишь около 25 мм. На фиг. 16 показан внешний вид того же громкоговорителя.

Электродинамический высокочастотный громкоговоритель

Пьезоэлектрический высокочастотный громкоговоритель имеет диафрагму, изготовленную из вырезанных и склеенных определенным образом кристаллов сегнетовой соли (двойная виннокаменная соль калия и натрия), обладающую очень высокой диэлектрической постоянной. Устройство диафрагмы таково, что при приложении между определенными ее точками некоторой разности потенциалов диафрагма изгибается. Рупоры в обоих описанных типах громкоговорителей отличаются малыми размерами: высокие частоты, для которых эти громкоговорители предназначены, отлично излучаются малыми рупорами. Для воспроизведения высоких частот могут также применяться и электростатические громкоговорители. Комбинированные громкоговорители включаются обычно в специальную схему, разделяющую токи различных частот т. о., что токи низкой частоты поступают в низкочастотный громкоговоритель, а высокой частоты - в высокочастотный. С помощью комбинированных громкоговорителей удается воспроизвести диапазон порядка 80—12000 Hz, т. е. почти весь слышимый диапазон.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Доп. том - 1936 г.