Нелинейные искажения громкоговорителя
Материал из МагВики::Справочник по автозвуку и электронике
Нелинейные искажения , нарушающие верность звуковоспроизведения, возникают из-за нелинейности амплитудной характеристики, т. е. нарушения пропорциональности между величинами электрического напряжения, подводимого к громкоговорителю, и развиваемого им звукового давления. Нелинейные искажения характеризуются возникновением в воспроизводимом спектре частот новых составляющих, «загрязняющих» звуковую передачу дополнительными призвуками.
Продуктами нелинейных искажений являются гармоники, представляющие тоны двойной, тройной и т. д. частоты, и комбинационные частоты, представляющие собой тоны частот nf1±mf2 , причем f1 и f2 — частоты основных тонов (или их гармоник), а n и m - любые целые числа. Все паразитные частотные составляющие сигнала появляются обычно при больших уровнях сигнала и воспринимаются как звучание с хрипом, дребезжанием и т. п. В громкоговорителях, воспроизводящих достаточно широкую полосу частот, часто возникают особые искажения, также связанные с нелинейностью и обусловленные амплитудной модуляцией. Такие искажения называются интермодуляционными или искажениями взаимной модуляции.
Они наблюдаются в широкополосных диффузорных громкоговорителях, выходных трансформаторах и других нелинейных звеньях звуковоспроизводящей системы при одновременной передаче сигналов двух и более частот, из которых одна значительно выше другой. Они приводят к очень большим искажениям. На рисунке показано, какой вид имеют на осциллографе интермодуляционными искажения, создаваемые громкоговорителем при его перегрузке. На рисунке а - в показано неискаженное воспроизведение тона частотой 50 или 1000 гц (на громкоговоритель подается 1 в) и искаженного тона 50 гц (на громкоговоритель подается 4,5 в). На рисунке г-е показано одновременное воспроизведение двух тонов 50 и 1000 гц, при возрастающем напряжении тона 50 гц (2,3 в и 4,5 в). Хорошо видно, как возрастают искажения тона 1000 гц; на рисунке ж показано неискаженное воспроизведение обоих тонов.
Существование интермодуляционных искажений явилось одной из причин применении двухполосных систем воспроизведения звука (воспроизведение низших и высших частот разными громкоговорителями) как средства борьбы с подобными искажениями. Источником нелинейных искажений в громкоговорителях является нелинейность гибкости подвесов подвижной системы, т. е. различная гибкость подвесов при разных по величине перемещениях звуковой катушки и диффузора. Другой источник нелинейных искажений — непостоянство магнитной индукции по высоте кольцевого зазора. Эта осевая неоднородность магнитного поля зависит от конструкции магнитной системы, причем высота звуковой катушки и симметричность ее положения в зазоре может влиять на искажения, вызванные магнитной неоднородностью. Здесь следует указать, что горизонтальное расположение громкоговорителя (ось диффузора вертикальна) с очень низкой частотой основного резонанса благодаря провесу звуковой катушки с диффузором может способствовать увеличению нелинейных искажений. Величину провеса подвижной системы (х) можно определить в зависимости от основной резонансной частоты громкоговорителя по формуле 
.
Нелинейные искажения могут также создаваться нелинейностью упругости воздуха в замкнутом объеме под гофрированной центрирующей шайбой.
Другой вид искажений, встречающихся в диффузорных громкоговорителях, возникает при одновременном воспроизведении звуков низших и высших частот. Эти искажения не связаны с нелинейностью, а обусловлены эффектом Допплера. Из-за больших перемещений диффузора на низших частотах происходит частотная модуляция высших частот. При этом появляются продукты модуляции. Устранение таких искажений также обеспечивается использованием двухполоской системы звуковоспроизведения.
В настоящее время оценивается и нормируется только величина коэффициента гармоник. Чем больше значение этого коэффициента, тем больше будет искажен тембр звука появлением различных призвуков (дребезг и т. п.). Амплитуда смещения (колебаний) подвижной системы тем больше, чем ниже частота, поэтому нелинейные искажения проявляются чаще всего на низших частотах.
