Акустическое оформление

Материал из МагВики::Справочник по автозвуку и электронике

Акустическое оформление

Акустическое оформление динамических головок состоит из ящика(закрытое) или экрана(открытое), предназначенного для выравнивания амплитудно-частотных характеристик головок в области нижних частот звукового диапазона.

Принцип работы

При работе громкоговорителя его диффузор совершает колебания вперед и назад с различными амплитудами в соответствии с величиной и направлением тока, проходящего через звуковую катуш­ку. Двигаясь вперед, диффузор сжимает воздух перед собой и разрежает его позади себя. В результате этих сжатий и разрежений воздуха создаются звуковые волны распространяющиеся со скоро­стью приблизительно 340 м/сек, Однако звуковые волны от передней и задней сторон диффузора (вследствие того, что одна создается сжатием, а другая — разрежением воздуха) различаются но фазе на 180 градусов, что соответствует разности в половину длины излучаемой волны.

Если в точку пространства, где прослушивается звук, придут обе волны — прямая и оборотная (от задней стороны диффузора), то, взаимодействуя одна с другой, они почти полностью уничтожатся и звук будет резко ослаблен. При этом вместо того, чтобы возбуждать звуковые волны, диффузор будет перегонять воздух с одной своей стороны на другую (такой эффект называют не совсем точно акустическим коротким замыканием).

Акустическое короткое замыкание

Акустическое короткое замыкание проявляется только в области низких звуковых частот (приблизительно ниже 300 гц), при которых размеры диффузора малы по сравнению с длинами этих волн. Для более высоких звуковых частот, у которых длина волны меньше, отрицательное воздействие оборотной волны ослабляется самим диффузором.

Пусть, например, громкоговоритель излучает звук частотой f=500 гц; длина волны звука этой частоты

Если полный диаметр громкоговорителя равен 32 см, то до прихода в точку прослушивания, находящуюся на оси громкоговорителя (линия, проходящая через центр диффузора), волна от задней сто­роны диффузора должна будет пройти путь, приблизительно на 26 см больший, чем волна от передней его стороны ,

то означает, что звуковая волна от задней стороны диффузора придет в точку приема с дополнительным сдвигом фазы, который будет определяться отношением разности длины путей от передней и задней сторон диффузора к длине волны. В нашем примере разность длины путей составляет 26 см, а длина волны звука (частота 500 гц) равна 68 см. Следовательно, дополнительный сдвиг фазы .

Поскольку звуковая волна от задней стороны диффузора всегда сдвинута по фазе на 0,5 X, результирующий сдвиг фазы рассматриваемой волны по отношению к волне от передней стороны диффузо­ра составит . Это означает, что волны от обеих сторон диффузора придут в точку приема почти в одинаковой фазе (сдвиг фазы будет 0,1) и сложатся, в результате чего звуковое давление возрастет. Для звука частотой 50 гц (L= 680 см) при том же диаметре диффузора создается условие, при котором сдвиг фазы вследствие огибания диффузора составит всего лишь ,.

При таком сдвиге фазы энергии звуковых волн от обеих сторон диффузора будут вычитаться одна из другой и звуковое давление резко упадет. Из разобранного примера следует, что если общий сдвиг фазы волны от задней стороны диффузора в точке приема звука равняется целому числу длин волн , то энергия этой волны будет складываться с энергией волны от передней стороны диффузора и звук будет усиливаться. Если же сдвиг фазы равен нечетному числу полуволн , то энергии волн будут вычитаться и звук будет ослабляться.

Вычитание и сложение энергий звуковых волн различных частот в точке их приема создают максимумы и минимумы (подъемы и провалы) звукового давления. Такое взаимодействие волн (интерференция) может происходить не только между волнами от передней и задней сторон диффузора, но и от волн, приходящих в точку приема после отражения от какой-либо из ограждающих поверхностей. Именно поэтому частотные характеристики громкоговорителей измеряют или на открытом пространстве или в заглушенных помещениях, внутренние поверхности которых плохо отражают звуковые волны.

Если имеется интерференция между звуковыми волнами от передней и задней сторон диффузора, то наибольшая неравномерность частотной характеристики звукового давления будет наблюдаться вдоль оси громкоговорителя при наличии его симметрии (осевой). Это происходит потому, что сдвиг фазы звуковой волны за счет огибания будет примерно одинаковым вокруг всего громкоговорителя.

В стороне от оси громкоговорителя, из-за различия в длине пути для волн от различных частей диффузора до точки прослушивания, сдвиг фазы оборотной волны также оказывается различным. В ре­зультате этого подъемы и провалы в частотной характеристике развиваемого громкоговорителем звукового давления сглаживаются, и характеристика получается более ровной.

Чтобы устранить крайне нежелательное явление интерференции волн низших частот от передней и задней сторон диффузора, применяют различные виды внешнего оформления громкоговорителей.

Внешнее оформление эффективно только при наличии громкоговорителя, способного воспроизвести низкие , средние частоты, т. е. с низкой частотой основного резонанса. Для громкоговорителей, предназначенных для воспроизведение высоких частот у которых основная резонансная частота высока, акустическое оформление неэффективно. Оно играет защитную и эстетическую роль .

Классификация акустического оформления

Акустически разгруженное оформление (Free Air) = это такое оформление, в котором перемещение диффузора ограничивается только жесткостью подвеса, а сопротивление излучения мало. На русский язык этот термин обычно переводят как "открытое оформление" и нередко ошибочно связывают с конструктивным исполнением АС в корпусе без задней стенки.

Отличительный признак всех видов открытого акустического оформления - они не повышают резонансную частоту и полную добротность АС. Поэтому под определение Free Air попадает и закрытый ящик очень большого объема (намного большего, чем эквивалентный объем головки), либо багажник автомобиля.

Акустически нагруженное оформление это оформление, в котором смещение диффузора ограничено главным образом упругостью воздуха и сопротивлением излучения. Результирующая добротность и частота резонанса всегда оказываются выше, чем у исходной головки. Акустическая нагрузка может создаваться как с одной стороны диффузора, так и с обеих. В последнем случае АС уже не будет являться системой прямого излучения.системой прямого излучения.

Система одинарного действия (ЗЯ) использует излучение только одной стороны диффузора. Излучение обратной стороны нейтрализуется акустическим оформлением. Данные системы обеспечивают наименьшие фазовые искажения сигнала.

Система двойного действия (ФИ. БП ) для увеличения отдачи на низких частотах использует излучение обеих сторон диффузора. Так как возбуждаемые передней и задней поверхностью диффузора звуковые волны находятся в противофазе, для обеспечения их синфазного излучения необходимо ввести задержку одной из волн. Поскольку музыкальный сигнал не является периодическим, при этом неизбежно проявляются искажения (размытость) результирующего сигнала. Кроме того, возможно увеличение неравномерности АЧХ, поскольку фазовый сдвиг 180 градусов выполняется только для какой-то одной частоты.