Файл: Акустические системы, громкоговорители, стереотелефоны Термины и определения. Классификация.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 168
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
сферическая оболочка, которая выполняя функцию защиты рабочего зазора магнитной цепи от попадания пыли, является также окружным ребром жесткости. Кроме того, колпачок является излучающим элементом, вносящим свой вклад в формирование АЧХ в области средних частот. Колпачки, для обеспечения конструктивной жесткости, изготавливаются, как правило, куполообразной формы с различными радиусами кривизны. В качестве материала используют композиции целлюлозы, синтетические пленки, ткани с пропитками. В мощных НЧ ГГ иногда используются колпачки из металлической (алюминиевой) фольги, что позволяет использовать их и как дополнительный элемент отвода тепла от звуковой катушки.
-центрирующая шайба (Spider)-гофрированная оболочка, требования к конструкции и материалам которой также чрезвычайно высоки. Она должны обеспечивать стабильность резонансной частоты НЧ ГТ в условиях больших динамических и температурных нагрузок; линейность упругих характеристик при больших смещениях подвижной системы; предотвращать смещения звуковой катушки в радиальном направлении и «провисание» подвижной системы и т.д. Обычно в НЧ ГТ используются центрирующие шайбы с синусоидальной гофрировкой (число гофр варьируется от5...7до9...11) плоские или «мостиковые» (рис.6. 10). Однако, в некоторых моделях встречаются шайбы более сложных конфигураций, (например, тангенциальные),обеспечивающие, по мнению применяющих их фирм, большую линейность упругих характеристик, стабильность формы и т. п.В качестве материалов для шайб применяют натуральные ткани (типа миткаля, бязи и т.п.), пропитанные бакелитовым лаком, синтетические ткани на основе полиамидов, полиэстера, нейлона и др. В некоторых НЧ ГТ применяются шайбы, в материал которых вплетаются металлические (алюминиевые, медные) нити, обеспечивающие повышенный теплоотвод от теплопроводящего каркаса звуковой катушки к массивному металлическому диффузородержателю.
Рис.6.10-центрирующие шайбы и звуковые катушки
Звуковые катушки (VoiceCoil): конструкции звуковых катушек НЧ ГГ разрабатываются с учетом необходимости рассеивания значительного количества тепла, выделяющегося в них при работе ГГ от мощных усилителей (100...200 Вт и более).Расчеты и опыт разработок позволили установить количественную связь между диаметром катушки и рассеиваемой ею тепловой энергией. Так, например, звуковые катушки диаметром 25
мм способны (без применения особо термостойких и теплоотводящих материалов) выдерживать долговременную электрическую мощность до 25 Вт, а диаметром 50 мм до 100 Вт. С целью увеличения тепловой прочности звуковых катушек НЧ ГГ применяются как теплостойкие материалы (клеи, изоляция проводов, каркасы), так и различные конструктивные меры для более эффективного отвода выделяющегося тепла в окружающую среду. К ним относятся вентиляционные отверстия в каркасах катушек и магнитных цепях, улучшающие циркуляцию воздуха в зоне расположения звуковой катушки, тепловые трубки, теплопроводящие каркасы и, даже, полупроводниковые холодильники.
Здесь следует отметить, что применение металлических теплопроводящих каркасов в НЧ ГГ с низкой резонансной частотой не всегда желательно, так как при колебаниях звуковой катушки в сильных постоянных магнитных полях, в каркасах могут возникнуть вихревые токи, вызывающие дополнительное электромеханическое демпфирование, субъективно воспринимаемое как «глухость» звучания или недостаток низких частот. Кроме того, при применении диффузоров из полимерных пленок, такой каркас обеспечивает подведение к месту своей приклейки к диффузору значительного количества тепла, которое может деформировать сам диффузор. Для предотвращения последнего применяются составные конструкции: нетеплопроводящая часть каркаса (кабельная бумага, синтетическая бумага - например, номекс) примыкает к шейке диффузора, а намотка проводом осуществляется на теплопроводящую часть. Для избежания возникновения вихревых токов, некоторыми фирмами проводятся разработки специальных материалов, (например, на основе керамики), обладающих высокими теплопроводящими и низкими электропроводящими свойствами.
Для снижения нелинейных гармонических искажений, возникающих в НЧ ГГ, в частности, за счет. нелинейности и несимметричности магнитного поля в магнитной цепи, часто применяются звуковые катушки с высотой намотки в 2...2,5 раза превышающей высоту рабочего зазора магнитной цепи (толщину верхнего фланца цепи). Число применяемых слоев намотки звуковой катушки обычно равно двум, хотя встречаются катушки с одним и четырьмя слоями. Применение большого числа слоев приводит к возрастанию массы и индуктивности звуковой катушки, что снижает уровень звукового давления. В некоторых конструкциях двухслойная намотка делается с наружной и внутренней стороны каркаса (каркас находится между слоями), что, при его повышенной теплопроводности, значительно улучшает теплоотвод от звуковой катушки.В современных НЧ ГТ применяют различные по форме сечения провода для намотки звуковых катушек: традиционные круглые, квадратные и плоские. Последние две формы обеспечивают более высокую
плотность заполнения рабочего зазора проводом, что повышает эффективность НЧ ГГ .
-магнитные цепи (Magnet) обычно состоят из магнита, керна и нижнего фланца , верхнего фланца (рис. 3).Для магнитных цепей высококачественных НЧ ГТ характерно применение различных конструктивных мер для снижения нелинейных гармонических искажений, возникающих в них за счет несимметричности и неоднородности магнитного поля в рабочем зазоре: керны Т-образной формы (симметризируют магнитное поле выше и ниже зазора); фланцы и «керны с многослойными вставками, уменьшающими влияние переменного
магнитного поля от звуковой катушки на постоянное магнитное поле цепи;
различные типы «короткозамкнутых витков»: колпачки или кольца на керне и на внутренней поверхности верхнего фланца; специальные профили рабочего зазора, уменьшающие неоднородность магнитного поля и т. д.Кроме того, для снижения гармонических искажений за счет сжатий подколпачкового объема при больших смещениях подвижной системы, используют керны с так называемыми «вентиляционными отверстиями». Ранее эти отверстия делались в центре керна (большая часть воздуха выходила из под колпачка, минуя рабочий зазор). Теперь, появились модели НЧ ГГ, в которых отверстия стали использоваться для направления значительных воздушных потоков, возникающих внутри магнитной цепи, непосредственно через рабочий зазор - вокруг звуковой катушки, что значительно снижает температуру ее нагрева.
В качестве магнитных материалов в НЧ ГГ, помимо традиционных -феррит-бария (в виде колец различных толщины и диаметров) или более дорогих кобальтосодержащих сплавов, в современных моделях применяется новый высокоэффективный магнитотвердый материал на основе сплава неодим-железо-бор Ма-Ре-В (отечественное название таких сплавов неомакс), который начал использоваться в конце 80-х - начале 90-х годов.Эти сплавы обладают магнитной энергией, превышающей магнитную энергию как феррит-бария, так и кобальт-стронций содержащих материалов. Магнитная энергия феррит-бариевых магнитов доходит до 2,5...3,2 МГсЭ, феррит-стронциевых - З...3,5 МГсЭ, самарий-кобальтовых 27...31 МГсЭ, а Nd-Fe-B- 30...35 МГсЭ. Это позволяет конструировать магнитные цепи, обеспечивающие требуемую магнитную индукцию в зазоре при значительно меньших габаритах и весе самого магнита. При этом, правда, для обеспечения необходимой величины смещений подвижной системы с целью предотвращения соприкосновений нижнего края звуковой катушки с нижним фланцем ,последний имеет не плоскую, а более сложную форму - углубление в зоне расположения керна.
Все большее количество АС, выпускаемых для применения совместно с телевидеоаппаратурой (например, АС для систем «домашний кинотеатр»), требует применения НЧ ГГ с надежным экранированием магнитных полей рассеивания. Эти меры должны быть особенно эффективными для НЧ ГГ, применяемых в АС центрального и фронтальных каналов таких систем, а также для низкочастотных блоков(Subwoofer), располагаемых вблизи телевизионных приемников. Основными способами снижения магнитных полей рассеивания для НЧ ГТ являются те же, что и для ГГ, применяющихся в телевизионных приемниках, а именно: или вся магнитная цепь помещается в экранирующий стакан из металла, или позади основного магнита дополнительно устанавливается второй магнит, имеющий противоположную намагниченность, что фокусирует поля рассеивания в рабочий зазор магнитной цепи.
В целом узел «магнитная цепь - звуковая катушка» проектируется таким образом, чтобы обеспечить максимальное значение КПД громкоговорителя, т.е. максимальное значение коэффициента электромеханической связи BL, (В - магнитная индукция в зазоре, L - длина провода катушки), и снижение уровня его нелинейных искажений.
- диффузородержатель (Basket): служит для поддержания и соединения элементов подвижной системы и магнитной цепи, а также для закрепления громкоговорителя в корпусе. Его конструкция должна обеспечивать не только устойчивость ГГ к механическим воздействиям (ударам, тряске), не допуская смещения массивной магнитной цепи от оси симметрии НЧ ГГ, но и, по возможности, устранять резонансы самого держателя, которые могут иметь место в области рабочих частот НЧ ГГ (200...600 Гц).Как правило, диффузородержатели изготавливают из алюминиевых сплавов литьем под давлением, при этом, для снижения массы их делают сравнительно тонкими, но с ребрами жесткости. Для НЧ ГГ небольшой мощности и с небольшими магнитными цепями диффузородержатели могут изготавливаться из стального листа толщиной 0,6...1,5 мм методом штамповки. Кроме этого, конструкция диффузородержателя определяется необходимостью обеспечить достаточный размер «окон» между ребрами (с целью предотвращения появления «воздушной подушки» за диффузором) и эстетическими соображениями.
В целом конструкция подвижной системы низкочастотного громкоговорителя(так же как средне и высокочастотного)представляет собой сложную распределенную колебательную систему, на поверхности которой формируется сложная система различных форм ( мод) колебаний. При взаимодействии такой системы с воздушной средой формируется структура излучаемого звукового поля .Для расчета колебательных процессов в подвижной системе и структуры излучаемого ею звукового поля, а также анализа линейных и нелинейных искажений, возникающих в процессе динамического взаимодействия подвижной и магнитной систем, используются численные компьютерные методы [2], в настоящее время имеются специальные пакеты программ, например программа FINEConeTM1.5(www.loudsoft.com).
В области низких частот ,где длина звуковой волны больше размеров диафрагмы, можно с определенной степенью точности пользоваться приближенными методами электромеханических аналогий [3] ,[4]. Для расчета амплитудно-частотных характеристик низкочастотных громкоговорителей в различных видах корпусов(низкочастотных оформлений) в настоящее время используется ,как правило, приближенная теория Смола-Тиля ,примеры расчета с помощью которой будут даны в разделе 6.2.5.
Среднечастотные громкоговорители: представляют наибольшие трудности для разработки и производства особенно для высококачественных бытовых систем и контрольных агрегатов. Это обусловлено во-первых тем, что в таких системах СЧ ГГ используются в диапазоне частот от 200—800 Гц до 5...8 кГц, где чувствительность слуха ко всем видам искажений максимальна (субъективные дифференциальные пороги восприятия практически всех видов искажений достигают минимума в области 1...3 кГц). Во-вторых, именно на эту область частот приходится максимум спектральной плотности мощности почти всех видов музыкальных программ. Поэтому при проектировании СЧ ГГ необходима чрезвычайная тщательность отработки всех элементов конструкции с целью снижения линейных и нелинейных искажений до пороговых уровней,а также для повышения тепловой и механической устойчивости и т. д.Основные принципы конструирования отдельных элементов и узлов СЧ ГГ аналогичны тем, которые применяются в НЧ ГГ, однако при этом, существует и своя специфика. Так, например, излучающий элемент - диафрагму, в СЧ ГГ изготавливают как в виде криволинейных конусов, так и в виде куполов.
-центрирующая шайба (Spider)-гофрированная оболочка, требования к конструкции и материалам которой также чрезвычайно высоки. Она должны обеспечивать стабильность резонансной частоты НЧ ГТ в условиях больших динамических и температурных нагрузок; линейность упругих характеристик при больших смещениях подвижной системы; предотвращать смещения звуковой катушки в радиальном направлении и «провисание» подвижной системы и т.д. Обычно в НЧ ГТ используются центрирующие шайбы с синусоидальной гофрировкой (число гофр варьируется от5...7до9...11) плоские или «мостиковые» (рис.6. 10). Однако, в некоторых моделях встречаются шайбы более сложных конфигураций, (например, тангенциальные),обеспечивающие, по мнению применяющих их фирм, большую линейность упругих характеристик, стабильность формы и т. п.В качестве материалов для шайб применяют натуральные ткани (типа миткаля, бязи и т.п.), пропитанные бакелитовым лаком, синтетические ткани на основе полиамидов, полиэстера, нейлона и др. В некоторых НЧ ГТ применяются шайбы, в материал которых вплетаются металлические (алюминиевые, медные) нити, обеспечивающие повышенный теплоотвод от теплопроводящего каркаса звуковой катушки к массивному металлическому диффузородержателю.
Рис.6.10-центрирующие шайбы и звуковые катушки
Звуковые катушки (VoiceCoil): конструкции звуковых катушек НЧ ГГ разрабатываются с учетом необходимости рассеивания значительного количества тепла, выделяющегося в них при работе ГГ от мощных усилителей (100...200 Вт и более).Расчеты и опыт разработок позволили установить количественную связь между диаметром катушки и рассеиваемой ею тепловой энергией. Так, например, звуковые катушки диаметром 25
мм способны (без применения особо термостойких и теплоотводящих материалов) выдерживать долговременную электрическую мощность до 25 Вт, а диаметром 50 мм до 100 Вт. С целью увеличения тепловой прочности звуковых катушек НЧ ГГ применяются как теплостойкие материалы (клеи, изоляция проводов, каркасы), так и различные конструктивные меры для более эффективного отвода выделяющегося тепла в окружающую среду. К ним относятся вентиляционные отверстия в каркасах катушек и магнитных цепях, улучшающие циркуляцию воздуха в зоне расположения звуковой катушки, тепловые трубки, теплопроводящие каркасы и, даже, полупроводниковые холодильники.
Здесь следует отметить, что применение металлических теплопроводящих каркасов в НЧ ГГ с низкой резонансной частотой не всегда желательно, так как при колебаниях звуковой катушки в сильных постоянных магнитных полях, в каркасах могут возникнуть вихревые токи, вызывающие дополнительное электромеханическое демпфирование, субъективно воспринимаемое как «глухость» звучания или недостаток низких частот. Кроме того, при применении диффузоров из полимерных пленок, такой каркас обеспечивает подведение к месту своей приклейки к диффузору значительного количества тепла, которое может деформировать сам диффузор. Для предотвращения последнего применяются составные конструкции: нетеплопроводящая часть каркаса (кабельная бумага, синтетическая бумага - например, номекс) примыкает к шейке диффузора, а намотка проводом осуществляется на теплопроводящую часть. Для избежания возникновения вихревых токов, некоторыми фирмами проводятся разработки специальных материалов, (например, на основе керамики), обладающих высокими теплопроводящими и низкими электропроводящими свойствами.
Для снижения нелинейных гармонических искажений, возникающих в НЧ ГГ, в частности, за счет. нелинейности и несимметричности магнитного поля в магнитной цепи, часто применяются звуковые катушки с высотой намотки в 2...2,5 раза превышающей высоту рабочего зазора магнитной цепи (толщину верхнего фланца цепи). Число применяемых слоев намотки звуковой катушки обычно равно двум, хотя встречаются катушки с одним и четырьмя слоями. Применение большого числа слоев приводит к возрастанию массы и индуктивности звуковой катушки, что снижает уровень звукового давления. В некоторых конструкциях двухслойная намотка делается с наружной и внутренней стороны каркаса (каркас находится между слоями), что, при его повышенной теплопроводности, значительно улучшает теплоотвод от звуковой катушки.В современных НЧ ГТ применяют различные по форме сечения провода для намотки звуковых катушек: традиционные круглые, квадратные и плоские. Последние две формы обеспечивают более высокую
плотность заполнения рабочего зазора проводом, что повышает эффективность НЧ ГГ .
-магнитные цепи (Magnet) обычно состоят из магнита, керна и нижнего фланца , верхнего фланца (рис. 3).Для магнитных цепей высококачественных НЧ ГТ характерно применение различных конструктивных мер для снижения нелинейных гармонических искажений, возникающих в них за счет несимметричности и неоднородности магнитного поля в рабочем зазоре: керны Т-образной формы (симметризируют магнитное поле выше и ниже зазора); фланцы и «керны с многослойными вставками, уменьшающими влияние переменного
магнитного поля от звуковой катушки на постоянное магнитное поле цепи;
различные типы «короткозамкнутых витков»: колпачки или кольца на керне и на внутренней поверхности верхнего фланца; специальные профили рабочего зазора, уменьшающие неоднородность магнитного поля и т. д.Кроме того, для снижения гармонических искажений за счет сжатий подколпачкового объема при больших смещениях подвижной системы, используют керны с так называемыми «вентиляционными отверстиями». Ранее эти отверстия делались в центре керна (большая часть воздуха выходила из под колпачка, минуя рабочий зазор). Теперь, появились модели НЧ ГГ, в которых отверстия стали использоваться для направления значительных воздушных потоков, возникающих внутри магнитной цепи, непосредственно через рабочий зазор - вокруг звуковой катушки, что значительно снижает температуру ее нагрева.
В качестве магнитных материалов в НЧ ГГ, помимо традиционных -феррит-бария (в виде колец различных толщины и диаметров) или более дорогих кобальтосодержащих сплавов, в современных моделях применяется новый высокоэффективный магнитотвердый материал на основе сплава неодим-железо-бор Ма-Ре-В (отечественное название таких сплавов неомакс), который начал использоваться в конце 80-х - начале 90-х годов.Эти сплавы обладают магнитной энергией, превышающей магнитную энергию как феррит-бария, так и кобальт-стронций содержащих материалов. Магнитная энергия феррит-бариевых магнитов доходит до 2,5...3,2 МГсЭ, феррит-стронциевых - З...3,5 МГсЭ, самарий-кобальтовых 27...31 МГсЭ, а Nd-Fe-B- 30...35 МГсЭ. Это позволяет конструировать магнитные цепи, обеспечивающие требуемую магнитную индукцию в зазоре при значительно меньших габаритах и весе самого магнита. При этом, правда, для обеспечения необходимой величины смещений подвижной системы с целью предотвращения соприкосновений нижнего края звуковой катушки с нижним фланцем ,последний имеет не плоскую, а более сложную форму - углубление в зоне расположения керна.
Все большее количество АС, выпускаемых для применения совместно с телевидеоаппаратурой (например, АС для систем «домашний кинотеатр»), требует применения НЧ ГГ с надежным экранированием магнитных полей рассеивания. Эти меры должны быть особенно эффективными для НЧ ГГ, применяемых в АС центрального и фронтальных каналов таких систем, а также для низкочастотных блоков(Subwoofer), располагаемых вблизи телевизионных приемников. Основными способами снижения магнитных полей рассеивания для НЧ ГТ являются те же, что и для ГГ, применяющихся в телевизионных приемниках, а именно: или вся магнитная цепь помещается в экранирующий стакан из металла, или позади основного магнита дополнительно устанавливается второй магнит, имеющий противоположную намагниченность, что фокусирует поля рассеивания в рабочий зазор магнитной цепи.
В целом узел «магнитная цепь - звуковая катушка» проектируется таким образом, чтобы обеспечить максимальное значение КПД громкоговорителя, т.е. максимальное значение коэффициента электромеханической связи BL, (В - магнитная индукция в зазоре, L - длина провода катушки), и снижение уровня его нелинейных искажений.
- диффузородержатель (Basket): служит для поддержания и соединения элементов подвижной системы и магнитной цепи, а также для закрепления громкоговорителя в корпусе. Его конструкция должна обеспечивать не только устойчивость ГГ к механическим воздействиям (ударам, тряске), не допуская смещения массивной магнитной цепи от оси симметрии НЧ ГГ, но и, по возможности, устранять резонансы самого держателя, которые могут иметь место в области рабочих частот НЧ ГГ (200...600 Гц).Как правило, диффузородержатели изготавливают из алюминиевых сплавов литьем под давлением, при этом, для снижения массы их делают сравнительно тонкими, но с ребрами жесткости. Для НЧ ГГ небольшой мощности и с небольшими магнитными цепями диффузородержатели могут изготавливаться из стального листа толщиной 0,6...1,5 мм методом штамповки. Кроме этого, конструкция диффузородержателя определяется необходимостью обеспечить достаточный размер «окон» между ребрами (с целью предотвращения появления «воздушной подушки» за диффузором) и эстетическими соображениями.
-
гибкие выводы : обеспечивают подведение электрических сигналов от клемм (Terminals), закрепленных, как правило, через изолирующие прокладки прямо на диффузородержателе или на специальной планке, к звуковой катушке. Эти элементы ГГ, помимо воздействий больших электрических токов, непрерывно испытывают значительные знакопеременные механические нагрузки. При этом, их гибкость должна быть выше гибкости подвеса и центрирующей шайбы, чтобы не влиять на резонанс ГГ. Кроме того, гибкие выводы могут являться источником призвуков в НЧ ГГ. Поэтому выбору материалов для них и конструкции крепления к клеммам и диффузору уделяется довольно серьезное внимание. В качестве материалов .применяются многожильные провода из тонких медных или серебряных нитей, в которые вплетаются хлопчатобумажные или синтетические нити - основы. Типы плетений нитей в этих проводах могут быть самыми разнообразными. Способы крепления гибких выводов к диффузору применяют также различные: от пришивки нитками до подпайки к металлическим заклепкам на диффузоре; места соприкосновения с диффузором заливают различными вибродемпфирующими материалами, например, натуральными латексами. Места пайки гибких выводов к клеммам, во избежание обламывания, стараются защитить от возникновения колебаний выводов вблизи этих паек с помощью амортизаторов различных конструкций.
В целом конструкция подвижной системы низкочастотного громкоговорителя(так же как средне и высокочастотного)представляет собой сложную распределенную колебательную систему, на поверхности которой формируется сложная система различных форм ( мод) колебаний. При взаимодействии такой системы с воздушной средой формируется структура излучаемого звукового поля .Для расчета колебательных процессов в подвижной системе и структуры излучаемого ею звукового поля, а также анализа линейных и нелинейных искажений, возникающих в процессе динамического взаимодействия подвижной и магнитной систем, используются численные компьютерные методы [2], в настоящее время имеются специальные пакеты программ, например программа FINEConeTM1.5(www.loudsoft.com).
В области низких частот ,где длина звуковой волны больше размеров диафрагмы, можно с определенной степенью точности пользоваться приближенными методами электромеханических аналогий [3] ,[4]. Для расчета амплитудно-частотных характеристик низкочастотных громкоговорителей в различных видах корпусов(низкочастотных оформлений) в настоящее время используется ,как правило, приближенная теория Смола-Тиля ,примеры расчета с помощью которой будут даны в разделе 6.2.5.
Среднечастотные громкоговорители: представляют наибольшие трудности для разработки и производства особенно для высококачественных бытовых систем и контрольных агрегатов. Это обусловлено во-первых тем, что в таких системах СЧ ГГ используются в диапазоне частот от 200—800 Гц до 5...8 кГц, где чувствительность слуха ко всем видам искажений максимальна (субъективные дифференциальные пороги восприятия практически всех видов искажений достигают минимума в области 1...3 кГц). Во-вторых, именно на эту область частот приходится максимум спектральной плотности мощности почти всех видов музыкальных программ. Поэтому при проектировании СЧ ГГ необходима чрезвычайная тщательность отработки всех элементов конструкции с целью снижения линейных и нелинейных искажений до пороговых уровней,а также для повышения тепловой и механической устойчивости и т. д.Основные принципы конструирования отдельных элементов и узлов СЧ ГГ аналогичны тем, которые применяются в НЧ ГГ, однако при этом, существует и своя специфика. Так, например, излучающий элемент - диафрагму, в СЧ ГГ изготавливают как в виде криволинейных конусов, так и в виде куполов.