Акустическое оформление

Внешнее (акустическое) оформление - самостоятельный конструктивный элемент громкоговорителя, не участвующий в преобразовании сигналов из электрической формы в акустическую, но обеспечивающий эффективное излучение звука. Обычно используется для обеспечения воспроизведения области низших частот и для защиты от повреждений громкоговорителя. Часто называется акустическим в связи с его влиянием на частотную характеристику динамической головки.[1]









Наиболее распространенные варианты акустического оформления низкочастотных громкоговорителей: закрытое (1); фазоинвертор с простым отверстием (2), в которое может быть помещен пассивный радиатор; самый распространенный фазоинвертор в виде трубы (3); лабиринт (4) — технически сложное и дорогое решение .

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 180º, 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 проявляется только в области самых 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.


Интерференция между звуковыми волнами от передней и задней сторон диффузора

Это 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 полны. 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 0,1λ) и сложатся, в результате чего звуко­вое давление возрастет. Для звука частотой 50 Гц (λ = 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


и т.д., 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

и т.д., 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: щит (акустический экран), открытый или закрытый ящик, фазоинвертор, акустический лабиринт, направляющий рупор.
Внешнее оформление эффективно только при наличии громкого­ворителя, способного воспроизвести низшие частоты, т. е. с низкой частотой основного резонанса. Для громкоговорителей, предназначен­ных для карманных радиоприемников, у которых основная ре­зонансная частота высока, акустическое оформление неэффективно.

Открытое акустическое оформление, Free Air или акустический экран является наиболее простым видом оформления громкоговорителя, чаще всего представляющий собой деревянный щит прямоугольной формы, размеры которого для воспроизведения низших частот должны быть довольно больши­ми. Например, для воспроизведения без ослабления звука частотой 50 Гц, длина волны котороя равна 680 см, необходимо, чтобы сто­рона экрана приблизительно равнялась 340 см (половине длины вол­ны) или больше. Однако вполне удовлетворительные результаты, особенно если частотная характеристика усилителя имеет подъем на низших частотах, могут быть получены со щитом меньшего размера, сторона которого приблизительно равна четверти длины волны низ­шей воспроизводимой частоты. Эта низшая частота, однако, не может быть ниже основной резонансной частоты громкоговорителя, так как ниже этой частоты резко падает излучение громкоговорителя (18 дб на октаву).



Симметричность экрана относительно оси диффузора нежелатель­на, так как при этом в частотной характеристике громкоговорителя появится глубокий провал и результате акустического короткого за­мыкания на одной из частот. Значительное улучшение частотной ха­рактеристики достигается или несимметричным экраном, или асиммет­ричным расположением громкоговорителя в экране правильной формы.

Стандартный акустический экран для измерения головок прямого излучения (а) и способы крепления головок в экране (б, в)

Более удобным, чем акустичес­кий экран, для размещения громко­говорителя является ящик с откры­той задней стенкой. Он эквивалентен плоскому экрану, если площадь последнего равна общей площади всех поверхностей ящика, кроме задней стенки, и если глубина ящика не пре­вышает 1/8 наибольшей волны. Ящик с открытой задней стенкой представляет собой своеобразный резо­натор Гельмгольца, резонансная частота которого



где f_Я — резонансная частота ящика, гц; S — площадь заднего отвер­стия ящика, см²; V — объем ящика, см³.

​Эксперименты с различными ящиками и головками показали, что наилучшее воспроизведение низших частот получается, если резо­нансная частота ящика в 1,5—2 раза больше частоты основного резонанса громкоговорителя. Если же эти частоты отличаются между собой в значительно большее число раз, то ухудшается частотная характеристика громкоговорителя в области низших частот и звук становится бубнящим. В связи с этим рекомендуется, выбрав раз­меры ящика с открытой задней крышкой, определить по приведен­ной формуле его резонансную частоту и соотношение с частотой ос­новного резонанса головки. Ящики с открытой задней стенкой имеют сейчас очень широкое распространение.

В то же время, наиболее перспективным видом внешнего оформления громкого­ворителей следует считать закрытый ящик и фазоинвертор, ибо толь­ко с их помощью можно при относительно небольших габаритах обес­печить хорошее воспроизведение звуков самых низших частот (30—70 Гц).

Закрытая задняя стенка, на первый взгляд, дол­жна улучшить воспроизведение низших частот тем, что исключается излучение задней стороны диффузора, именно поэтому за рубежом этот вид оформления часто называют «бесконечным экраном». Одна­ко упругость находящегося в ящике объема воздуха, особенно если этот объем не слишком велик (меньше 1 м³), складывается с упру­гостью подвижной системы громкоговорителя и повышает его основ­ную резонансную частоту, чем ухудшает отдачу на низших часто­тах. Зависимость новой частоты основного резонанса громкоговорителя в ящике может быть определена из выражения



где f ^'_p — новая частота основного резонанса, гц; f_p — частота основ­ного резонанса громкоговорителя (без ящика), гц; р — плотность воз­духа, равная при 20° С и атмосферном давлении 1,2 кг/м³; c — ско­рость звука в воздухе, равняя 344 м/ceк; S_ДИФ— площадь излуча­ющей части диффузора (эффективная площадь), приблизительно рав­ная; R_ДИФ — радиус диффузора громкоговорите­ля, см; m — масса подвижной системы громкоговорителя, кг; V_Я — объем ящика, м³.

Приведенное выражение показывает, что основная резонансная частота значительно сильнее зависит от диаметра диффузора, чем от объема ящика. Чем больше объем ящика и меньше диаметр диф­фузора, тем меньше повышается частота основного резонанса громкоговорителя.
В качестве примера укажем, что у головки с диффузором диамет­ром 30 см и частотой основного резонанса f_гр=18 гц, которая поме­щена в закрытый ящик объемом V_я = 50 л (0,05 м³ или 50 дм³), ча­стота основного резонанса повышается до f_гр=45 гц. Соответственно у головки с диффузором 20 см и f_гр = 25 гц, помещенной в ящик объ­емом V_я = 25 л, частота основного резонанса повышается до f ^'_гр= 55 гц; у головки с диффузором 14,5 см и f_гр=30 гц, помещенной в ящик объемом V_я= 6 л, частота основного резонанса повышается до f'_гр=75 гц. За рубежом головку с очень низкой частотой основного резонанса (15—25 гц),установленную в закрытом ящике, часто назы­вают «акустически, подвешенной». Итак, основным условием исполь­зования закрытого ящика небольших габаритов при воспроизведении звуков самых низших частот является наличие головки с очень низ­кой частотой основного резонанса (20—30 гц). Кроме смещения ча­стоты основного резонанса, замкнутый объем воздуха вызывает до­полнительные резонансные явления на более высоких частотах. Они увеличивают неравномерность частотной характеристики громкогово­рителя. Для устранения дополнительных резонансов, создаваемых воздушным объемом ящика и отражениями, внутренние поверхности ящика покрывают звукопоглощающим материалом. Иногда звукопо­глощающим материалом заполняют весь объем ящика.

Из того, что говорилось о закрытом ящике, следует, что его объем связан с диаметром диффузора головки и частотой ее основ­ного резонанса. Головка с диффузором диаметром 25—35 см должна помещаться взакрытый ящик объемом не менее 50 л. Если имеющая­ся головка обладает недостаточно низкой частотой основного резо­нанса, то объем закрытого ящика, мало сдвигающего частоту ос­новного резонанса, можно определить по формуле
, см³
где D_диф — диаметр диффузора, см.
Если в ящик устанавливают два громкоговорителя, то расчет размеров ящика производят по эквивалентному диаметру диффузора .При одинаковых диаметрах диффузоров громко­говорителей D_экв = 1.41D_диф. Соотношение размеров сторон ящика не имеет значения, однако для глаз приятнее, если эти размеры соответ­ствуют так называемой динамической симметрии.




Частотные характеристики громкоговорителя в ящиках различной формы (точка обозначает место рас­положения громкоговорителя)

Некоторое влияние на частотную характеристику громкоговорите­ля оказывает внешняя конфигурация ящика вследствие эффекта диф­ракции (огибание волной препятствия). На рис. 35 приведены иллю­стрирующие это влияние частотные характеристики одного и того же громкоговорителя в ящиках различной формы. Из этих частотных характеристик видно, что чем более плавную форму, т. е. более ту­пые углы, имеет поверхность, прилегающая к громкоговорителю, тем слабее эффект дифракции и тем ровнее частотная характеристика громкоговорителя. Наилучшей для уменьшения дифракции формой поверхности будет сфера. Видимо, это привело к выпуску за рубе­жом громкоговорителей, оформленных в виде сферы, громкоговоритель (рис.36) французской фирмы «Элипсон» имеет диаметр сферы 40 см, основную головку с диффузором диаметром 21см, мощность 20 вт, полосу воспроизводимых частот 60—20 000 гц.

Конечно, в домашних условиях изготовить сферу довольно за­труднительно, однако возможно использовать старый или поврежден­ный географический глобус из папье-маше диаметром около 40 см. Такая сфера обладает объемом около 34 л, что позволяет сделать довольно хороший громкоговоритель. На рис. 37 приведена частотная характеристика сферического громкоговорителя диаметром 40 см в ра­диолюбительском исполнении. В громкоговорителе использована го­ловка 4ГД4-РРЗ с частотой основного резонанса 45 гц; в сфере ча­стота основного резонанса повысилась до 75 гц. Внутренняя поверх­ность сферы покрыта слоем стекловаты, помещенной в мешок из стек­лоткани общей толщиной 12—15 мм.

Весьма значительное распространение получил фазоинвертор, представляющий собой разновидность закрытого ящика; отличие состоит в наличии отверстия на какой-либо стороне ящика; чаще на одной стороне с громкоговорителем. Масса воздуха в отверстии ведет себя подобно диффузору, являясь дополнительным излуча­телем звука преимущественно на резонансной частоте фазоинвертора, которая делается равной основной резонансной частоте громкогово­рителя (или несколько ниже).










Действие фазоинвертора.
а — частота звука, излучаемого громкоговорителем, выше резонансной частоты фазоинвертора; б — частоты равны; в — частота громкоговорителя ниже резонансной частоты фазоинвертора.


Как происходит излучение звука фазоинвертором, показано на рис. 38. При частотах сигнала выше резонансной частоты фазоинвер­тора (f_С>fФ) звуковое давление, создаваемое громкоговорителем, больше, чем создаваемое отверстием фазоинвертора, и они близки по фазе, а поэтому складываются. На резонансной частоте фазоинвертоpa (f_c = f_ф), если эта частота не равна частоте основного резонанса головки, создаваемое ею звуковое давление значительно меньше, чем от отверстия фазоинверто­ра, и результирующее звуковое давление опре­деляется, главным обра­зом, изучением фазоин­вертора. При частотах сигнала ниже резонанс­ной частоты фазоинвер­тора (f_с<f_ф) создавае­мое им звуковое давле­ние уменьшается, стано­вясь близким по величи­не к звуковому давле­нию от громкоговорите­ля. Эти давления почти противофазны, поэтому результирующее звуковое давление будет меньше каждого из них.

Таким образом, в фазоинверторе использовано излучение задней стороны диффузора громкоговорителя, что увеличивает отдачу на са­мых низких частотах. Происходит это потому, что диффузор громко­говорителя связан через упругость воздушного объема ящика с мас­сой воздуха в отверстии, причем в результате такой связи фаза ко­лебании воздуха в отверстии повернута на 180° по отношению к фазе колебаний задней стороны диффузора, т.е. колебания воздуха в отверстии получаются синфазными с колебаниями передней сторо­ны диффузора. Это обстоятельство и послужило основанием назвать такое акустическое оформление фазоинвертором. Гибкость воздушно­го объема ящика и масса воздуха в отверстии фазоинвертора, зави­сящая от площади и толщины краев отверстия, образуют резонанс­ную систему (резонатор Гельмгольца), частота которой приближенно выражается уже приводившейся формулой

где f_ф — резонансная частота фазоинвертора, Гц; S — площадь отвер­стия, см²; V — объем ящика, см³.

Из этой формулы видно, что резонансная частота меньше зави­сит от изменения площади отверстия, чем от объема ящика. Напри­мер, изменив площадь отверстия в 16 раз, мы изменим частоту резо­нанса только в 2 раза. Однако площадь отверстия определяет эф­фективность фазоинвертора (его отдачу) и должна приблизительно соответствовать эффективной площади диффузора (2,1—2,5R²_диф) чтобы мощности излучения отверстия и громкоговорителя были со­измеримыми. Так как площадь отверстия фазоинвертора при одной и той же резонансной частоте связана с объемом, необходимо исполь­зовать фазоинвертор определенного объема в зависимости от разме­ров громкоговорителя.

Это подтверждается экспериментально, для чего можно рассмотреть частотные характери­стики громкоговорителя с диффузором диаметром 25 см и эффектив­ной площадью около 400 см², установленного, в фазоинверторах, наст­роенных на одну и ту же частоту 40 Гц, но двух различных объемов (57 и 238 л), имеющих отверстия соответствен­но площадью 28 и 410 см². Фазоинвертор мень­шего объема практичес­ки ничего не излучает на своей резонансной ча­стоте, в то время как другой фазоинвертор с площадью отверстия, почти равной площади диффузора, излучает на той же частоте столько же, сколько излучает громкоговоритель на других частотах.



Предположим, что резонансные частоты громкоговорителя и фазоинвертора одинаковы и равны f_ф. Для частот ниже резонансной последовательной контур, соответствующий громкоговорителю, имеет емкостный характер, а параллельный контур, соответствующий фазоинвертору — индуктивный характер. Поэтому оба рассматриваемых контура образуют как бы новый последовательной резонансный контур с частотой резонансаf₂. Для частот выше резонансной характе­ристика контуров становится обратной: последовательный контур ве­дет себя как индуктивность, параллельный — как емкость. В результате этого получается второй резонанс нового последовательного контура на час­тоте f₂ . Фазоинвертор считается правильно наст­роенным, если в частотной ха­рактеристике полного сопроти­вления оба пика (на частотах f₁ и f₂) имеют приблизительно одинаковую частоту.



Частотные характеристики полного сопротивления громкоговорителя.
1 — в экране; 2 — в закрытом ящики; 3 — в фазоинверторе.

Приведены час­тотные характеристики полно­го электрического сопротивления одного и того же громкоговорителя с диффузором диаметром 18 см, установленным в экране, в фазоинверторе объемом 95 л(64x45x32 см) и в закрытом ящике, которым служит тот же фазо­инвертор с закрытым отверстием. Из первой характеристики видно, что основная резонансная частота головки равна 61 Гц. В закрытом ящике резонансная частота передвинулась на 82 Гц. Частотная ха­рактеристика по звуковому давлению этого громкоговорителя в фа­зоинверторе показана на рис. 43; там же приведена характеристика в закрытом ящике того же объема. Эти характеристики показыва­ют, что правильно сделанный фазоинвертор обеспечивает нижнюю границу частотной характеристики, примерно равную частоте основ­ного резонанса, головки (в данном случае 58 Гц), и несколько сгла­живает частотную характеристику в области частоты основного ре­зонанса по сравнению с характеристикой громкоговорителя в закрытом ящике. Нижняя граница характеристики последнего приблизи­тельно соответствует новой частоте основного резонанса (70 Гц).



Частотные характеристики уровня звукового давления гром­коговорителя.
1 — в фазоинверторе; 2 — в закрытом ящике.

Правильно сделанный фазоинвертор не только улучшает частотную характеристику звуковоспроизведения в области низших частот, но и способствует уменьшению нелинейных искажений вблизи частоты основного резонанса громкоговорителя и ниже в области резонанса громкоговорителя вследствие значительного возрастания амп­литуды смещения звуковой катушки и диффузора начинает сказываться нелинейность их подвеса (центрирующей шайбы, краевого гофра). Поэтому в воспроизводимом сигнале появляются гармониче­ские составляющие, т. е. возрастают нелинейные искажения вследст­вие значительного акустического сопротивления фазоинвертора при его резонансе амплитуда смещения диффузора уменьшается и зву­ковое давление создается, главным образом, выходным отверстием фазоинвертора. Так как при этом не происходит нелинейных эффек­тов (нарушения пропорциональности между смещением диффузора и возбуждающей силой), то звук получается неискаженным. Выше резонансной частоты фазоинвертора воздействие его на громкоговори­тель уменьшается, но увеличивается активная составляющая сопро­тивления излучения громкоговорителя и снижается амплитуда сме­щения звуковой катушки и поэтому искажения повышаются очень мало.

Некоторое распространение получила конструкция оформления громкоговорителя, называемом акустическим лабиринтом. В ней задняя сторона диффузора сообщается с окружающей средой через волновод в виде сложной трубы прямоугольного сечения, равного или несколько большего, чем площадь диффузора. Когда средняя длина трубы равна половине длины волны излучаемой частоты


наступает резонанс трубы и ее открытый конец (отверстие) излучает синфазно с передней стороной диффузора. При длинах волн которые кратны 0,75 резонансной длины волны, имеет место антирезонанс трубы и снижение звукового давления, создаваемого открытым концом трубы. Если частота основного резонанса громкоговорителя находится на частоте антирезонанса трубы, то это позволяет немного расширить вниз полосу воспроизводимых частот (до 0,75 резонансной частоты громкоговорителя). Для устранения влияния частных резонансов трубы ее стенки должны быть покрыты звукопоглощающим материалом.



Конструкции акустических лабиринтов.
а — прямоугольной формы; б — радиального громкоговорителя; в — совмещен­ного с фазоинвертором.

Лабиринт используется и в конструкции радиального громкоговорителя. Возможно лаби­ринт использовать вдвойне, заставив его служить одновременно и как фазоинвертор, резонансная частота которого может быть сделана в 2—3 раза ниже резонансной частоты трубы. Этим удается уменьшить нижнюю границу полосы воспроизводимых частот. Выше приведен чертеж такого комбинированного лабиринта с тремя громкоговорителями. Его особенностями являются весьма значительный объем, равный 400 л, и только одна продольная пере­городка. Средняя длина трубы 2,44 м, резонансная частота трубы 70 Гц (измеренная 80 Гц) фазоинвертора, имеющего отверстие пло­щадью 135 см² и проход длиной 15 см, —28 Гц (измеренная 20 Гц). Частота основного резонанса низкочастотной головки 41 Гц.

Акустическое оформление, в англоязычной литературе называемое bandpass, бывает самых различных конструкций. Если у большинства других акустических оформлений динамик одной стороной смотрит наружу и, соответственно, пытается прокачать почти бесконечный объём помещения, то у бандпасса он обеими сторонами возбуждает специально настроенный объём воздуха и звучит только через отверстия фазоинверторов, и только на тех частотах на которые они настроены. Распространено мнение, что бандпасс имеет наибольший КПД, но это миф (как женский оргазм) за который ещё приходится платить (за миф) запаздывающим, размытым басом т. к. звуковое давление, оторвавшись от диффузора, должно трансформироваться в небольшом объёме, затем пройти через трубу выходного отверстия и только потом уйти в свободный полёт к слушателю
.[2]

Из-за особенностей конструкции и узкого частотного диапазона такой тип акустического оформления в основном используется для сабвуферов. Полосовой излучатель представляет собой короб, разделенный внутренней перегородкой, на которой закрепляется динамическая головка. Таким образом образуются две резонаторные камеры вместо одной.



Тот факт, что банд-пасс состоит из двух резонаторных камер, увеличивает КПД излучателя по сравнению с ЗЯ до четырех раз! Но, несмотря на это, расчет такого излучателя и его настройка представляют определенную трудность, так как мы должны оперировать тремя или даже четырьмя параметрами, в зависимости от типа банд-пасса. Кроме того, нет модели оптимального режима работы для динамика в таком акустическом оформлении, поэтому программа моделирования не подскажет наиболее подходящих значений параметров резонаторных камер.

Однако, плюс такого исполнения в том, что помимо хорошего звукового давления можно чётко ограничить спектр выдаваемых частот.






















Бандпассы бывают 4-го и 6-го порядков. Разница в настройке камер, соответственно и играют они по другому. Если у корпуса с ФИ четкий горб в определенном диапозоне частот настройки, то у бандпасса диапозон этот шире за счет того, что каждая камера настроена на определенную частоту.

Как показывает практика, хороших заводских бандпассов мало, а не заводских и того меньше.

Этот тип громкоговорителя получил значительное распространение в мощных системах звукоусиления и оповещения на больших открытых пространствах (площадях, улицах). Низкий к. п. д громкоговорителей привел бы в этих случаях к существенному увеличению затрат на установку усилителей и на их эксплуатацию.

Рупор, подобно электрическому фильтру верхних частот, характеризуется низшей пропускаемой частотой, называемой критической, которая зависит от коэффициента расширения рупора.

Благодаря применению рупора — трубы с непрерывно возрастающим сечением, улучшается согласование между относительно высоким механическим сопротивлением подвижной системы головки и довольно низким сопротивлением нагрузки воздушной среды, характеризуемым сопротивлением излучения. Рупор увеличивает сопротивление излучения и значительно повышает к. п. д. громкоговорителя. Существует несколько форм рупора, однако наибольшее распространение получил экспоненциальный рупор, в котором площадь поперечного сечения возрастает по экспоненциальному закону где So — площадь поперечного сечения начала рупора (горла); β - коэффициент расширения; x - координата, отсчитываемая вдоль оси рупора от его начала (горла) к устью.

Потребность в рупоре может воз­никнуть при изготовлении вы­сокочастотного громкоговори­теля — «пищалки» или элект­ромегафона. В обоих случаях расчет и конструирование ру­пора весьма упрощаются тем, что нижняя пропускаемая частота (f_B) обычно выше 500 Гц.

Экспоненциальность рупора может обеспечиваться кривизной (изгибом) как всех сторон рупора, так и части их, т.е. рупор может, например, иметь две плоские стороны и две изогнутые. Рупор может быть и круглого сечения, но изготовить его в любительских условиях много сложнее. Рупор можно сделать из жести толщиной 0,3— 0,5 мм, пропаивая края заготовок, или из пластмассы толщиной 1,2—1,5 мм, склеив края заготовок эпоксидной смолы или клеем для выбранной пластмассы.


При изготовлении рупора следует иметь в виду, что воздушный объем между диффузором (диафрагмой) головки и входным от­верстием рупора, называемый предрупорной камерой, для лучшего воспроизведения звуков высших частот должен иметь наименьшую высоту. Это означает, что входное отверстие рупора должно нахо­диться ближе к диффузору, но так, чтобы диффузор не касался рупора. Для хорошего воспроизведения звуков высших частот не­обходим противоинтерференционный вкладыш.




Экспоненциальные рупоры различной конфигурации.
а – высота входного отверстия; б – ширина выходного отверстия; в – сторона треугольника.

^ М.М. ЭФРУССИ. ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ, М., «ЭНЕРГИЯ», 1971 ^ Акустическое оформление, корпуса акустики