5. ПРИМЕНЕНИЕ ЭМОС ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ И

НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ В ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯХ

Как отмечалось выше, работа диффузорного громкоговорителя в области низких частот сопровождается значительными частотными и нелинейными искажениями. Применяя специальные конструкции, можно уменьшить искажения, однако это увеличивает стоимость систем. Другой более удобный метод уменьшения этих искажений — применение электромеханической обратной связи (ЭМОС). Суть метода состоит в следующем. Давление ρ, развиваемое громкоговорителем, пропорционально . Поэтому для громкоговорителя с закрытым ящиком в области низких частот имеем ρ ≡ ωv => а, т. е. с точностью до постоянного множителя давление пропорционально колебательному ускорению (а) диффузора головки громкоговорителя. При по­мощи специального датчика колебательное ускорение диффузора можно преобразовать в электрический сигнал, который использовать в качестве сигнала электромеханической обратной связи в усилителе, питающем громкоговоритель. При большой глубине обратной связи колебательное ускорение (т. е. давление) системы усилитель — диффузор головки громкоговорителя определяется лишь свойствами датчика. Если датчик имеет малые частотные и нелинейные искажения, то и громкоговоритель с ЭМОС работает с небольшими искажениями. Датчик ускорения выполняют на базе элементов, обладающих пьезоэффектом, например, на рис. 153, а показана конструкция датчика ускорения, в котором используется пьезоэлемент от головки звукосни­мателя. Пьезоэлемент 1 при помощи эластичных прокладок 2 устанавливают на текстолитовую шайбу 3, которую крепят у основания конуса диффузора. На той же шайбе помещают трансформатор сопротивлений — однокаскадный усилитель (рис. 153, б) с большим входным (100 МОм) и малым выходным сопротивлениями. На рис. 153, в показана частотная характеристика колебательного ускорения диффузора, измеренная описанным выше датчиком (кривая 1) и та же характеристика, измеренная высокоточным датчиком ускорения (кривая 2). В области частот до 400—500 Гц совпадение характеристик достаточно хорошее.

Следует, однако, отметить, что практически организовать ЭМОС строго «по ускорению» невозможно из-за больших положительных фазовых сдвигов в громкоговорителях и вследствие положительной обратной связи в области нижних частот. На рис. 154 показаны фазовые характеристики колебательной скорости и ускорения и область возникновения положительной обратной связи (ПОС). Поэтому в петлю ЭМОС (петля ЭМОС содержит усилитель, громкоговоритель, датчик ускорения с трансформатором сопротивлений)

 

 

необходимо вводить корректор-интегратор, повышающий устойчивость системы с ЭМОС в области низких и высоких частот. Структурная схема акустической системы с ЭМОС показана на рис. 155, а, частотные характеристики давления и коэффициента гармоник в области низких частот для акустической системы 10-МАС-1 с ЭМОС и без нее на рис. 155, б.

Рассмотрим энергетические соотношения при использовании ЭМОС для расширения частотного диапазона громкоговорителя и снижения его нелинейных искажений. Любая обратная связь не изменяет физической сущности системы, а лишь автоматически форсирует уровни ее внутренних сигналов. Поэтому ниже частоты механического резонанса, где КПД громкоговорителя быстро уменьшается, резко растет потребление энергии от усилителя. Снижение, например, нижней граничной частоты громкоговорителя с добротностью головки Q= 1,1 на октаву приводит к необходимости увеличения мощности усилителя и соответственно прочности головки в 16 раз. Однако, учитывая статистический спад амплитуд входных сигналов, а также возможность плавного (до 6 дБ/октаву) завала частотной характеристики у скорректированного при помощи ЭМОС громкоговорителя (головка с Q = = 1,1 без ЭМОС имеет завал характеристики ниже частоты механического резонанса с крутизной 12 дБ/октаву) запас по мощности можно уменьшить вдвое. Отмеченный недостаток систем с ЭМОС не является решающим, так как конструирование реальных высококачественных систем всегда связано с уменьшением их КПД, т. е. с энергетическими потерями.

 

.