7. ЗВУКОВЫЕ КОЛОНКИ. РАДИАЛЬНЫЕ И РУПОРНЫЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ

Звуковая колонка — это групповой излучатель, состоящий из нескольких (однотипных электродинамических головок, расположенных в линию друг под другом. Звуковая колонка относится к направленным излучателям. В горизонтальной плоскости характеристика направленности определяется направленностью одного громкоговорителя, в вертикальной плоскости она тем уже, чем больше размеры головки по высоте. Звуковые колонки имеют более широкую полосу, чем громкоговорители, входящие в ее состав, по следующим причинам: на низких частотах, когда расстояние между головками значительно меньше длины волны, за счет взаимного влияния соседних головок увеличивается сопротивление излучения каждой головки, что эквивалентно увеличению излучаемой мощности и, следовательно, расширению воспроизводимой полосы в сторону низких частот; из-за разброса по частотным характеристикам отдельных головок происходит усреднение

 

частотной характеристики звуковой колонки на высоких частотах, что способствует уменьшению неравномерности частотной характеристики.

Звуковые колонки широко применяют в системах озвучивания и звукоусиления. В табл. 27 приведены основные параметры звуковых колонок.

Радиальный громкоговоритель — это также групповой, излучатель, содержащий несколько однотипных электродинамических головок, расположенных по окружности. В горизонтальной плоскости радиальный громкоговоритель является ненаправленным, в вертикальной плоскости его характеристика направленности имеет грушевидную форму. Основные параметры радиальных громкоговорителей приведены в табл. 28. Радиальный громкоговоритель применяется в системах озвучения и звукоусиления.

Громкоговоритель, у которого излучение акустической энергии во внешнюю среду происходит через рупор, называют рупорным. Рупор представляет собой трубу с переменным сечением. Наибольшее распространение получили рупоры, сечение которых возрастает по экспоненциальному закону:

S = S₀e^βx,                                                                    .         (10.17)

где S₀ — площадь входного отверстия рупора; β = - показатель расширения рупора, определяющий относительное возрастание сечения рупора на единицу его длины; х—расстояние от входа рупора (рис. 157, а).

 

 

Нагрузкой излучателя, расположенного в сечении S₀ бесконечного рупора, является входное сопротивление рупора

,                  (10.18)

где - критическая частота рупора.

Из формулы (10.18)-следует, что при ω < ω_кр активная составляющая рупора (R_p) равна нулю. На этих частотах рупор энергию в окружающую среду не излучает. При ω > ω_кр активная составляющая z_р быстро растет и на частотах ω ≥ 2 ω_кр достигает максимума ρ₀cS₀. На этих же частотах реактивной составляющей (х_р) можно пренебречь ввиду ее малости. Рупор достаточно эффективно нагружает излучатель на частотах, где R_р≥ х_р, т. е. при . Таким образом, для уменьшения нижней граничной частоты необходимо применять рупоры с малыми β. Фазовая скорость распространения волны в рупоре

При ω > ω_кр скорость распространения волны быстро приближается к скорости звука в неограниченном пространстве. При ω = ω_кр фазовая скорость равна бесконечности. Это означает, что все частицы среды в рупоре колеблются синфазно и переноса энергии не происходит.

Для рупора конечных размеров справедливо соотношение

где l — длина рупора; S_l — площадь его выходного отверстия (раскрыва).

Рупорный громкоговоритель является направленным излучателем. Коэффициент концентрации рупоров зависит от частоты и на средних частотах равен 30—50. Для повышения направленности необходимо увеличивать площадь раскрыва рупора. Если выполняется условие 2πc/ω_крd_l = 3...3.5, nо коэффициент концентрации Ω = 25 и не зависит от частоты в широком диапазоне частот.

КПД рупорных громкоговорителей достаточно высок (10—15% против 1% у громкоговорителей прямого излучения) по следующим причинам. Входное сопротивление рупора на частотах ω ≥ 2 ω_кр является чисто активным, и это обусловливает эффективную, работу излучателя, нагруженного на рупор. Напомним, что у громкоговорителя прямого излучения нагрузкой является полное сопротивление излучения, реактивная компонента которого достаточно велика. Таким образом, излучатель отдает в рупор большую мощность, чем в случае излучения в неограниченную среду. Кроме того, вследствие согласованности сопротивлений рупора и окружающей среды (это достигается за счет экспоненциального закона расширения рупора) улучшаются условия излучения из раскрыва рупора.

Рупорные громкоговорители бывают двух типов: узкогорлые и широкогорлые. В узкогорлых рупорах в качестве излучателей используют электродинамические головки, колеблющаяся поверхность (диафрагма) которых имеет сферическую форму. Это повышает ее жесткость; с этой же целью диафрагмы часто выполняются из дюралюминиевой фольги. В узкогорлых рупорных громкоговорителях диафрагма связана с рупором через предрупорную камеру (рис. 157, б), выполняющую на низких частотах функцию акустического трансформатора. Вследствие этого входное сопротивление рупора, приведенное к диафрагме, увеличивается в (S_дl/S₀)² раз. На высоких частотах предрупорная камера перестает выполнять функции трансформатора