6.6. РУПОРНЫЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ

Рупорные громкоговрители имеют два конструктивных варианта: узкогорлые и широкогорлые. Площадь входного отверстия рупора в узкогорлых громкоговорителях в несколько раз меньше площади поршневой диафрагмы, в широкогорлых — они или одинаковы или близки друг к другу.

В узкогорлых рупорных громкоговорителях, схематическое соединение головки которого с рупором дано рис. 6.15а, применен понижающий акустический трансформатор для согласования входного сопротивления рупора с механическим сопротивлением диафрагмы. В качестве такого трансформатора (см. табл. 4.3, рис. г) использована предрупорная камера 1 с коэффициентом трансформации, равным отношению площадей диафрагмы и входного отверстия рупора т. е. Вследствие этого входное сопротивление экспоненциального рупора, приведенное к диафрагме, будет увеличено в раз и составит

Определим условия получения равномерной частотной характеристики рупорного громкоговорителя. Входное сопротивление экспоненциального рупора практически не зависит от частоты для частот выше удвоенной критической.

Рис. 6.15. К построению частотной характеристики рупорного громкоговорителя: а) соединение головки громкоговорителя с рупором (1 — предрупорная камера, 2 — диафротма громкоговорителя, 3 — входное отверстие рупора); б) аналоговая схема механоакустической системы; в) частотная характеристика чувствительности

Коэффициент электромеханической связи постоянная величина. Электрическая характеристика громкоговорителя слабо зависит от частоты, как и у диффузорного громкоговорителя. Акустическая чувствительность (6.12)

где звуковое давление, измеренное в удаленной зоне и пересчитанное на расстоянии от громкоговорителя; скорость колебаний в горле рупора.

Из этого выражения следует, что чувствительность зависит от частоты только через коэффициент концентрации, изменяющийся в небольших пределах, так как для больших излучающих поверхностей (см. рис. 6.2а). Чтобы чувствительность электродинамического рупорного громкоговорителя [см. ф-лу (6.8)] практически не зависела от частоты, необходимо, чтобы и

механическая чувствительность также не зависела от частоты.

Механическая колебательная система — диафрагма — представляет собой простую колебательную систему с массой (масса подвижной системы), гибкостью подвеса и активным сопротивлением потерь из-за трения звуковой катушки о воздух в зазоре (рис. 6.156). Гибкость объема воздуха в предрупорной камере соединена последовательно с гибкостью воротника диафрагмы так как объем воздуха в предрупорной камере повышает упругость механической системы (см. табл. 4.2, рис. а). Из-за сжимаемости воздуха предрупорная камера шунтирует входное сопротивление рупора. В связи с этим в аналоговой схеме они соединены параллельно через акустический трансформатор (рис. 6.156). Входное сопротивление рупора можно считать активным. При такой схеме коэффициент передачи от входа механической системы до рупора почти не зависит от частоты в пределах диапазона: от частоты механического резонанса подвижной системы до частоты последовательного резонанса между массой подвижной системы и гибкостью предрупорной камеры (см. [1], с. 207—209) Частотная характеристика для такой схемы приведена на рис. 6.15в. Удается получить достаточную равномерность характеристики в диапазоне 200—4000 Гц.

Одной из причин ограничения частотного диапазона рупорного громкоговорителя является компенсация звуковых давлений в предрупорной камере вследствие того, что на частотах, длина волны которых близка к диаметру предрупорной камеры, наблюдается уменьшение звукового давления в горле рупора. Объясняется это тем, что звуковые волны, исходящие от периферии диафрагмы и от ее центральной части на частотах где близка к радиусу диафрагмы, оказываются в противофазе (разность хода получается равной 0,5). Для устранения этого явления применяют, например, противоинтерференционные вкладыши (рис. 6.16а и б), радиальные каналы (рис. 6.16в) и т. п. В этом случае разность хода звуковых волн уменьшается вдвое. При диаметре диафрагмы, равном 8,5 см, предельная частота будет не ниже 5000—6000 Гц. Так как такая ширина частотного диапазона вполне пригодна для

передачи речи и третьего класса качества художественных, программ, то этот тип громкоговорителей используют преимущественно для этих и других второстепенных передач.

Рис. 6.16. Способы устранения интерференции етредрупорной каналы; а) и б) (Противоинтерфершциодоше вкладыши; в) радиальные каналы: канал, В — противоинтерференциошшй вкладыш, К — предрупорная камера, диаграмма, перегородка, 3 — звукопоглощающий материал

В широкогорлых рупорных громкоговорителях в качестве головок используют диффузорные громкоговорители. Как правило, их применяют без предрупорной камеры, так как входное сопротивление рупора достаточно велико и мало отличается от механического сопротивления подвижной системы, что не требует согласующего трансформатора. Широкогорлый рупор получается коротким, даже при небольших показателях расширения, т. е. для низкой критической частоты, так как входное отверстие рупора достаточно велико. Громкоговорители с таким рупором передают более широкий частотный диапазон, чем узкогорлые. Он получается не уже 100—6000 Гц при той же неравномерности (~15 дБ). Кроме того, широкогорлые рупоры не вносят больших нелинейных искажений в передачу, так как коэффициент расхождения волны у них невелик. Широкогорлые громкоговорители электродинамического типа в СССР выпускают мощностью от 25 до 100 Вт.

У рупорных громкоговорителей получается КПД выше, чем у диффузорных, вследствие более лучшего согласования механического и акустического

сопротивлений. Так, например, рупорный громкоговоритель развивает номинальное звуковое давление в пересчете на равное 48 Па, при номинальной электрической мощности в Подставляя эти данные в (6.76) и учитывая, что коэффициент осевой концентрации Q равен 25, получаем

При более высоком коэффициенте электромеханической связи можно получить КПД до 5—7%, например путем увеличения индукции в зазоре в 1,5 раза. Уменьшая массу подвижной системы, можно повысить КПД до 20%. Коэффициент нелинейных искажений в узкогорлых рупорных громкоговорителях в общей сложности получается не меньше, чем у диффузорных, так как искажения уменьшаются в механической системе и увеличиваются в рупоре. В широкогорлых рупорах они значительно меньше.

Коэффициент осевой концентрации рупорных громкоговорителей находится в пределах 25—50 и может быть повышен до 100 с помощью увеличения размеров устья рупора.