Интернет магазин китайских планшетных компьютеров

Компьютеры - Громкоговоритель - Динамическая головка

Устройство

Устройство динамического громкоговорителя

Головка электродинамической системы является электроакустическим преобразователем электрического сигнала в продольные колебания воздуха, воспринимаемые как звук. ГД обычно устроена следующим образом: имеется постоянный магнит цилиндрической формы, вокруг которого располагается гильза с катушкой из тонкой лакированной медной проволоки, гильза жёстко закреплена одним концом с бумажным, металлическим, полимерным диффузором, либо с диффузором из кевларовых нитей. Выводы с катушки могут быть закреплены непосредственно на диффузоре, как видно на рисунке вверху. Диффузор обычно имеет коническую форму, но может быть и овальным, и близким к прямоугольной форме. Соответственно, если диффузор, например, овальный, рама имеет также овальную форму.

Связка «диффузор—катушка» может перемещаться относительно магнита в небольших пределах, при этом катушка перемещается внутри цилиндрического магнита, не касаясь его, а диффузор несколько изменяет свою форму и сильнее — положение относительно рамы. Вся эта конструкция закреплена в специальной металлической либо пластиковой раме, именуемой диффузородержателем. В конструкции более простых и дешёвых громкоговорителей, а также небольших средне- и высокочастотных громкоговорителей и громкоговорителей в наушниках может применяться непосредственное крепление диффузора к раме, при этом по краям диффузора, около кромки рамы, часто организуется характерная рельефная полоса. Она служит для увеличения гибкости и подвижности головки относительно рамы.

В более дорогих и качественных среднечастотных и в большинстве низкочастотных громкоговорителях применяется подвес, изготавливаемый обычно из плотной резины. Подвес представляет собой резиновое кольцо между рамой и диффузором. Он имеет колею по всей длине окружности, это увеличивает его гибкость и уменьшает износ. Края диффузора закреплены на внутреннем крае кольца подвеса, а внешний край подвеса прикреплён к раме. Такая конструкция обеспечивает большой ход головки при воспроизведении сильных импульсных колебаний и при воспроизведении низких частот. Можно заметить невооружённым глазом, как диффузор низкочастотного динамика дрожит в такт басам при воспроизведении музыки. Ход диффузора и головки может, в случае большой громкости и подходящей конструкции динамика, достигать нескольких сантиметров и более, однако при превышении эксплуатационных параметров напряжения, подаваемого на динамик, возможно разрушение динамической системы. Помимо этого, возможно перегорание катушки из тонкой проволоки вследствие чрезмерно высокого протекающего по ней тока.

Следует отметить, что регулярное прослушивание музыки на максимальных уровнях громкости отрицательно влияет на здоровье, вызывая психические и нервные расстройства и уменьшение чувствительности слуха.

Диффузор сравнительно жёсткий и сохраняет постоянную форму, однако обращаться с ним следует бережно, не прилагать значительных усилий, так как бумага — не слишком прочный материал и может порваться, а полимер — смяться или оторваться. В случае повреждения диффузора громкоговоритель обычно сохраняет работоспособность, однако прослушивание, например, музыки на нём не доставит удовольствия — из-за порывов на диффузоре возникают сильные искажения, дребезги и хрипы, нарушаются многие параметры громкоговорителя.

В случае, если головка проектируется как широкополосная, или по крайней мере излучающая расширенный диапазон частот, в центре диффузора часто размещается бумажный, полимерный или металлический купол. Дело в том, что если при воспроизведении низших расчётных для данного динамика частот колеблется вся поверхность диффузора, то при излучении высших частот данного динамика — только центральная часть, область около катушки. Поэтому купол служит для улучшенного воспроизведения высоких частот.

Мощность динамических головок, как правило, выражается в ваттах — пиковая шумовая выходная мощность, RMS — номинальная шумовая мощность, номинальная электрическая мощность). КПД динамиков как правило не превышает 1—3 %. PMPO обычно составляет сотни ватт, а выходная мощность — ватты, реже десятки ватт, очень редко более ста.

Принцип работы

При подаче электрического сигнала звуковой частоты, катушка производит вынужденные колебания в поле постоянного магнита под действием силы Ампера, увлекая диффузор и через неё создавая волны разрежения и сжатия в воздухе. Связка «диффузор-катушка» колеблется с такой же частотой, как и частота подаваемого тока. При малой толщине магнитопроводов, образующих зазор, действительно работает только малая часть катушки, приблизительно равная толщине магнитопроводов зазора. Выходящие за пределы зазора части катушки почти не работают, у таких динамиков очень низкий коэффициент полезного действия. Силу, действующую на катушку можно вычислить, применив закон Ампера

,

где B — индукция магнитного поля в зазоре, I — ток через катушку, l — часть длины провода катушки, находящаяся в зазоре магнитопроводов.

,

где n — число витков катушки, находящихся в зазоре, d₁ — диаметр катушки.

,

где h — толщина магнитопроводов, образующих зазор, d₂ — диаметр провода катушки.

Для повышения коэффициента полезного действия динамика необходимо увеличивать толщину магнитопроводов, образующих зазор, при этом пропорционально увеличению зазора уменьшается магнитная индукция в зазоре B, но увеличивается относительная рабочая часть катушки, то есть относительная рабочая часть длины провода катушки l до некоторой величины, после которой относительная рабочая часть длины провода катушки начинает уменьшаться. При изменении амплитуды электрического сигнала звуковой частоты также изменяется положение диффузора. Так как электрический сигнал звуковой частоты, подаваемый на катушку, имеет частоту в пределах слышимости человеческого уха, то и диффузор колеблется относительно постоянного магнита с такой же частотой.

Здесь следует сделать замечание, что реальная частота колебаний диффузора большинства ГД и прилегающих слоёв воздуха лежит в пределах примерно 300—12 000 Гц, причём чем меньше, хуже и проще громкоговоритель, тем уже этот частотный диапазон и тем менее линейна его амплитудно-частотная характеристика. На частотах за пределами этого диапазона излучаемая мощность незначительна. Для воспроизведения наиболее низких частот небольшие по размерам ГД вовсе непригодны.

Колеблющийся диффузор создаёт в воздухе звуковые волны, воспринимаемые ухом человека. Таким образом, с помощью ГД электрический сигнал звукового диапазона частот с усилителя преобразуется в звук.

Следует повториться, что при воспроизведении наиболее низких частот из частотного диапазона, воспроизводимого динамиком, работает вся поверхность диффузора, а при воспроизведении высших частот из частотного диапазона — только центральная его часть, что располагается над катушкой. Поэтому в широкополосных динамиках часто в центре устраивается металлическая, полимерная или бумажная накладка — купол в целях улучшения воспроизведения высоких частот.

Применения

Описанная классическая конструкция является базовой и может применяться в недорогой технике, там, где не требуется высокое качество звука. Для высококачественного воспроизведения проектируются более сложные и совершенные громкоговорители.

Для создания более качественной аудиосистемы одну или несколько динамических головок помещают в корпус в виде коробки из дерева, либо пластика или металла таким образом, чтобы изолировать лицевую и тыльную поверхности диффузора друг от друга и исключить «перетекание» воздуха вокруг кромки рамы громкоговорителя. Полученное изделие называется акустическая система. Если в акустической системе присутствует встроенный усилитель, такая акустическая система называется активной, в противном случае — пассивной. Создание акустических систем, имеющих максимально чистое, естественное и натуральное звучание — весьма трудоёмкая и сложная задача, так как на конечный результат влияет множество факторов.

Устройство электродинамической головки благодаря свойству обратимости идентично по принципу действия устройству динамического микрофона, и, таким образом, эти устройства могут быть взаимозаменяемыми. Например, во многих конструкциях переговорных устройств, домофонов, и даже в подслушивающих устройствах, некогда монтировавшихся спецслужбами в приёмники проводного радиовещания, в качестве приёмника звука — микрофона могли использоваться динамические головки.

Технические характеристики динамической головки

При определении мощностных параметров головки следует учитывать, что в СССР в разное время они выражались по разному — до 1985 года по ГОСТ 9010, позднее по ОСТ 4.383.001, требования которого ближе к международным нормам.

Основными техническими характеристиками динамической головки являются следующие.

• Тип динамической головки — полно-диапазонная, низкочастотная, среднечастотная, высокочастотная.
• Номинальный диаметр — как правило, внешний диаметр диффузородержателя. Реже — диаметр подвеса диффузора либо расстояние между противоположными крепёжными отверстиями. Для компрессионных драйверов — диаметр горла рупора.
• Мощность — номинальная, программная, либо пиковая подводимая мощность, которую выдерживает головка до своего разрушения. Головка может быть разрушена и гораздо меньшей мощностью, если динамик нагружается сверх своих механических возможностей на очень низких частотах, также разрушение может быть вызвано перегрузкой усилителя мощности.
• Импеданс — как правило, динамические головки имеют импеданс 2, 4, 8 или 16 Ом.
• Частотная характеристика — измеренная, либо заявленная выходная характеристика на заданном диапазоне частот при входном сигнале постоянной амплитуды на всём заданном диапазоне. Как правило, указывается предел отклонений характеристики, например, «± 3 дБ».
• Параметры Тиля — Смолла — набор электроакустических параметров, характеризующих головку как колебательную систему.
• Чувствительность — уровень звукового давления, производимый динамической головкой при подаче сигнала мощностью 1 Вт, измеренное на расстоянии 1 м от головки.
• Максимальный уровень звукового давления — максимальное давление, которое может развить головка без своего повреждения либо без превышения заданного уровня искажений. Зависит во многом от чувствительности головки и её мощности. Данный параметр приводится, как правило, как измеренный на произвольном диапазоне частот и типе сигнала.