Для того, щоб уникнути акустичного «короткого замикання», можна використовувати акустичне оформлення з лабіринтом. Один з варіантів конструкції цього виду оформлення фірми Akai (Японія) приведений на рис. 16.1. Акустична система складається з корпусу, на передній стороні якого укріплена головка 1.

Рис. 16.1 - Лабіринт фірми Akai в розрізі

Задня сторона дифузора головки працює на утворений поряд перегородок 2 зигзагоподібний звукопровід — лабіринт. Другий кінець лабіринту закінчується вихідним відкинемо 3 на одній із стінок корпусу. Поперечний перетин лабіринту — зазвичай прямокутне або кругле, площа якого рівна ефективної площі дифузора головки S_эфф. Випрямлена частина лабіринту повинна бути рівна 1/2λ, на нижній граничній Частоті відтворного діапазону частот. Завдяки цьому випромінювання з вихідного отвору лабіринту співпадатиме по фазі з випромінюванням передньою стороною дифузора головки. Так, якщо нижня гранична частота відтворного діапазону 30 Гц (довжини хвилі 11,4 м), то випрямлена довжина труби лабіринту повинна бути 5,7 м. Звичайно, якщо лабіринт матиме великі колін, конструктивна глибина корпусу АС буде відповідно менший. Для зменшення впливу на частотну характеристику системи приватних (вищих), резонансів труби її стіни бажано покривати звукопоглинальним матеріалом, наприклад, слабо набитими і простьобаними ватяними матами. Проте конструкції АС з лабіринтом проте досить громіздкі, унаслідок чого рідко застосовуються, не дивлячись на те, що від них можливо отримати добрі результати.

На рис. 16.2 показаний розріз іншої конструкції з лабіринтом. Тут над головкою 3 укріплений розсіювач 1 для випромінювання звуку в горизонтальній площині. Звук випромінюється через отвори 2 і 4. Електродинамічна головка може бути навантажена на рупор. Відомо дві модифікації пристрою рупорних головок. У першій з них, так званій широкогорлій, горло рупора безпосередньо примикає до дифузора головки. За рахунок того, що гирло має діаметр більше діаметру дифузора головки, спрямованість такого рупора гостріша за спрямованість головки. Тому звукова енергія концентрується на осі рупора і звуковий тиск тут зростає.

Рис. 16.2 Зовнішній вигляд (а) і розмір (б) радіального компактного лабіринту

У другій модифікації (вузькогорловій) рупор зчленовується з діафрагмою (дифузором) головки через передрупорну камеру, що грає роль, аналогічну ролі електричного трансформатора, що погоджує. Тут узгоджуються механічні опори рухомої системи головки і горла рупора, що збільшує навантаження на діафрагму і як би підвищує її опір випромінювання, завдяки чому сильно підвищується коефіцієнт корисної дії. Таким чином, це дає можливість отримати великий звуковий тиск.

Є багато різних типів рупорів, але практично найчастіше застосовують в побутовій апаратурі експоненціальний рупор, перетин якого змінюється згідно із законом:

.                                                   (16.1)

де S₀ - площа вхідного отвору рупора, β - показник експоненти.

На рис. 16.3 приведені різні профілі рупорів.

Як можна вивести з виразу (16.1), поперечний перетин такого рупора збільшується на однакове процентне значення через кожну одиницю його осьової довжини. Значення цього процентного приросту визначає нижню граничну частоту рупора. На рис. 16.4 представлена залежність процентного приросту поперечного перетину на 1 см осьової довжини від нижньої граничної частоти. Так, наприклад, щоб забезпечити відтворення рупором нижньої граничної частоти 60 Гц, площа поперечного перетину повинна збільшуватися на 2% через кожен 1 см його осьової довжини. Цю залежність можна представити і у вигляді наступного виразу:

.

де k — приріст площі поперечного перетину %

Для низьких частот (до 500 Гц) цей вираз спрощується і приймає вигляд .

Якщо рупор робиться квадратного або круглого перетину, то сторона квадрата або діаметр круга повинні збільшуватися на кожен 1 см довжини рупора на  до відсотків. Якщо ж його роблять прямокутного перетину з постійною висотою, то ширина перетину рупора повинна збільшуватися на до відсотків на кожен 1 см його довжини.

Рис. 16.3 - Профілів вживаних рупорів:

1 - конічний; 2 – експоненціальний ; 3 – гіпер експоненціальний

Проте витримати необхідне процентне збільшення перетину ще недостатньо для хорошого відтворення низьких частот. Потрібно мати достатню площу його вихідного отвору – гирла. Його діаметр (або діаметр рівновеликого круга) повинен бути:

.

Рис. 16.4 - Залежність процентного приросту площі поперечного

перетину рупора на 1 см його осьової довжини від нижньої граничної частоти

Так, для нижньої граничної частоти 60 Гц діаметр гирла складе близько 1,8 м. Для нижчих граничних частот розміри гирла будуть ще більші. Крім того, рупорна головка, добре відтворюючи нижчі частоти (вище ), недостатньо добре відтворює широкий частотний діапазон. Враховуючи це, доцільно мати дві рупорні головки: одну для відтворення низьких, а іншу - для високих частот. На рисунку 16.5 представлений зовнішній вигляд і перетин такий АС з двома рупорними головками і фазоінвертором для відтворення частот нижче  за рупор.

Рис. 16.5 - Зовнішній вигляд (а) і розріз (б) акустичної системи

з двома рупорними головками і фазоінвертором

Застосування низькочастотних рупорних оформлень в житлових приміщеннях обмежене розмірами приміщення. Проте, якщо така можливість є, розрахунок рупора слід починати, задавшись площею гирла по обраній нижній граничній частоті, зменшуючи перетин на k відсотків на кожен 1 см осьової довжини до тих пір, поки не досягають площі перетину, рівної площі дифузора головки. При цьому, для того, щоб сполучити головку з широкогорлим рупором, рупор повинен мати перетин тієї ж форми, тобто кругле або еліптичне. Для вузькогорлих рупорів ідентичність форми перетину і діафрагми головки необов'язкова, оскільки горло і діафрагма зчленовуються через передрупорну камеру. Відзначимо, що висота камери повинна бути істотно більше амплітуди коливань рухомої системи головки щоб уникнути виникнення сильних нелінійних спотворень із-за несиметричної деформації об'єму повітря в камері. Проте дуже велика висота передрупорної камери погіршує відтворення високих частот.

Іноді, щоб зменшити габаритні розміри АС, застосовують згорнуті рупори, різні конструкції яких показані на рисунку 16.6.

Рис. 16.6 - Конструкції згорнутих рупорів

Згорнуті рупори розраховують практично так само, як і звичайні. При розрахунку профілю необхідно стежити за тим, щоб в місцях переходу (згину колін) не було різких змін перетинів, що викликають нерегулярності в частотній характеристиці.

Раніше описувався пристрій електростатичної головки і наголошувалося, що такі головки використовують переважно тільки як високочастотні із-за цілого ряду складнощів, що виникають при конструюванні низькочастотних електростатичних головок.

Рис. 16.7 - Зображення широкосмугової електростатичної

акустичної системи ГСШ – 1

Рис. 16.8 - Частотна характеристика ГСШ - 1

Тут описується конструкція і пристрій першої вітчизняної широкосмуговою, головки (системи) ГСШ-1. Пристрій (рис. 16.7) виконаний у вигляді плоскої конструкції і складається з ше- і односекційних низькочастотних панелей (1—3, 7—9) і однієї ехсекціоної — середніх і високих частот, причому секції 4,0 виробляють тільки середні частоти, а секція 5 - середні і високі. Чутливість системи залежить від площі поверхні головки і від площі отворів в електродах. Зазор мембрана - електрод на низькочастотних панелях досягає 2 мм. Для мембрани застосовується алюмінування плівкою з поліетилен-герефталата товщиною 6 мкм. Панелі випромінювачів вмонтовуються на дерев'яну раму, в нижній частині якої встановлюються лементи блоку живлення.

На рис. 16.8 представлена частотна характеристика цієї електростатичної системи. Її основні технічні параметри наступні:

Потужність                                                                      20 Вт

Номінальний електричний опір на частоті 1000 Гц     8 Ом

Номінальний діапазон частот                                                   40 Гц - 30 кГц

Середній стандартний звуковий тиск                            0,25 Па

Нерівномірність частотної характеристики                  8 дБ

Сумарний коефіцієнт гармонік спотворень                  1%

Габаритних розмірів                                                      87×69×60 см³

Принцип використання електромеханічного зворотного зв'язку (ЕМОС) для поліпшення частотних характеристик АС відомий давно. Проте так само, як і до АС ПВ, практичний інтерес до цих систем прокинувся всього кілька років тому (конструкції фірм Philips, Matsushita, Голландія, Японія).

У АС з ЕМОС використовується негативний зворотний зв'язок від коливань рухомої системи головки, прискорення якої пропорційно звуковому тиску системи. При цьому е.д.с, що створюється за рахунок коливань рухомої системи (рис. 16.9), подається на вхід підсилювача в протифази з вхідною напругою. За допомогою ЕМОС можливо вирішити два завдання: розширити відтворний діапазон частот в більш низькочастотну область і зменшити коефіцієнт гармонік в області низьких частот.

На рис. 16.10 приведені типові частотні характеристики АС без ЕМОС (1) і з ЕМОС (2). Як видно, частотна характеристика АС розширюється убік нижчих частот (у даному прикладі з 100 до 32 Гц). Проте введення ЕМОС знижує рівень звукового тиску (у даному прикладі на 10 дб). Тому, щоб отримати колишній рівень звукового тиску, необхідно збільшити потужність крайового підсилювача.

На практиці застосовують комбіновані ЕМОС по коливальній швидкості і коливальному прискоренню, яка може бути отримана двома способами. Перший спосіб простий і не потребує яких-небудь змін в конструкції головки. Сигнал для випромінювання ЕМОС знімається безпосередньо із звукової котушки головки.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Краткий справочник конструктора РЕА / Под ред. Варламова В.А. – М.: Советское радио, 1993. – 855 с.

2. Мейнке X., Гудлах Ф. Радиотехнический справочник. – М.: Госэнергоиздат, 1980. – 416 с.

3. Мамонкин И.Г. Усилительные устройства. – М.: Радио и связь, 1989.

4. Расчет усилительных устройств. Учебное пособие к практическим занятиям / Под ред. Давидова Ю.Т. – М.: МАИ, 1993. – 160 с.

5. Проектирование усилительных устройств / Под ред. Терпугова Н.В. – М.: Высшая школа, 1992. – 249 с.

6. Иоффе В.К. Бытовые акустические системы. – М.: Радио и связь, 1984. – 93 с.

7. Методичні вказівки щодо виконання розрахункового завдання з навчальної дисципліни ”Підсилювачі низької частоти та акустичні системи ”. – Кременчук, 2002. – 28 с.

Навчальний посібник з вивчення навчальної дисципліни “Підсилювачі низької частоти та акустичні системи” для студентів денної форми навчання за напрямом 0910 – “Електронні апарати”

Укладачі доц. В.О. Мосьпан, асист. Д.В. Кухаренко

Відповідальний за випуск зав. кафедри доц. В.О. Мосьпан

Підп. до др._____________. Формат 60х84 1/16. Папір тип. Друк ризографія.

Ум. друк. арк._________. Наклад ______прим. Зам. № _______ . Безкоштовно.

Видавничий відділ КДПУ імені Михайла Остроградського

39614, м. Кременчук, вул. Першотравнева, 20