Продолжим знакомство с принципами работы электроакустических преобразователей. Начнём с вопроса: почему прогрессивное человечество уже три четверти века использует для воспроизведения звука многополосные системы? Ответ прост и очевиден: единичная головка не способна справиться с полным звуковым диапазоном, даже если принять его протяжённость равной не десяти, а девяти октавам — от 40 Гц до 20 кГц. Например, любимые многими аудиофилами широкополосные динамики (у нас в последнее время их называют двухконусными) не справляются с частотами ниже примерно 100 Гц, и выше 16 — 18 кГц, а вблизи верхней границы их характеристика направленности обостряется до такой степени, что численность аудитории ограничивается одним слушателем. То есть две полосы — это минимум, а как только требования по звуковому давлению возрастают, то и полосы акустики множатся.
А вот теперь спросим себя: чем обусловлены ограничения частотного диапазона электроакустического преобразователя? По крайней мере, частичный ответ могут дать многие из вас: снизу диапазон ограничен частотой резонанса головки. Вот с резонанса и начнём. Представьте себе грузик на резинке, как известно из школьного курса физики, частота резонанса такой системы
F = 1/[2π√(M/k)]
где M — масса груза, k — коэффициент упругости резинки. С механической точки зрения динамическая головка — тот же самый груз на резинке, а чтобы показать, что упругость не идеальная, а в ней возникают потери на трение, во всех учебниках обычно рисуют груз, пружину, а параллельно с ней — цилиндр с поршнем, характеристику которого передаёт коэффициент скоростного трения R. Все колебательные системы ведут себя одинаково вне зависимости от физической природы происходящих в них процессов — механических, электрических или каких-либо ещё. Человечество до поры не очень интересовалось механическими колебательными системами, зато теория электрических колебаний была уже основательно разработана, поэтому вполне естественно, что в акустике прибегли к методу электромеханических аналогий. Кстати, существуют две равноправные разновидности электромеханических аналогий, но коль скоро ни одна из них не лучше и не хуже, то в акустике остановились на одной — так называемой аналогии «сила — напряжение». С применением этой аналогии упрощённая электрическая схема динамика как механической колебательной системы будет выглядеть так.
Масса подвижной системы динамика здесь представлена как индуктивность Las. Емкость Cas соответствует величине, обратной упругости подвеса, так называемой податливости. Сопротивлением Ras представлено механическое сопротивление подвеса подвижной системы. Механические параметры пересчитываются в акустические по несложным формулам, приводить которые здесь смысла нет (интересующиеся без труда найдут их в специальной литературе). Затухание в колебательные процессы вносит не только (и даже не столько) механическое сопротивление, сколько омическое сопротивление звуковой катушки Re, которое, будучи пересчитано в схему электрического аналога, выступает в обличье Res. Вот эту формулу пересчёта я всё же приведу:
Res =Bl2/(Re Sd2)
Эта схема позволит теперь просто и «на пальцах» пояснить ряд параметров, которыми мы давно и привычно пользуемся. Частота собственного резонанса Fs — это частота, при которой численно равны реактивные сопротивления, обусловленные индуктивностью и ёмкостью.
Fs = 1/[2π √(Las Cas)]
Добротность в последовательной цепи — это всегда отношение реактивного сопротивления к активному, какого именно из двух реактивных — не важно, поскольку добротность определяется на частоте резонанса. Для катушки, к примеру,
XL = 2π Fs Las
Электрическая добротность
Qms = XL/Ras, Qes = XL/Rae.
Теперь смотрите, два последовательно соединённых резистора на нашей схеме можно заменить одним суммарным
Rat = Ram + Rae
и через него вычислить полную добротность как
Qts = XL/Rat.
Из главных параметров Тиля — Смолла остался без определения лишь один, эквивалентный объём Vas. Он получается из акустического параметра Cas умножением его на плотность воздуха и квадрат скорости звука. Перед тем как сделать паузу до следующего теста, отмечу, что рост силового фактора Bl вызывает и рост Res (см. формулу выше), потому мы всегда отмечаем, что рост размеров магнита влечёт за собой уменьшение полной добротности.
Предыдущая: УГОЛОК ЛИКБЕЗА. Звук
Следующая: УГОЛОК ЛИКБЕЗА. Ящик
