Искажения при работе громкоговорителей

Громкоговоритель является оконечным устройством в системах звукового и телевизионного вещания. Частотные и нелинейные искажения, вносимые им, значительно влияют на качество звучания.

Причины частотных искажений разнообразны, по их величине можно судить по частотной характеристике громкоговорителя — зависимости от частоты звукового давления, развиваемого громкоговорителем в точке свободного поля, при постоянном напряжении на его зажимах. Частотные характеристики даже однотипных громкоговорителей отличаются друг от друга. В то же время закон изменения по частотному диапазону во всех электродинамических громкоговорителях одинаков: резкое уменьшение звукового давления на частотах ниже частоты основного резонанса, большая неравномерность частотной характеристики на низких и средних частотах (примерно до частоты 7000 Гц), уменьшение звукового давления на высоких частотах. Проанализируем основные причины частотных искажений, вносимых электродинамическими громкоговорителями.

Причиной уменьшения звукового давления, созда­ваемого ромкоговорителем, на частотах ниже часто­ты основного резонанса, является уменьшение коле­бательной скорости подвижной системы и сопротив­ления излучения. Нижняя рабочая частота f громко­говорителя выбирается примерно равной частоте ос­новного резонанса f_0. Для расширения рабочего диа­пазона (диапазона частот, ограниченного заданной не­равномерностью частотной характеристики громкого­ворителя) в сторону низких частот необходимо умень­шать f₀ громкоговорителя.

Уменьшить частоту основного резонанса можно за счет увеличения массы и гибкости подвижной систе­мы. В то же время увеличение массы приводит к сни­жению чувствительности громкоговорителя, а увели­чение гибкости громкоговорителя — к увеличению не­линейных искажений из-за ухудшения фиксации зву­ковой катушки в воздушном зазоре. При проектиро­вании громкоговорителей уменьшения f₀ добиваются путем компромиссного решения: несколько увеличивают массу головок, излучающих низкие частоты, и увеличивают гибкость подвижной системы.

Гибкость подвижной системы определяется гибкостью гофрированного подвеса, который в высококаче­ственных головках динамических выполняют из ла­текса или винилискожи. Применение этих материа­лов позволяет снизить частоту основного резонанса до 80...40 Гц. Для большинства головок динамических, гофрированные подвесы которых выполнены из

бумажной массы, не удается снизить частоту основного резонанса ниже 60...70 Гц. Следовательно, нижняя гра­ница рабочего диапазона частот громкоговорителя не получается ниже 50...60 Гц.

Причиной неравномерности частотной характери­стики громкоговорителя на низких частотах является дифракция звуковых волн при работе головки без эк­рана. На низких частотах длина излучаемой волны значительно больше размеров диффузора. В результа­те огибания взаимодействуют звуковые волны от пе­редней и задней стенок диффузора. Если эти звуко­вые волны оказываются в противофазе, то звуковое давление, создаваемое громкоговорителем, в окружа­ющем пространстве оказывается меньше. Это явление в литературе получило название короткое акустичес­кое замыкание.

В области средних и высоких частот причиной не­равномерности частотной характеристики является ин­терференция звуковых волн на поверхности диффузо­ра. Диффузор в области низких частот колеблется как единое целое, так как длина волны значительно пре­вышает его длину и фазовый сдвиг между колебания­ми различных участков поверхности диффузора прак­тически равен нулю. С ростом частоты длина волны становится меньше длины диффузора, диффузор пе­рестает колебаться как единое целое, колебания его различных участков имеют различную фазу. Так как распространяющиеся вдоль диффузора поперечные ко­лебания отражаются от гофрированного подвеса, то ин­терференция прямой и отраженной волны приводит к образованию стоячих волн.

На поверхности диффузора образуются узловые зоны, по обе стороны которых колебания участков по­верхности совершаются в противофазе. В результате создаваемое громкоговорителем звуковое давление начинает изменяться, на частотной характеристике отражается появлением пиков и провалов. Чтобы уменьшить влияние стоячих волн, для воспроизведения высоких частот необходимо применять головки динамические меньших размеров с более жестким диффузором.

Верхняя граничная частота рабочего диапазона громкоговорителя ограничена спадом частотной характеристики из-за уменьшения колебательной скорости подвижной системы.