Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы
Шрифт:
Второе. В табл. 8 указана номинальная мощность — тот «потолок», выше которого начинается область сильных нелинейных искажений. Ясно, что этот «потолок» должен соответствовать самым громким звукам. Но статистика показывает, что самые громкие звуки бывают не так уж часто, и поэтому средняя мощность, которая подводится к громкоговорителю, а значит, и средняя мощность звуковых волн оказываются обычно в 5—10 раз меньше номинальной. Иногда особенно экономные конструкторы, учитывая, что пиковая (максимальная) звуковая мощность — явление редкое, допускают некоторую перегрузку громкоговорителя. Пример: к громкоговорителю с номинальной мощностью 1 вт подводят сигнал с пиковой мощностью 1,5 вт,
Третье. В ряде случаев для снижения Кн.и применяются громкоговорители с запасом мощности. Пример: к пятиваттному громкоговорителю подводят 3 вт. Уменьшения звуковой мощности при этом не происходит: электрический сигнал мощностью 3 вт с помощью пятиваттного громкоговорителя создает такую же звуковую мощность, как и с помощью трехваттного.
К этим замечаниям нужно было бы добавить еще одно: о влиянии на мощность громкоговорителя его внешнего оформления. Однако вопрос этот настолько важен, что для его освещения не стоит ограничиваться коротким замечанием — здесь есть о чем рассказать подробно.
Радиолюбители могут создать свой вариант знаменитой андерсеновской сказки о голом короле. Главным героем этой сказки будет электродинамический громкоговоритель — Его Величество Динамик Первый. Это действительно король-динамик — с роскошной королевской частотной характеристикой (без завалов), с «заграничным» резонансом (резонансная частота составляет 10 гц, то есть выходит за границу слышимого звука) и, конечно, с аристократической степенностью (хорошее демпфирование).
Включили радиолюбители громкоговоритель, слушают, как поет Его Величество, слушают и громко восхищаются:
«Ах, какой тембр!»
«Ах, какие басы!»
«Ах, как плачут скрипки!..»
А каждый, между прочим, про себя думает, что никаких басов, никакого особого тембра не слышно, что звучит король-динамик очень плохо.
Думают так радиолюбители, а сказать об этом стесняются — скажешь, а тебя же засмеют, и выйдет, что ты ничего в динамиках не понимаешь…
И вдруг, почти так же, как и у Андерсена, к радиолюбительской компании подходит мальчик ясельного возраста и говорит такие слова: «Плохо у вас, дяденьки, радио играет, а все потому, что без коробочки». Тут все замечают, что громкоговоритель в спешке действительно забыли вставить в ящик. Вспоминают, что «без одежды» ни один динамик, даже Его Величество Король, не будет хорошо звучать, не сможет показать всех своих достоинств.
Мы с вами не будем следить за дальнейшим развитием событий в сказке «Голый Динамик», а лучше выясним, каким образом и в какой степени внешнее оформление, в том числе и ящик, влияет на качество звучания [5].
Начнем с того, что громкоговоритель может сам ослаблять свое же собственное излучение. В тот момент, когда диффузор сжимает перед собой воздух, двигаясь вперед, сзади диффузора создается разрежение. И наоборот, в момент отступления разрежение создается впереди диффузора, а сжатие — позади. Иными словами, диффузор одновременно излучает две звуковые волны, причем сдвинутые по фазе на 180° (рис. 3, в). Если обе эти волны с тем же сдвигом фаз попадут к нашему уху, то мы вообще ничего не услышим — противофазные волны просто скомпенсируют друг
Рис. 28 Акустический экран удлиняет путь обратной звуковой волны (пунктир), создает дополнительный сдвиг фаз и превращает противофазную обратную волну в синфазную.
В реальном случае полного «взаимного пожирания» звуковых волн не происходит хотя бы потому, что в направлении вперед громкоговоритель излучает более сильную волну. А вот резкое ослабление звука из-за противофазного излучения мы наблюдаем на средних и особенно на низших звуковых частотах.
Рисунок поясняет, почему это неприятное явление в основном затрагивает область низших звуковых частот. Вы видите, что волна, возникающая сзади диффузора, приходит к слушателю более длинным путем (пунктирные линии), то есть с некоторым опозданием. На высших звуковых частотах, когда период мал, из-за этого опоздания появляется дополнительный сдвиг фаз, и практически получается, что враги становятся друзьями: обе, в прошлом противофазные, волны действуют согласованно, в фазе. На средних и особенно на низших частотах опоздание составляет лишь небольшую часть периода, и заметного дополнительного сдвига фаз не получается. Таким образом, из-за противофазного излучения падает звуковая мощность (по статистике она в основном приходится на средние частоты) и появляется сильный завал частотной характеристики в области низших частот.
Способ устранения этих недостатков напрашивается сам собой: нужно просто искусственно увеличить опоздание задней волны. Сделать это проще всего с помощью акустического экрана, который радиолюбители иногда неправильно называют отражательной доской. Размеры и форма экрана подбираются так, чтобы создать необходимое опоздание, необходимый дополнительный сдвиг фаз передней и задней волн на всех частотах. Лучшие результаты дает акустический экран с несимметричным расположением громкоговорителя.
Материалом для экрана может служить толстая (5—10 мм) фанера или доска; снаружи его закрывают декоративной тканью. Размеры экрана выбирают по графику рис. 29, 1, а с учетом нижней граничной частоты. Не имеет смысла рассчитывать акустический экран, так же как и другие «одежды», на те частоты, которые громкоговоритель не в состоянии воспроизвести.
Некоторые преимущества дает установка треугольного экрана в верхнем углу комнаты (рис. 29, 1, г). В этом случае сами стены в какой-то степени увеличивают действующую поверхность экрана и улучшают воспроизведение низших частот. И все же акустический экран «в чистом виде» применяют сравнительно редко.
Наиболее привычное внешнее оформление громкоговорителя — ящик — можно рассматривать как складной экран: он также создает нужное опоздание задней волны (рис. 28). Ящик — это довольно сложная акустическая система, чем-то напоминающая резонаторы музыкальных инструментов. От размеров, формы и материала ящика во многом зависит качество звучания.
Так, например, ящик с открытой задней стенкой можно приравнять к обычному акустическому экрану (рис. 29, 1, б, в). Ящик с закрытой задней стенкой уже по-другому влияет на частотную характеристику. Воздух в замкнутом объеме меняет упругость подвижной системы громкоговорителя и повышает ее резонансную частоту.