Традиційні динамічні головки мають ряд недоліків серед яких найбільш істотні помітна нерівномірність АЧХ і нелінійні спотворення, що зростають із збільшенням потужності і зниженням частоти звукових сигналів. Ці недоліки обумовлені конструкцією динамічних головок (несиметрична форма дифузора нерівномірне і несиметричне розподіл магнітної індукції в повітряному магнітному зазорі, нелінійність гнучкості підвісу рухомий системи та ін.). а також технологією їх виробництва. Спотворення звукових сигналів особливо відчутні в низькочастотному діапазоні. де для високоякісного відтворення музичних сигналів необхідна потужність значно більше, ніж для відтворення середніх і високих звукових частот.

Роботи з удосконалення конструкцій і технології виробництва динамічних головок ведуться постійно. При цьому розробляють нові форми магнітних систем, звукових котушок. дифузорів. підвісів рухомих систем, застосовують нові матеріали. Якість відтворення АС з сучасними динамічними головками істотно підвищилася і задовольняє більшість споживачів, але конструкція головок залишається несиметричною. Домогтися повної симетрії електромеханічної системи в традиційній конструкції дінаміческоі головки поки не вдається Для зменшення парних гармонік в випромінюванні низькочастотних коливань електродинамічними головками деякі зарубіжні фірми стали встановлювати в колонку чотири однотипні головки, розміщуючи на передній панелі одну пару диффузорами назовні, а іншу пару - дифузорами всередину ящика , як. наприклад, в низькочастотному блоці AC Audio-Pro В4-2000. Установка великого числа однакових головок на лицьовій панелі колонки при розширеній смузі частот створює інтерференцію звукових хвиль і звужує діаграму спрямованості випромінювання.

Оптимальний варіант у вирішенні питання високоякісного відтворення низьких частот і отримання діаграми спрямованості випромінювання без провалів - установка однієї пари здвоєних головок необхідної потужності по типу «дифузор до дифузора». Таке розташування стали застосовувати в випускаються зарубіжними фірмами АС через кілька років після опублікування статті про здвоєних динамічних головках в журналі «Радіо».

Здвоєні динамічні головки використовуються зарубіжними фірмами і радіоаматорами при виготовленні акустичних систем (АС) для високоякісного відтворення низьких частот звукового діапазону Прикладом можуть бути АС датської фірми JAMO (JAMO PUSH-PULL JAMO РР3000) (4) і АС З Турина. Здвоєні головки типу дифузор до дифузора »(рис. 1) використовуються в АС тільки для відтворення низьких частот. Здвоювання звичайних НЧ головок за цим типом дозволяє простим шляхом отримати симетричну конструкцію, що перевершує по нелінійним і частотним спотворень сучасну НЧ голівку аналогічної потужності. Здвоєні головки типу «дифузор за дифузором.

На (рис. 2) в основному рекомендується використовувати в АС невеликої потужності для відтворення всього звукового діапазону з застосуванням широкосмугових головок. Для підвищення якості відтворення високих частот рекомендується такі АС доповнити високочастотної голівкою.

Параметри здвоєних динамічних головок відрізняються від параметрів одиночних. Детального техніко-економічного аналізу і розрахунків АС з такими головками в літературі немає. тому частина публікації в журналах по використанню здвоєних головок містять поряд з правильними висновками грубі помилки. Основними помилками є головок. по об'єднанню не двох, а більшого їх числа, і застосування здвоєних головок типу «дифузор за дифузором» в високоякісних АС.

Перш ніж перейти до особливостей розрахунку гучномовців зі здвоєними головками, корисно привести аналіз фізичних процесів, що відбуваються в них і впливають на їх основні параметри, для виключення помилок при конструюванні АС. Фізичні процеси в голівках, здвоєних за типами «дифузор до дифузора» і «дифузор за дифузором», однакові. Різниця між ними полягає в якості відтворення звукових сигналів, про що детально буде описано нижче.

Дифузори здвоєних головок пов'язані між собою обсягом повітря, укладеного між ними Цей обсяг повинен бути герметизований щоб уникнути небажаних явищ. Обидва дифузора при відтворенні звукового сигналу рухаються синфазно. т. е або обидва назовні, або обидва всередину корпусу АС.

Дифузор зовнішньої головки випромінює звукові хвилі у зовнішній повітряний простір, а дифузор внутрішньої головки допомагає зовнішньому долати пружність повітря всередині корпусу гучномовця, імітуючи ящик більшого обсягу, і здійснювати велику амплітуду в порівнянні з такою ж одиночній головою при тому ж струмі звукової котушки і в аналогічних умовах . Обсяг повітря між дифузорами в деякій мірі виявляється приєднаною масою, впливаючи на фактичні параметри цього тандему.

Звукові коливання в обсязі повітря. укладеного між дифузорами, повинні бути синфазними з коливаннями зовнішнього дифузора. Однак ідеально синфазними в широкій смузі вони бути не можуть, так як з ростом частоти зсув по фазі акустичних коливань від внутрішнього дифузора і власне коливань зовнішнього дифузора наростає. З цієї причини здвоєні головки можуть коректно працювати тільки в тій смузі частот, в якій довжина звукових хвиль багато більше відстані між їх дифузорами. т. е. тільки в низькочастотної частини звукового спектра. Наприклад, для верхньої частоти Fнч 150 Гц смуги НЧ довжина хвилі

λнч = C3в / Fнч = 344/150 = 229 см. де СЗВ - швидкість звуку в повітрі (м / с).

Середня відстань г між дифузорами здвоєних головок 6ГД-2 РРЗ дорівнює 5 см, і різниця в фазі коливань зовнішнього дифузора і акустичних коливань від внутрішнього дифузора становить:

Δφнч = г / Λ 360 = 5/229 360 = 8 град. На більш низьких частотах цей фазовий зсув ще менше, і це практично не вносить спотворень при відтворенні реальних звукових сигналів в смузі НЧ.

Для верхньої частоти смуги СЧ. рівної 5 кГц, довжина хвилі складе φсч = 344/5000 = 0,069 м = 6.9 см.

Середня відстань г між дифузорами здвоєних головок ЗГД-1 РРЗ дорівнює 3 см. І різниця в фазі коливань складе

λφсч = г / λ 360 = 3 / 6.9 · 360 = 155 град.

Тобто звукова хвиля від внутрішнього дифузора до зовнішнього прийде практично в протифазі і створить значний провал АЧХ на цій частоті. Це і є тією причиною, через яку не можна здвоювати СЧ головки, тим більше що на цих частотах амплітуди коливань звукової котушки і дифузора СЧ головки значно менше. ніж у ІЧ головок. Це дозволяє забезпечити високу якість звучання середніх частот в традиційному варіанті відповідними сучасними головками.

З цієї ж причини при здвоюванні широкосмугових головок для відтворення всього діапазону частот здвоєною головкою необхідно звукову котушку внутрішньої головки зашунтувати конденсатором відповідної ємності, опір якого на частоті 10ОО Гц приблизно в десять разів менше модуля електричного опору головки. При цьому ефект здвоєних головок проявиться лише в смузі НЧ. а сигнали більш високих частот будуть відтворюватися тільки зовнішньої головкою. Для таких АС рекомендується здвоювати головки за типом дифузор за дифузором. Широкосмугові головки краще відтворюють середні і високі частоти передньою частиною дифузора, а деякі з них забезпечені додатковим конусом для відтворення вищих частот Природно, в АС з парними широкосмуговими головками якість відтворення низьких частот істотно покращиться, а обсяг ящика зменшиться в порівнянні з застосуванням в АС таких же одиночних головок. При здвоюванні їх за типом «дифузор до дифузора» середні і високі частоти послаблюються фільтром НЧ кросовера Схеми з'єднань здвоєних головок наведені на рис. 3 відповідно до конструктивним способом здвоювання. Варіанти з'єднання за схемами на рис. З.а.б не вимагають додаткового блокування головки всередині корпусу на частотах, де затримка по фазі стає істотною.

При «тандемному» об'єднанні, як показано на рис З.в.г. затримка по фазі більше, тому необхідні блокують реактивні ланцюга для обмеження смуги ефективного випромінювання тилової головки (Ва2).

При об'єднанні в один блок більше двох головок з'являться неприпустимі фазові зрушення звукових хвиль між крайніми головками навіть в низькочастотному діапазоні через велику відстань між ними, а збільшені габарити цього блоку необхідно додати до розрахункового обсягу ящика АС. В результаті спільні обьем АС зменшиться несуттєво, як при здвоєних голівках, але невиправдано збільшиться вартість АС і більш потужного підсилювача Крім того, амплітуда коливання дифузора зовнішньої випромінює головки в цьому випадку не може зрости більше, ніж це виходить при здвоюванні двох головок з- за обмежених можливостей підвісу і звукової котушки. Цілком очевидно. що, крім істотних втрат в ККД і корисному обсязі ящика АС. в результаті збільшення числа головок нічого не вийде.

Для високоякісних АС рекомендується здвоювати головки за типом «дифузор до дифузора», і тільки для відтворення низьких частот. Цей варіант ефективно пригнічує всі види спотворень, особливо парні гармоніки, які викликають відчутні нелінійні спотворення.

Наведений нижче порівняльний аналіз покаже що основні параметри здвоєних головок, що стосуються якості відтворення звукових сигналів. істотно вище одиночних.

Нелінійні спотворення звичайних електродинамічних головок закладені в традиційних конструкціях магнітних систем з несиметричним і нерівномірним розподілом магнітної індукції в магнітному повітряномузазорі і несиметричною конічною формою дифузорів, що володіють «парашутним ефектом 'опору повітрю, а також несиметричним розміщенням звукових котушок в магнітній системі і нелінійної гнучкістю підвісів рухомих сістемП1-8 здвоєних голівках по типу дифузор до дифузора »досягаються наступні ефекти:

- нелінійність гнучкості підвісів рухомих систем частково компенсується;

- результуюча форма випромінювача стає симетричною.

- компенсується несиметричне розташування звукових котушок в магнітних системах: це найбільш повно досягається шляхом підбору примірників головок з однаковим зміщенням звукових котушок, викликаним похибкою в збірці.

- результуючий зсув рухомої системи в поршневому діапазоні здвоєних головок стає симетричним щодо магнітної системи внаслідок компенсації сили тяжіння звукової котушки з струмом до магнітопроводу і нерівномірності магнітної індукції в зазорі магнітної системи.

На рис. 4 показані перетину звукової котушки 1 в магнітній системі 2 і графіки залежності магнітної індукції В1 і B2 в області зазорів здвоєних головок ВАК БА2. Значення х1 і х2 відповідають глибині зазору.

У голівках здвоєні по типу »дифузор за дифузором», усуваються тільки несиметричне розташування звукових котушок в повітряних магнітних зазору, шляхом підбору примірників головок з протилежним змішанням звукових котушок, а також нерівномірність АЧХ з низькочастотної смузі.

Паспортна потужність електродинамічної ГОЛОВКИ - ЦЕ ПОТУЖНІСТЬ, при якій головка може довго працювати без пошкоджень Ці потужності у здвоєних головок будь-якого типу в два рази більше, ніж у аналогічних одиночному головок.

Електричний опір електродинамічної головки - величина комплексна яка залежить від частоти основного сигналу і досягає максимуму за модулем на частоті основного резонансу. У здвоєних головок будь-якого типу при послідовному з'єднанні звукових котушок опір в два рази більше, а при паралельному про два рази менше. ніж у аналогічних одиночних головок.

Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) електродинамічної головки являє собою залежність 3BvKoeoro тиску від частоти відтвореного сигналу при незмінній підводиться до звукової котушці потужності, що випускаються до теперішнього часу головки мають нерівномірні АЧХ причому АЧХ різних примірників одного і того ж типу головок мають різну нерівномірність і дещо відмінні частоти основного резонансу рухомих систем у здвоєних голівках піки і провали в смузі НЧ частково компенсуються і АЧХ виходить більш гладкою, а в Олос СЧ і 84 ці головки не працюють як здвоєні із зазначених вище причин.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) електродинамічної головки залежить від параметрів її конструктивних елементів:

ККД = k · B2 Sr 'еф / М, де до - коефіцієнт пропорційності. враховує питомий опір мідного дроту і обьем звукової котушки; В - магнітна індукція в повітряному магнітному зазорі; S, еф - ефективна площа дифузора; М, - маса рухомої системи.

З цього співвідношення випливає, що найбільшу звуковий тиск (гучність) створюють головки з найбільшим, легким дифузором і більш потужної магнітної системою в порівнянні з іншими головками такої ж потужності. Однак такі головки вимагають більшого обсягу ящика АС. який, як буде показано нижче, прямо пропорційний ефективної площі дифузора, гнучкості підвісу рухомий системи і обернено пропорційний масі рухомої системи. У здвоєних голівках ефективна площа дифузора і гнучкість підвісу рухомий системи в два рази менше, а маса рухомої така ж, як у двох одиночних головок.

У зв'язку з цим результуючий ККД здвоєних головок зменшується, однак це окупається зниженням всіх видів спотворень, нижньої граничної частоти відтвореного діапазону і зменшенням обсягу ящика АС.

Еквівалентний обсяг електродинамічної головки - це об'єм повітря в ящику, гнучкість якого дорівнює гнучкості рухомої системи головки У здвоєною голівці підвіси працюють паралельно, тому результуюча гнучкість її в два рази менше однієї одиночної. Відповідно еквівалентний обсяг здвоєною головки в два рази менше однієї і в чотири рази - двох одиночних головок:

V-, rr = (V,! + V «3) / 4t де V. ч - еквівалентний обсяг здвоєною головки; V, lt V 2 - еквівалентні обсяги одиночних головок.

Частота основного резонансу електродинамічної головки з рухомою системою у вигляді дифузора гофра, що центрує шайби і звукової котушки, володіє масою і гнучкістю, являє собою механічну резонансну систему.

У здвоєних голівках Мг в два рази більше, а З в два рази менше, ніж у одиночних головок, тому, якщо не враховувати масу повітря між дифузорами, частота основного резонансу при здвоюванні головок не змінюється.

Наведених параметрів досить для розрахунку АС зі здвоєними головками.

Методика розрахунку подібних АС така ж, як і з поодинокими головками. Особливість же полягає в правильному визначенні параметрів здвоєних головок виходячи з параметрів використовуваних одиночних головок.

Обсяг скриньки АС визначається із залежності частоти основного резонансу головки від його обсягу. При установці будь-головки в ящик закритого типу частота основного резонансу підвищується, і тим більше, чим менше обсяг ящика. Основним параметром ящика є гнучкість внутрішнього обсягу повітря, яка прямо пропорційна його об'єму і обернено пропорційна ефективному діаметру дифузора в четвертого ступеня:

Ся = 1,14Vя / D4дефф.

З цієї залежності випливає, що гнучкість повітря в більшій мірі залежить від діаметра дифузора, ніж від обсягу ящика, тому зменшення діаметра дифузора здвоєною головки щодо двох одиночних істотно підвищує Ся. Не можна вважати, що еквівалентний діаметр здвоєних головок в два рази менше двох одиночних. Перерахунок потрібно вести через ефективну площу дифузорів, т. Е. Еквівалентний діаметр двох одиночних головок буде дорівнює

2Sя еф = ¶D²екв / 4.

З цього випливає: Dефф = 1,41Dефф.

Ефективний діаметр дифузора здвоєних головок менше в 1.41 рази в порівнянні з еквівалентним ефективним діаметром двох одиночних головок.

Зазвичай для розрахунку обсягу ящика АС застосовують перевірки ящик, але це не завжди зручно і вимагає додаткових витрат праці та матеріалів.

Якщо ящик виявиться більше бажаного, тоді доведеться вибрати кілька вище fp або і перерахувати обсяг ящика. По крайней мере, це менш трудомістким, ніж виготовлення перевірочного ящика.

На Закінчення слід Зазначити, что всі відомі методики розрахунків АС. з урахуванням наведення вищє змін параметрів, прідатні для конструювання АС зі здвоєнімі головками всіх типів (Відкритий ящик, фазоїнвертор, Лабіринт, з рупором, ПАС и т. п.). При конструюванні АС зі здвоєними головками необхідно враховувати, що головки разом з елементами кріплення займають певний об'єм, який необхідно додавати до розрахованому обсягом ящика. Максимальна якість звучання досягається при установці здвоєних головок в фазоинвертор. Для більш раціонального використання об'єму ящика АС автором розроблена високоякісна АС із застосуванням НЧ вузла, захищеного авторським свідоцтвом. Також рекомендуються варіанти установки здвоєних головок, наведені на рис. 5.

Вихідні отвори можуть бути круглими, овальними або прямокутними, відкритими або закритими декоративними решітками. Як матеріал для ящиків рекомендується застосовувати ДСП яка більш доступна і не видає призвуків, як фанера або дошка. З огляду на, що внутрішня голівка демпфує відображені звукові хвилі усередині ящика, звукопоглинальне покриття внутрішніх стінок можна не застосовувати.

Всі варіанти акустичного оформлення на рис 5 передбачають зв'язок із зовнішнім повітряним простором через деяку подобу рупора, який покращує узгодження високого механічного опору електромеханічної системи здвоєних динамічних головок з низьким опором випромінювання, що додатково підвищує якість звучання АС.

Мітки: динамічні головки , звукові коливання , НЧ головки , здвоєні головки , електродинамічні головки .