Тема 9.3. Устройство головки диффузорного электродинамического громкоговорителя

Электродинамический громкоговоритель прямого излучения состоит из головки громкоговорителя и акустической системы, предназначенной для улучшения излучения звуковых волн, и одновременно выполняющей роль защитного устройства, предохраняющего головку громкоговорителя от повреждения. Акустическая система выполняет роль акустического оформления.

Рис.72 Устройство головки диффузорного электродинамического громкоговорителя

Схема устройства головки диффузорного электродинамического громкоговорителя приведена на рис 72.

Все детали головки можно подразделить на три основные группы: подвижная система, магнитная система, вспомогательная система.

Подвижная система состоит из звуковой катушки 1, выполняющей роль витка с током, помещенного в магнитное поле; диффузора 2, являющегося излучателем звука; гофрированного кольца 3 и центрирующей шайбы 4, предназначенных для упругого

подвешивания подвижной системы, причем все эти элементы должны допускать свободное перемещение подвижной системы в осевом направлении и противодействовать радиальному смещению звуковой катушки.

Магнитная система представлена в рассматриваемой конструкции постоянным магнитом 5, имеющим форму кольца, и магнитопроводом, выполненным из магнитомягкого материала, состоящим из нижнего 6 и верхнего 7 фланцев и керна 8. Магнитные силовые линии, замыкаясь по магнитопроводу, создают в кольцевом зазоре магнитной цепи постоянное магнитное поле, взаимодействующее с током звуковой катушки.

Детали, входящие во вспомогательную систему, предназначены для соединения отдельных узлов и элементов громкоговорителя. Основным элементом вспомогательной системы является диффузородержатель 9, соединяющий между собой магнитную и подвижную системы. Он жестко крепится к верхнему фланцу. К диффузородержателю прикрепляется гофрированное кольцо (гофр), а также крепится наружный край центрирующей шайбы. На диффузородержателе закрепляются также изолированные от него контакты 11, к которым гибкими многожильными проводниками 12 подключают выводы звуковой катушки. К вспомогательной системе относятся крепежные детали, кольца, прокладки, с помощью которых детали крепятся друг к другу, а также к устройству, служащему оформлением громкоговорителя.

Остановимся подробнее на конструкции отдельных деталей и узлов головки громкоговорителя.

Подвижная система

Основной элемент подвижной системы — звуковая катушка, которая является источником механических колебаний и выполняется в виде обмотки, расположенной на специальном каркасе. Каркас звуковой катушки делается из плотных сортов бумаги или из алюминиевой фольги и имеет цилиндрическую форму. В кинотеатральных громкоговорителях обычно применяют алюминиевые каркасы и придают им форму незамкнутого цилиндра, у которого вдоль образующей расположена щель. Это уменьшает потери на вихревые токи, вызывающие снижение отдачи громкоговорителя и приводящие к нагреванию звуковой катушки.

Каркас 1 звуковой катушки состоит из двух частей: одна часть имеет канавку, в которую укладывается обмотка, другая часть, называемая шейкой, подклеивается к шейке диффузора. Обмотку 2 звуковой катушки выполняют обычно медным проводом в эмалевой изоляции. Для исключения сползания витков катушки при работе громкоговорителя обмотку размешают в канавке каркаса, и витки приклеивают друг к другу и к каркасу специальным лаком. Число слоев катушки должно быть четным (два-четыре слоя), чтобы выводы находились с одной стороны каркаса — у диффузора. Выводы звуковой катушки делают гибким многожильным проводом, который припаивают к проводу обмотки и для увеличения механической прочности в месте пайки провод приклеивают и подшивают к диффузору.

При работе головки большое значение имеет тепловой режим громкоговорителя. Звуковая катушка должна обладать тепловой прочностью, т. е. тепловая нагрузка не должна деформировать катушку и выводить ее из строя. Тепловая нагрузка зависит от плотности тока в катушке н от теплоотдачи, на которую влияет ширина свободного воздушного зазора, размеры катушки и магнитной цепи, через которую осуществляется отвод тепла, а также материал каркаса и пропиточных лаков. Обычно отвод тепла от звуковой катушки осуществляется хорошо, поэтому плотность тока в ней допускается порядка.

Звуковая катушка передает колебания диффузору, который излучает звук. Наибольшее распространение получили литые диффузоры. Технология изготовления диффузоров сводится к тому, что определенная порция специально подобранной бумажной массы, разбавленной водой, выливается на литейную мелкую сетку. Применяют литье диффузоров под механическим и воздушным давлением, а также вакуумное литье. После отливки сетку с осажденной бумажной массой снимают с матрицы и подвергают сушке и дальнейшей обработке. Достоинство литых диффузоров в том, что им может быть придана любая форма, что можно выполнить диффузоры нужной толщины. Вершина диффузора оканчивается шейкой, предназначенной для прочной склейки диффузора с каркасом звуковой катушки.

При выборе угла раствора конуса учитываются следующие соображения: при увеличении угла возрастает развиваемое громкоговорителем звуковое давление, но при этом уменьшается жесткость диффузора, что ухудшает воспроизведение колебаний верхних частот. Для лучшего воспроизведения верхних частот применяют более жесткие сорта целлюлозы, толщину диффузора выполняют не одинаковой, увеличивая от основания конуса к его вершине, пропитывают вершину конической части диффузора специальным лаком примерно на 1/3 длины образующей, а также применяют в широкополосных громкоговорителях двухконусные излучатели. При этом в вершине к большому конусу подклеивается малый конус, который имеет меньший угол раскрытия и выполнен из более жесткого сорта бумажной массы, вследствие чего его жесткость повышена и улучшается воспроизведение колебаний верхних частот. Толщина диффузора выбирается в зависимости от номинальной мощности громкоговорителя. В аппаратуре звукового кино применяют диффузоры с криволинейной образующей, которая имеет форму отрезка дуги большого радиуса.

У основания диффузор соединяется с гофрированным кольцом. Обычно гофр отливают вместе с диффузором, и они объединяются в единый узел конструкции. В гл. VI, § 2 было доказано, что громкоговоритель прямого излучения начинает эффективно излучать энергию при частотах, превышающих собственную частоту колебательной системы.

В обычных конструкциях диффузорных громкоговорителей собственная частота диффузора составляет 0,8—0,9 собственной частоты подвижной системы и зависит от массы диффузора и гибкости подвеса (гофра). Для снижения частоты резонанса необходимо увеличить гибкость гофра, что достигается выбором его формы, утоньшиением, смазкой подвеса специальными пластификаторами. Значительное снижение частоты резонанса ниже 25 Гц достигнуто применением гофра У-образной формы, выполненного из винилискожи и подклеиваемого к основанию диффузора (головка 2А-14). Уменьшение толщины диффузора у основания, о котором уже шла речь ранее, способствует плавному переходу от диффузора к утоньшенному гофру без резкого изменения толщины, что вызвало бы дополнительные искажения звука.

В большинстве громкоговорителей применяется двух- или трехзвенный гофр, который отливается вместе с диффузором. При выборе профиля гофра учитывают следующие соображения: обеспечение высокой гибкости подвеса для снижения частоты механического резонанса и получения линейных свойств гофра. Это значит, что сила упругости подвеса должна быть пропорциональна смещению подвижной системы при любых значениях смещений, возможных в динамическом диапазоне громкоговорителя. Центрирующая шайба является основным элементом, осуществляющим упругий подвес подвижной системы. Посредством центрирующей шайбы фиксируется положение звуковой катушки в зазоре магнитной цепи и обеспечивается строго осевое перемещение подвижной системы.

Наибольшее применение находят гофрированные центрирующие шайбы (плоские или коробчатые), так как они обладают большой гибкостью в осевом направлении и малой гибкостью в радиальном направлении, линейны в широком диапазоне амплитуд колебания.

Форма гофрировки может быть различной: синусоидальная, круговая, пильчатая, трапецеидальная. Гофрированные шайбы изготовляют из бумажной массы или из ткани, пропитанной лаком. Выбирают неплотные ткани, с тем, чтобы избежать создания замкнутого объема воздуха между центрирующей шайбой и диффузородержателем. Ткань пропитывают бакелитовым лаком, который представляет собой бакелитовую смолу, растворенную в спирте с касторовым маслом, служащим пластификатором. Гофрированные шайбы из бумажной массы отливают теми же способами, что и диффузоры. Матерчатые гофрированные шайбы изготовляют путем опрессовки. Они обладают большой механической прочностью, линейностью и стойкостью к изменению климатических условий. Гофрированные шайбы коробчатого типа имеют хорошую гибкость и линейные характеристики в широком диапазоне смещений.

По окружности центрального выреза шайба подклеивается к каркасу звуковой катушки1 или к вершине диффузора, причем для приклейки делается специальный бортик с шейкой. Внешняя часть центрирующей шайбы крепится к диффузородержателю или к специальному металлическому шайбодержателю, который прикрепляется к диффузородержателю.

Подвижную систему громкоговорителя можно приближенно рассматривать как простую колебательную систему, причем масса этой системы зависит от массы звуковой катушки и диффузора, гибкость определяется гибкостью центрирующей шайбы и гофра, активное сопротивление системы зависит от трения в подвесе и от активного сопротивления излучения (сопротивление излучения является полезной частью активного сопротивления).

Магнитная система

Магнитная система предназначена для создания постоянного магнитного поля.

Магнитные системы, выполняемые с постоянным магнитом, в зависимости от формы магнита бывают кольцевыми и керновыми.

Магнитная система с кольцевым магнитом состоит из постоянного магнита в форме невысокого полого цилиндра, двух фланцев и керна.

Магнитная система кернового типа состоит из постоянного магнита, выполненного в виде усеченного конуса, с тем чтобы магнитная индукция оставалась постоянной по его длине, и магнитопровода, включающего скобу, фланец и наконечник керна.

Постоянный магнит изготовляют из магнитотвердых материалов: сплавов железа с алюминием, никелем, медью, кобальтом (ЮНДК-24) или феррито-бариевые (2БА, ЗБА). Магниты феррито-бариевые дешевле; магнитные сплавы с примесью кобальта позволяют при той же индукции уменьшить размеры магнита, имеют малые магнитные потоки рассеяния.

Детали магнитопровода изготовляют из магнитомягких материалов к которым относятся различные сорта малоуглеродистой стали. Фланцы и скобы магнитопровода штампуют на прессах. Заготовки для керна нарезают из круглой стали и затем шлифуют. Изготовленные детали магнитной цепи подвергают шинкованию или кадрированию гальваническим способом.

Сборка магнитной системы осуществляется на поточной линии, причем для защиты зазора магнитной цепи от попадания стальных опилок применяются магнитные «ловители». Магнитные системы с кольцевым магнитом стягиваются посредством латунных болтов. Керн запрессовывается в нижний фланец. В некоторых конструкциях громкоговорителей магнит сваривают с фланцами. Широко применяют клеевое соединение (клеем БФ) элементов магнитной системы, причем обеспечивается большая механическая прочность. Собранную магнитную цепь намагничивают в магнитном поле.

В широкополосных кинотеатральных громкоговорителях для уменьшения индуктивного сопротивления звуковой катушки на торец керна надевают тонкостенный медный колпачок.