6. Частотные искажения в электродинамических головках

Частотные искажения в области нижних частот в основном обусловлены акустическим коротким замыканием. На рис.6.4 показано, что вплоть до час­тоты f₁ излучение головки будет практически отсутствовать. Обратная волна, обо­гнув го­ловку, будет полностью гасить прямую, так как они находятся в противо­фазе. Сдвиг по фазе _доп за счет дополнительного пути при огибании диффузо­ра r близок к нулю, так как r<<.

Напомним, что частота f₁, на которой происходит первое усиление, соот­ветствует условию (R–радиус поршня излучателя).

Если взять излучающую головку с диаметром диффузора 0,2 м, то усло­вие будет выполняться при =0,1 м. При этом длина волны составит =4R=0,4 м, а частота =340/0,4=850 Гц. Следовательно, у та­кой головки излучение будет практически отсутствовать вплоть до частоты f₁=850 Гц.

Для того чтобы исключить акустическое короткое замыкание или свести его действие к минимуму, применяют специальное акустическое оформление головок в виде закрытого ящика, экрана конечных размеров или фазоинвертора.

Однако при любом акустическом оформлении диапазон нижних частот ограничен частотой механического резонанса головки ₀. Ниже этой частоты отдаваемая акустическая мощность настолько резко уменьшается (1218 дБ/октаву), что приходится частоту механического резонанса считать гранич­ной. Для хорошего воспроизведения низких частот необходимо снижать резо­нансную частоту . Уменьшать резонансную частоту за счет увели­чения массы m подвижной системы нерационально, так как это повлечет за со­бой уменьшение чувствительности головки. Поэтому частоту снижают увеличе­нием гибкости верхнего гофра и центрирующей шайбы (см. рис.6.12). Пределом увеличения гибкости является потеря устойчивости подвижной системы, когда возникает опасность появления перекосов катушки и задевание ее за стенки за­зора.

У широкополосных головок удается получить частоту механического ре­зонанса 60 80 Гц, у низкочастотных головок–2050 Гц.

Предположение о том, что диффузор представляет собой жесткий порш­невой излучатель справедливо лишь для области низких и частично средних звуковых частот и совершенно несправедливо для верхних частот, где он теряет жесткость и разбивается на ряд противофазно излучающих зон. Дело в том, что электродинамическая сила F, прикладываемая к катушке в осевом направлении и распределенная по окружности вершины диффузора может быть, разложена на две составляющие (рис.6.25):

– сила F₁ направлена вдоль образующей диффузора (продольная);

– сила F₂ направлена под прямым углом к образующей (поперечная).

Под действием продольной силы F₁ происходит сжатие и растяжение об­разующей диффузора из-за чего происходит прогиб ее внутрь или наружу, что отмечалось при анализе нелинейных искажений (параметрические колебания образующей на субгармониках).

Сила F₂ возбуждает поперечные колебания образующей, распространяю­щиеся вдоль нее в направлении от катушки к верхнему гофру и отражающиеся от него в обратном направлении.

Рис.6.25. Образование поперечных волн образующей диффузора

Если частота колебаний низкая, то длина волны значительно больше длины образующей диффузора. При этом фазовая скорость распространения коле­баний в материале диффузора бесконечна. Поэтому все точки диффузора колеблются с одинаковой фазой и амплитудой, а сам он колеблется как единое целое, то есть представляет собой жесткий поршень.

Если же длина волны сравнима или меньше длины образующей, то фазо­вая скорость становится величиной конечной и точки на поверхности диффу­зора начинают колебаться с различными амплитудами и фазами.

Диффузор теряет жесткость. При ряде частот поверхность его разделяется узловыми кругами на зоны, колеблющиеся в противофазе (рис.6.25). Акустиче­ская мощность, излучаемая на таких частотах, зависит от числа и площади зон, колеблющихся в противофазе. При этом излучение одной зоны в той или иной степени гасится излучением соседней зоны. Вследствие этого эквивалентная излучающая площадь S_э и сопротивление излучения ( ) меняется с ростом частоты нерегулярно, проходя через максимальные и мини­мальные значения, уменьшаясь с ростом частоты. Это приводит к появ­лению пиков и провалов на частотной характеристике головки с общим спадом излу­чаемой мощности на верхних частотах. Частота, начиная с которой диффузор теряет жесткость и начинается спад частотной характеристики в сторону верх­них частот, составляет 6001000 Гц.

Другой причиной частотных искажений в области верхних частот явля­ется рост величины входного сопротивления головки Z_вх выше частоты элек­тромеханического резонанса (см. рис.6.16) за счет индуктивного сопротивления звуковой катушки. С увеличением Z_вх уменьшается потребляемая головкой электрическая мощность, а значит и отдаваемая акустическая.

Таким образом, обычная электродинамическая головка средних размеров без специальных мер способна воспроизводить диапазон частот от 500800 Гц до 50006000 Гц, что явно недостаточно для качественного воспроизведения звука.

Методы расширения воспроизводимого диапазона частот головок прямого излучения

Область нижних частот.

Как уже отмечалось, основной причиной частотных искажений в низкочас­тотной области является акустическое короткое замыкание (АКЗ). Для борьбы с ним применяют различного вида акустическое оформление. Рассмотрим их действие более подробно.