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无线电电子与电气工程百科全书 扬声器设计。 无线电电子电气工程百科全书
简单的扬声器 如果无法购买具有所需特性的扬声器，则必须独立制造。 这将需要一个或多个相同类型的动圈磁头和一个相对简单的声学设计——一个木箱。 在业余条件下，最好使用宽带动态磁头。 具有宽带动态驱动器的扬声器比使用多个不同驱动器的扬声器更容易制造。 诚然，基于宽带头的自制扬声器具有更窄的可再现频率工作范围，从大约 50-60 Hz 到 14-16 kHz。 最近，业界已经开发并生产了宽带头，在此基础上可以构建具有非常宽的工作频率范围的单向扬声器。 从外观上看，工业制造和自制扬声器最常设计为平行六面体形式。 前面板覆盖有松散的棉或合成纤维织物。 扬声器箱由 15-20 毫米厚的板或刨花板制成。 对于自制扬声器，您可以使用动态磁头，其列表和特性在表中给出。 头部名称中的第一个数字表示其额定功率。 扬声器中的头及其数量的选择取决于其用途和所需的额定功率。 在这种情况下，有必要牢记头的标称阻抗和扬声器的整体阻抗。 如果只使用一个头，其额定功率必须不小于扬声器工作的低音放大器的额定功率，并且头电阻必须不小于放大器的最小负载电阻. 实践表明，四瓦头 4GD-4、4GD-35 或 4GD-36 最适合这种扬声器。 在极端情况下，可以使用 ZGD-38E 磁头。 表1
应该注意的是，动态磁头在输入功率方面可以承受很大的过载。 所以，护照上新开发的ZGD-38E、4GD-35、4GD-36的头部也有铭牌功率这样的参数。 ZGD-38E 机头的铭牌功率为 5 W，4GD-35 和 4GD-36 机头的铭牌功率均为 VW。 在国外，磁头铭牌功率的类比是它们的最大功率。 但是，尽管有可用的机械强度余量，但您不应使磁头过载，因为在这种情况下，音频信号的非线性失真水平会显着增加。 通常头部在额定功率下的非线性失真系数不超过5-10%。 当达到铭牌功率时，非线性失真系数可以达到耳朵可以察觉的值。 在需要制造额定功率大于一个头允许的扬声器的情况下，安装几个相同的头（通常是两到四个），以串联、并联或混合的方式相互电连接。 这种扬声器的额定功率等于头的额定功率之和。 假设即使是最好的驱动器的存在也能保证扬声器的高质量是错误的。 为此，还需要选择适当的声学设计，即针对这些头的扬声器箱的优化设计。 除了安装头部或多个头部的前面板、侧面板、后面板、底部面板和顶部面板外，盒子的设计还可能包括内部隔板、各种吸水涂层和其他细节。 扬声器的声学设计有几种类型，它们各有设计特点、优缺点。 首先，扬声器的整体设计是由它的头数决定的。 如果它里面有几个头，并且它们彼此靠近放置，那么这样的扬声器被称为组辐射器。 这个名称意味着在较低频率和部分中频时，磁头的锥体几乎同相振荡，因此扬声器的声输出增加。 在最低频率下，后坐力的增加是磁头数量的倍数。 组辐射器的这一特性长期以来一直有效地用于专业扩音设备，例如电影院装置，最近还用于业余设计。 与具有单头的扬声器相比，这种扬声器的可再现频率的工作范围从下方扩展。 同时，低频的再现效率。 这在很大程度上取决于扬声器箱的尺寸和设计。 平均而言，我们可以假设，为了降低可再现频率的操作范围的下限，有必要增加盒子的大小。 然而，已知的扬声器设计由于箱体的外部尺寸相对较小，因此具有非常低的最低可再现频率值。 图 1 显示了一个头部的各种声学设计选项。 具有多个头的扬声器可以以类似的方式布置。 最简单的选择是没有后壁的盒子（图 1a）。 头部安装在音箱的前面板上，扩散器向前开口，朝向听众。 扩散器后表面激发的声音振动与其前表面的振动反相。 为了使来自扩散器前表面的有用声振动不会因来自后表面的振动叠加而被抑制，盒子必须足够深，以便来自扩散器背面的声波到达平面与直接波相比，前面板的波具有一定的延迟，即具有相移。 在最低可再现频率下，该偏移应为 90°，对于较高频率，该偏移会更大。 没有后壁的扬声器很好地实现了头部的能量能力，但它们有一个缺点：它们的工作质量受到位于盒子后开口附近的墙壁和其他物体的影响。 因此，此类扬声器必须安装在距离墙壁不超过 30-40 厘米的位置。 带有后壁或封闭式扬声器的扬声器没有这个缺点。 扬声器可以是一个密封的盒子，在它的前面板上安装了一个动态头（图1，b）。 为了避免盒子内表面产生不必要的声音反射，它覆盖了一层厚厚的吸音材料（天然或矿棉、羊毛、毡等）。 但是这样的扬声器还有另一个缺点——谐振频率增加了大约 2-3 倍，以及相关的工作频率范围变窄。 通过使用具有非常低的固有共振频率（仅为 15-25 Hz）的特殊压缩头，可以消除这个缺点。 安装在封闭的盒子中后，它们的共振频率会增加到可接受的值：50-60 Hz。
压缩头除了相对昂贵和稀缺外，还有另一个大缺点——效率低。 最好的压缩头产生不超过 0,1 Pa 的标准声压，即它们的效率比标准压力为 4 Pa 的传统头低约 0,2 倍。 这种扬声器的运行需要很大的功率，通常至少10-20W，音量不会超过传统磁头的3-4W扬声器。 但是这样的扬声器将具有相对较小的尺寸。 是否有可能制造出一种没有这些缺点的扬声器？ 能！ 这是一种带有反相器的扬声器，其装置如图1所示。 XNUMX、在。 在该扬声器的前面板中还多有一个孔，其横截面接近头部扩散器的开口区域或稍小一些。 该孔的形状可以是圆形或矩形。 该孔是从盒子内部连接到前面板的管道隧道的口。 反相器的主要优点是，在孔出口处以特定频率由扩散器后表面激发的声振动与扩散器前表面产生的振动同相。 结果，扬声器的效率显着提高。 通常，选择盒子的尺寸（更准确地说，其内部体积）、反相器开口的横截面和隧道的长度，使得头部后辐射的180°相位旋转对应于频率接近头部的共振频率。 当满足该条件时，可再现频率的工作区间向下扩展。 此前，移相器通道的工作长度选择等于箱体前面板的厚度，因此通过选择移相器孔的面积和外部尺寸来使动磁头与移相器相协调。盒子。 结果，扬声器非常笨重。 现在隧道被广泛用于相位逆变器，在离开盒子之前延长声波的路径。 通过改变隧道的长度，可以非常准确地选择与特定头部相关的扬声器箱的参数，即使它的尺寸相对较小。 需要指出的是，低音反射式音箱尺寸的精确计算是非常困难的。 因此，在业余条件下，使用图 2 所示的列线图很方便。 XNUMX、将音箱的内部容积、动圈头的共振频率、反相器的开口面积和隧道的长度唯一联系起来。 在考虑自制扬声器的设计时，将在下面讨论如何使用列线图。
带迷宫式扬声器（见图 1，d）和带号角扬声器（见图 1，e）的设计最为复杂。 在这里，以及在反相器中，由扩散器背面激发的振荡用于增加最低频率的返回。 迷宫增加了声波在盒子内传播的路径的长度。 迷宫的一个特征是其横截面积始终保持几乎恒定。 在这种情况下，声波的总路径长度应等于工作频率范围最低频率处波长的四分之一，通常等于头部自身的共振频率。 计算表明，在谐振频率为 80 Hz 时，迷宫长度应为 1 m，在 40 Hz 时为 2 m，在 20 Hz 时为 4 m。因此，在最低频率下，迷宫长度很重要。 在带有号角的扬声器中还安装了几个障板，以增加扩散器后表面激发的声波传播的路径长度，但迷宫的横截面并没有保持不变，而是随着接近扬声器而增加。出口。 这种迷宫式设计使得头部后面相对较高的压力与喇叭出口处的大气压力能够相对平滑地匹配，从而提高了将电能转换为低频声功率的效率。 喇叭的长度应尽可能大。 在业余无线电文献中，可以找到各种扬声器设计的描述，但绝大多数都是以带有反相器的封闭箱体、带有反相器的封闭箱体或组辐射器的形式制造的。 带有迷宫和喇叭的扬声器很难制造，需要对特定的头部进行复杂的计算，这使得在业余条件下很难重复它们。 下面是可以实现低音功放能量能力的不同头数的自制扬声器，上面已经给出了描述。 单头扬声器 图上。 图 3 显示了带有反相器的扬声器前面板的两个设计选项，其中使用了 ZGD-38E 或 4GD-4 4GD-35、4GD-36 头（此选项的尺寸在括号中给出）。 在扬声器的第一个版本中，工作频率范围从 80 Hz 扩展到 12,5 kHz，阻抗为 4 欧姆。 在扬声器的第二个版本中，工作区间的较低频率对应于 35-60 Hz。 喇叭的电阻也是4欧（有些4GD-36头的拷贝电阻是8欧，在贴在头上的护照上有注明）。
需要注意的是，这里指出了频率间隔的保证边界，实际上它通常更宽，达到 14 甚至 16 kHz。 扬声器的前面板可以由 12-15 毫米厚的胶合板或 18-20 毫米刨花板制成。 盒子由相同的材料制成，并组装在螺丝上，所有接缝都强制粘合。 最好使用酪蛋白或合成胶。 头部安装在前面板的内表面上，并用螺丝固定。 建议在头下放一圈毛毡或厚布。 箱体的深度取决于所需扬声器的音量、可用材料和美学考虑。 对于带有 ZGD-38E 头的扬声器，最佳深度为 200 毫米，而对于 4GD-4、4GD-35 和 4GD-36 - 270 毫米。 组装好盒子后，所有接缝必须用腻子和胶水密封。 从内部，必须将一层 3-5 厘米厚的吸水材料由棉毛或羊毛织物制成，并用一层或两层轻质棉织物（如纱布）绗缝，以使纤维和线不会粘在墙壁上。落在头上。 相位逆变器通道可以由 5 毫米厚的胶合板或厚硬纸板制成。 知道盒子的尺寸和磁头的共振频率后，可以使用图 2 中的列线图。 XNUMX 确定隧道的长度以确保低频的最佳再现。 让我们用例子来说明这一点。 设箱体内容积为 25 dm3，反相器开口截面为 0,84 dm2。 ZGD-38E 磁头的共振频率为 80 Hz。 为了找到隧道的长度，首先我们找到倾斜直线 80 Hz 与通过标记 25 dm3 绘制的垂直线的交点。 然后，从对应于 0,84 dm2 截面的点，我们将垂直线降低到与通过先前获得的点绘制的水平线的交点。 它们在曲线区域中的交点 隧道的长度给出了所需的值。 根据所进行的施工，隧道的长度应等于 7 厘米。 对于一个四瓦头的扬声器，扬声器的内部容积约为48 dm3，倒相孔的截面为1,3 dm2，头的谐振频率接近60 Hz。 列线图上的类似构造表明，隧道的长度应等于 9 厘米。如果第一次无法找到可接受的结果，则需要更改隧道的体积或横截面积孔并再次重复施工。 如实践所示，具有反相器的扬声器将电能转换为低频声功率的效率额外提高了约 3-4 倍，即 5-6 dB。 这种增加相当于将可再现频率范围的下限降低了约 20-30%。 当然，只有满足所有要求，才有可能获得这样的结果，而在业余条件下，这很困难。 尺寸和谐振频率的偏差会影响最终结果。 在某种程度上，可以通过选择隧道长度来补偿偏差。 为此，隧道的长度留有 1,5-2 厘米的余量，然后在调整时将余量切断，直到获得较低频率的最佳探测。 为避免每次缩短隧道时都拆开扬声器，建议暂时将隧道引出。 诚然，这会在一定程度上改变盒子的总体积，但它可以让您快速方便地找到隧道的最佳长度。 然后将其重新安装在盒子内，最后用胶水固定。 前面板应该用松散的织物覆盖在外面。 它经过预洗，染成深色（通常是黑色或棕色），平滑并拉伸到略微潮湿的面板上。 用小钉子和胶水将织物固定在面板背面。 干燥后，织物将紧密均匀地贴合面板。 前面板应紧贴抽屉边缘，没有间隙。 通常，为此目的，将四个由耐用木材制成的截面为 20x20 毫米的板条连接到盒子壁的内表面，并且前面板已经用螺钉固定在它们上。 带两个头的扬声器 具有单个驱动器的扬声器的电气特性完全由其特性决定。 增加磁头的数量可以调整这些特性。 您可以更改扬声器阻抗。 如果将磁头的音圈相串联，电阻会比一个磁头的电阻增加一倍。 由于磁头的同相平行包含，扬声器的电阻减半。 此外，在这两种情况下，其额定功率都会增加。 例如，如果您使用两个 ZGD-38E 头，那么额定功率将是 6 W（铭牌 10 W），电阻可以是 2 或 8 欧姆。 如上图所示，扬声器电阻通常不会选择小于 4 欧姆，因此应考虑 8 欧姆最佳。 使用两个 4GD-35 头时，额定功率为 8 W（铭牌 16 W），电阻为 8 欧姆。 图上。 图 4 显示了具有两个头 ZGD-38E 和 4GD-35 或 4GD-36 的扬声器的前面板布局。 在第一种情况下（图 4，a），盒子的深度是 300 毫米，对于带有四瓦头的变体（图 4，b） - 200 毫米。 这款扬声器的反相器孔是圆形的，壁厚为 3-4 毫米的隧道是用厚纸或纸板粘成的圆柱体形式。 第一个扬声器有四个通道，第二个扬声器有两个。 这样做是为了简化反相器的制造。 该计算考虑了其孔的总面积。 根据列线图，第一版扬声器的四个隧道的长度应为 5 厘米，第二个版本的两个隧道的长度应为 5,5 厘米。隧道粘在直径为 36 的圆柱形木坯上和 72 毫米，分别。
如有必要，前面板也可以由两块胶合板或刨花板制成。 图 4 中用虚线表示了两个部分的可能连接点。 在面板内侧，连接处必须使用相同厚度、60-80 毫米宽的胶合板或刨花板覆盖层或截面为 20X50 毫米的松木板条进行加固。 扬声器的尺寸使得可以在其中放置一个低音放大器和一个独立的电源。 为此，在盒子中用栅栏隔开所需尺寸的隔间。 扬声器音量的降低通过相应加长的反相器通道得到补偿。 这种扬声器设计非常方便各种便携式电声装置。 建议在盒子的顶部面板上安装一个用于搬运扬声器的把手。 双驱动扬声器在再现较低频率方面稍有优势。 上述设计的这种改进从 800-1000 Hz 的频率开始，在低于 300 Hz 的频率时达到最大值（后坐力几乎加倍）。 反过来，这将再现的频带向较低频率扩展了大约半个倍频程。 如上所述，低音反射式扬声器的制造相对复杂。 因此，如果您想对额定功率比较大的扬声器进行简单的设计，建议选择包含四个或六个同类型磁头的组辐射式扬声器的变体之一。 这种扬声器功率很大，允许在很宽的范围内改变阻抗，并且在使用没有后壁的简单盒子时可以很好地再现低频。 四头组发射器 图 5 显示了扬声器前面板的布局，其中安装了四个相同的四瓦头（4GD-4、4GD-35、4GD-36）。 它的标称功率为 16 W（铭牌 - 最高 30 W），电阻取决于所选磁头的类型和连接音圈的方法（对于 8GD-32 和 4 或 4，它可以等于 4 或 16 欧姆其余的欧姆）。 扬声器有效地再现了从 45-50 Hz 到 12-14 kHz 的频率。
盒子的后壁缺失。 其深度为150毫米。 从内部看，箱体底部可放置低音放大器和自主电源（或整流器），无需隔断。 动圈扬声器头可以串联或混合（并串联）连接，分别如图 6 中的 a 和 b 所示，在所有情况下，头的同相开关都是强制的，这是由音圈开头和结尾的正确连接。 现代扩散器支架上的头部有彩色标记，指示线圈的起点（由图 6 中的点表示）。
在描述低频放大器时，指出它们的输出功率取决于负载电阻。 因此，使用打开磁头的各种选项，您可以选择放大器的所需特性。 例如，在放大器由电池供电的情况下，建议增加负载电阻，从而减少消耗的电流。为此，将磁头串联。如果每个磁头的电阻为 4 ohms, 那么扬声器将有 16 ohms. 头最好当放大器由强大的整流器供电时。在这种情况下，扬声器电阻将等于一个头的电阻。本书中描述的低音放大器可以同时使用自动（电池）和市电。只需用开关 B1 切换头的音圈，就可以实现更完整的电源使用，如图 7 所示。拨动开关安装在扬声器箱内旁边的头。
六头组发射器 对于声乐和器乐合奏团来说，在大厅举办舞会时，需要标称功率至少为20瓦的扬声器。 显然，四瓦的磁头，这样的扬声器只能装配五六个磁头。 对于五个头，在并串联连接中很难获得相同的电流，并且串联连接会导致扬声器阻抗过高。 因此，在扬声器中安装六个头，三个串联，两组并联，比较方便。 每个头的电阻为 4 欧姆，扬声器阻抗将为 6 欧姆，这与大多数低音放大器非常一致。 需要对扬声器中的磁头进行定相。 图 8 显示了带有六个四瓦头 4GD-4、4GD-35 或 4GD-36 的扬声器箱的草图。 前面板由两个相同的刨花板部件组成。 每个半板上安装三个头并相互串联。 选择这种前面板设计是为了提高其刚性并在空间中实现更均匀的辐射。 后者是特别理想的，因为随着扬声器中磁头数量的增加，辐射集中在垂直于前面板平面的方向上，而侧面辐射显着衰减。
应该注意的是，组辐射器类型的扬声器，尽管设计简单，但具有高额定功率和广泛的可再现频率，以及所有没有后墙的扬声器固有的缺点 - 墙壁的影响安装扬声器的房间 - 如果声音放大装置正在运行，几乎不会出现在俱乐部舞台或户外。 我们经常听到这样的问题：是否建议在功率较小的头（例如一瓦或两瓦）的基础上构建扬声器？ 这样的问题出现在业余无线电爱好者中，并且在缺乏所需负责人的情况下。 不得不说，1W或2W功率的单头喇叭是无效的。 使用圆形或椭圆形扩散器的四个或六个低功率头的组辐射器可以获得令人满意的结果。 头 2GD-3、1GD-40 和 1GD-36 是合适的，甚至更好 - 现代头 2GD-40 带有一个电阻为 4 欧姆的线圈。 文学
出版：N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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