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无线电电子与电气工程百科全书 扬声器中的声短路及其克服。 无线电电子电气工程百科全书
除了现在广泛使用的反相器或封闭箱，以及更昂贵的号角和迷宫式扬声器之外，是否可以采用不同的扬声器声学设计？ 本文介绍了一种在开放式音箱中拓宽有效再现低频带宽的方法，并提供了实用的扬声器设计。 在扬声器中，当电动头锥体的锥体振动时，其前表面和后表面使空气运动，交替产生压缩和稀疏。 因此，当扩散器一侧的压力增加时，另一方面，相反，压力会减少。 在低频时，如果动圈头没有声学设计（在自由空间中），由于声波的衍射，会发生声学短路，从而导致周围空间的声压大大减弱。 为了消除这种有害现象，动态磁头被放置在声屏中，从而消除了反相压缩-放电振荡的补偿效应。 此类屏幕的主要设计及其特征在[1-3]中描述。 让我们简单回顾一下这些众所周知的变体。 屏蔽罩的尺寸必须足够大，并且至少与最低可再现频率下的声波波长相称。 在较低频率（数十赫兹）下，屏蔽的尺寸很大——几米，这对于实际设计来说是不可接受的。 后壁开放的盒子是一个“折叠”的盾牌。 这种扬声器的声学设计在上世纪30-60年代被广泛应用，当时对可再现声音振动频带的要求很小。 带有迷宫的盒子，其长度等于低频波长的一半[1]，其设计和制造技术极其复杂，因此实际上并不常见。 喇叭是一种发散波导，也用于增加声音输出。 在低频时，喇叭的尺寸太大。 封闭的箱体，通常填充有吸音材料，以防止驻波和其他波浪。 在这种情况下，扩散器后表面发出的声能在箱体内部消散。 带有反相器的封闭盒子是现在最流行的声学设计类型之一，早在 1930 年就被提出了。反相器是盒子中制作的管道或孔。 反相器在非常窄的频带内工作，并且具有足够宽范围的低频信号，瞬态过程以“着色”低音寄存器的形式被延迟。 结果，不同音色的乐器听起来非常相似，即反相器实际上扭曲了真实的声音。 与之前的版本一样，大约一半的声功率在盒子中损失了。 由于缺乏其他有效的声学设计，迫使声学系统 (AS) 的开发人员使用这种技术解决方案 [2, 3]。 克服扬声器中的声学短路，同时创建简单且节能的扬声器声学设计，在宽频带下运行且几乎没有声音损失，是目前一个重要且尚未解决的问题 [2, 4]。 文章中描述的技术解决方案排除了声学短路，使得利用发声室来提高 AU 在低频下的效率成为可能。 同时，由于排除了箱体中的驻波，因此降低了对声学设计的要求，因为头部后部辐射的声能离开箱体进入空间，使其发声。 在这些设计中，受箱体体积限制的空气弹性的影响减少或完全消失，并且扬声器的谐振频率增加。 固体材料中的声能以流的形式传播，与辐射轴正交的传播比沿辐射轴传播要小得多（可达-30 dB）[5]。 在空气环境中，无论声音振动的总流的频率和相位如何，振动速度矢量相加的原理也起作用。 从振荡理论[6]还知道，彼此之间具有相同频率和任意相位并且相互垂直传播的两个简谐振动不会相互作用。 在发射器的近区，振动速度和传播速度的比率以及波长a和发射器的直径d（辐射孔）被证明是重要的。 将头部的直接和反向辐射的声流分离并将它们转换成彼此正交的声流使得可以消除发射器的声学短路。 通过建设性措施 - 在“波导”的帮助下 - 可以将扬声器扩散器后表面产生的声流旋转 90 度，如图 1 所示。 1,41（矢量B）。 在点 O 附近，来自波导的切向流的振荡速度和头部的正面辐射流（矢量 A）相加。 如果流量和振动速度相等，则在计算合成 R 时，我们得到的总声压比每个分量大 XNUMX 倍。
因此，在发射器附近的空间中，声压p增加3dB。 房间 [7] 中扬声器发出的声功率将加倍，因此，为了使此类扬声器获得相同的声功率，需要一半功率的 UMZCH： Ra = p2V/Tc 10-5, W (在 Rr = 3 m), 其中V是房间的体积； Тс——最佳混响的平均时间； Rr——动臂半径。 从公式中可以看出，如果放弃众所周知的扬声器声学设计方案，则声功率Ra的值会显着增加。 考虑到通常塞入扬声器封闭箱中的吸声材料的作用，可以吸收从锥体背面辐射的能量，真正的好处可能更大。 遵循声学短路排除的既定原则，作者开发了声学设计结构，其变体之一如图 2 所示。 XNUMX.
在具有空白后壁1的情况下，前面板2的下部（“断层板”）与垂直方向成一定角度倾斜，与前面板的上部形成用于产生声波的“波导”从扬声器头的后面。 在计算设计时，重要的是要满足来自箱体的声通量传播通过的波导的横截面积不小于扩散器后表面的面积的条件。 否则，由于箱内空气的残余弹性，最低频率的再现将会减弱。 在俄罗斯科学院声学研究所消声室进行的测量证实了所考虑的假设，这使我们能够提出本文中提出的建议。 从波导出来的声音在高频区域被耗尽，听起来比额流的声音更加柔和。 这根本不会因为扩展流动的方向不同而损害声音的音乐性：房间也参与声像的形成，使其体积庞大。 即使房间包含大量吸音材料，例如地毯和软垫家具，声音的自然度和宽敞度也不会丢失。 基于所提出的方法，作者开发并制造了立体声扬声器系统“Tsunami”。 系统的每个扬声器均采用一个低频15英寸头L-3712（来自德国），最大功率为100W，以及两个高频头6GDV-4。 声音范围分为两个频段 - 20...5000 Hz 和 5000...25000 Hz。 低频模式下的测量效率为 110 dB/VBt-m，具有出色的声音再现质量。 借助这款扬声器，平均功率为 5 W，每个通道都能为容纳 600 人的大厅发出声音。 作者在下诺夫哥罗德声学会议的报告中介绍了扬声器和声学系统样本的实验研究结果[7]。 上图。 图3示出了另一种扬声器设计以及声音流A、B和R传播的矢量图。
声流 A 位于前方，声流 B 位于后方。 矢量R是矢量A和B相加的结果。在该图中，元件的名称如下： 1-声头； 2 - 身体; 3-用于后辐射声能输出的波导； 4——波导输出孔； 5——波导壁； 6 - 波导的前壁。 这种扬声器提供了声音在空间中更分散的分布。 扬声器的前壁上还安装了高频头。 矢量图的分析如图所示。 图1和图3表明，所提出的用于消除流A和B之间的声学封闭的方法使得能够克服声音系统中的这种有害现象，同时获得能量和质量增益。 实验工作是在一个大的封闭房间内用4A-32头进行的，使用GZ-33发声器、VZ-33电压表、43-32频率计和带有MKD型电容式麦克风的00017精密噪声计。 为了获得比较参数，还对具有 4A-32 头的传统扬声器进行了研究； 以封闭箱中的串行扬声器 35GD-4 作为原型。 其测得的频率响应如图4所示。 XNUMX.
在 80 ... 12000 Hz 频率范围内，平均特征灵敏度约为 94 dB/VBt-m，不均匀度高达 26 dB。 箱内放置吸音材料。 该扬声器的声音质量不高。 上图。 图5a显示了使用相同1A-4头的Tsunami扬声器（其设计与图32所示类似）的频率响应测量结果。 在98...40 Hz频率范围内，正面辐射的平均效率提高到20000 dB/VBt-m，频率响应不均匀性降低到9 dB，可再现频带扩大。 原型机和AS“海啸”的电声效率增益达到了6,4倍！
上图。 图 5,6 显示了扬声器沿矢量 B 的频率响应，由此得出辐射频带为 50..J6000 Hz，效率为 96 dB/W-m，频带内不均匀性为 12 dB。 在 AS 35GD-4 和类似产品中，头部后辐射的能量转化为热量。 作者类比图设计制作的AS。 2 使用“Rubin”、“Electron”等显像管电视的外壳显示出优异的效果。 使用4A-32、6GD-2等磁头，能够很好地再现低频。 由于效率低且工作频带不够宽，作者没有使用带有重型移动系统的磁头。 所提出的扬声器的制造没有声学短路，可以在家中进行，并且在处理过时的设备时值得关注。 所提出的消除扬声器中声学短路的方法可以显着改进号角扬声器。 上图。 图6示出了号角扬声器1的简化设计，其是在传统的（扩散器）电动头2的基础上制成的。通过号角3发生直接声音发射，并且通过对称波导4从头发出返回辐射。矢量图在同一位置给出了水平面内的声辐射通量。
本文中提出的基于上述规定的 AS 设计只是各种可能选择的一小部分。 文学
作者：V. Nosov，莫斯科
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