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无线电电子与电气工程百科全书 设计具有正交辐射通量的扬声器。 无线电电子电气工程百科全书
本文提出了具有正交前向和后向辐射流的扬声器设计的简化计算的变体。 该扬声器的操作特点在文章“扬声器声学短路及其克服》（Radio，2003年，第1期）。这种声学设计的优点之一是箱体中低音头的谐振频率实际上不会增加。 克服带有电动头的扬声器中的声学短路的选择之一是作者[1]提出的设计，该设计具有与直接辐射正交的后向辐射通量（为简洁起见，我们将这种设计称为“ORTHO”类型） ）。 头部反向（后）辐射的声波在扬声器外壳的体积中传播，在反射过程中，在所有辐射频率下改变其方向高达 270° 的角度，并获得相对于正面辐射波（图 1 中的矢量 A 和 B）。 如果排除头部的背面辐射波导，则在开放式 AO 的情况下，将发生扬声器扩散器的外表面和后表面发出的振荡的声学补偿。 在这种情况下，特别是在扬声器波导中，建议用“整流罩”平滑拐角，如图 1 所示。 XNUMX 用虚线表示。
前面板2以一定的角度放置在壳体1中，以便消除由于声振动在壳体的横向平面内的反射而产生的声共振，以及使内部容积与波导相匹配。 德国 HOHNER 公司早在上世纪 30 年代末就首次使用将音乐会手风琴的音板设置为非直角的角度。 这种“破碎”的甲板形成了乐器的音色，赋予了声音柔软和天鹅绒般的感觉。 在具有来自头部和波导的正交直接辐射通量的扬声器中，总辐射可以被视为来自某个等效辐射器的声音振动。 例如，对于不同频率的谐波信号，声振荡正交流的可变相位起作用，结果，出现总辐射的明显方向（“极点”）（其数学分析非常复杂）。 由于返回辐射相位的模糊性和波导中的不同衰减（对于宽频带），磁极是可移动的，因此不会被耳朵定位。 计算已知 AO 变体的公式 [2, 3] 被证明不适合设计 [1] 中提出的扬声器。 在寻找一种方便直观的计算设计方法时，决定以电动头的外径D作为设计依据，并通过该参数来表达扬声器结构的所有尺寸。 事实证明，在没有相关技术文献的情况下，这对于设计实践来说非常方便。 经过大量的实验工作，已经建立了依赖关系，使用它可以确定 ORTHO 扬声器箱体的任何尺寸。 根据图 1 给出名称。 一： HΩ(2…2,4)D——盒子高度； B≥1,2D——前面板宽度； F=0,9D——波导屏高度3； h=0,7D——头部5中心到前面板下边缘的距离； Do——0,9D——头部孔径； G=B-阀体深度1； C≥1,8D——面板2的高度； M为前面板与箱壁之间的距离； b——本体材料的厚度； S≥0,5D2=M(B-2b)——波导3的通道截面的允许面积。 两个或多个动态头可以安装在面板 2 上，在这种情况下，必须考虑扩散器面积和波导横截面的比率来调整外壳尺寸。
与封闭的情况相比，在这种设计中，后声流的声学效果较弱，因为头部返回辐射的几乎所有声能都通过波导进入发声空间。 在这方面，厚度为 8 ... 16 mm 的刨花板（刨花板）或胶合板可用作扬声器材料（较大尺寸适用于 100 W 扬声器）。 这可以减轻扬声器箱体的重量。 它的元件借助板条、适合粘合木材的胶水和螺钉相互连接。 头部下方的孔Do的直径被选择为等于扩散器的波纹的外径。 该孔位于前面板的垂直对称轴上。 扬声器格栅和箱体饰面可根据业余无线电爱好者的艺术品味和能力进行制作。 对于防护格栅，作者使用了细网格，切成正方形并拉伸在点支撑上。 防护织物粘在固定在面板孔内的金属环上。 后盖6必须是刚性的； 它用螺钉固定到安装在外壳7的壁上的导轨1上。同时，配合表面用薄板橡胶带密封。 本体1下方设有由硬橡胶条制成的支撑件4。 请注意，将扬声器外壳安装在高达 1 m 的支架上优于直接放置在地板上。 “ORTHO”型的声学设计对于安装在墙壁甚至天花板上来说足够有效。 所有扬声器均可设为无源或有源（内置 UMZCH）。 电气连接器安装在后壁的底部。 对于此类扬声器的头的选择应特别注意。 笔者推荐使用国产动圈头，其列表及技术特点见文献[4]。 与已知类型的AO相比，所构造的“ORTHO”类型扬声器在邻近空间中产生几乎两倍的声功率。 由于接收到两个正交的辐射流，这样的声学设计可以让您在听音室中获得更加“环绕”的声音。 如果5号头（LF-MF）宽带不够，可在波导外屏安装高频动圈头，通过HPF与UMZCH连接。 您还可以在那里安装交流过载指示器。 在这种扬声器中，可以安装直径为100至450mm的电动头。 作者建议使用机械品质因数低、锥体直径大的宽带驱动器。 如果磁头在机电谐振频率处的频率响应有明显上升，那么扬声器制造商必须明白这会造成很多不必要的麻烦并为自己工作。 谐振抑制可以通过电气和机械方式进行。 在第一种情况下，调谐到机电谐振频率的并联振荡电路必须与头部线圈串联。 电路的品质因数必须与所用磁头的品质因数相匹配。 要执行适当的测量，您需要使用音频发生器、电压表、电容式麦克风、频率计、电感和电容计，并使用符合 GOST 16122-70 的方法。 但应该记住的是，磁头的品质因数绝不是一个恒定值； 它取决于扩散器振荡的幅度和机械悬架的有限灵活性。 抑制机电谐振的另一种方法是通过将声损耗引入扬声器、用棉绒、毛毡或其他类似材料填充外壳，或者将谐振器调谐到扬声器机电谐振的频率。 Helmgolyd谐振器的频率计算是根据公式进行的 fr = 0,5/π-Cv√s/(VI), 其中 V 是谐振器外壳的体积，m3; s为谐振器出口面积，m2； l 是谐振器孔的长度，单位为米； Cv是声音在空气中传播的速度，340 m/s。 亥姆霍兹谐振器的设计类似于一个瓶子。 顺便说一句，配备反相器的扬声器箱体也是一个谐振器。 这就是导致扬声器发出的低频声音再现失真的原因。 内置谐振器安装在交响乐收音机扬声器中，它以非常单调的方式再现低频：以重击声音的形式，无论乐器的类型如何。 显然，这导致了这种扬声器设计的放弃，这种设计早在上世纪 30 年代就被用于带有开放式外壳的无线电接收器中 [6]。 扬声器“ORTHO”实际上辐射两个声音流：A 和 B（图 1）。 因此，声学测量也应不同于上述 GOST 定义的普遍接受的方法。 每个流的声压是在消声室、大型消声室中单独测量的，或者在平静天气下使用上面列出的设备在空气中单独测量。 测量麦克风和扬声器的位置如图 2 所示。 频率响应测量扬声器的特性灵敏度（效率）测量台的框图如图3所示。 XNUMX.
作为激励扬声器的信号发生器，您可以使用功能强大的噪声发生器，例如具有低阻抗输出的 G2-12 型。 如果您使用低功率噪声发生器，那么您需要一个 UMZCH，最好是无变压器的。 应该记住，扬声器的频率响应形状将被显着平滑，这与实际情况非常一致，因为语音和音乐的频谱是宽带的，并且信号类似于噪声。 扬声器和测量麦克风之间的距离在 r = (2...4)d 范围内选择，其中 d 是扬声器锥体的平均尺寸。 最常见的是，使用 r = 1 m [2]。 提供给扬声器的电压由以下公式计算 U=√0,1PnomRhom（3） 式中，Pnom为扬声器的额定功率； Rhom 是扬声器的标称输入阻抗。 测试额定功率时，正弦电压设置为等于标称电压，噪声电压为标称电压的0,707。 声压计是连接到PV1毫伏表（例如VZ-2）输入端的BM33电容式麦克风。 声压取决于频率，因此至少在十个频率响应点进行测量。 如果使用噪声信号进行测量，则在测量台中按照图 3 的方案进行测量。 如图1所示，引入了三分之一倍频程滤波器，在其中频处进行声压测量。 这些滤波器的数量由频率响应宽度决定。 如果频率响应中已经存在 8/XNUMX 倍频程的谷值和峰值，则不考虑它们。 测得的声压值由公式确定 p \uXNUMXd Uo / Eoc， 式中，Uo——测量传声器输出端的电压，mV； Eoc - 测量麦克风在测量频率下沿轴的灵敏度，mV/Pa。 为了提高测量的准确性，麦克风的直径最好尽可能小，因为它使该方法更接近于平面波中的测量。 使用具有较大频率响应不均匀性的电动麦克风，可以获得仅具有定性性质的测量结果。 驻极体电容式麦克风以及带式麦克风具有更好的特性。 测量传声器必须有计量机构颁发的通行证。 根据所获得的频率响应的平均声压由以下公式确定
其中 pk 是扬声器在频率 fk 或第 k 个三分之一倍频程滤波器的平均频率处产生的声压； n 是频率或测量频段的数量（必须至少有 10 个）。 当频率响应不均匀度小于12dB时，算术平均值按下式确定
扬声器 Ex 的特性灵敏度是在测量传声器和扬声器（输入功率为 1 W）之间的工作轴上距离 1 m 处获得的，由以下公式确定 Ex = Рavg/(l√P)，其中 pav 是扬声器在标称频率范围内产生的平均声压 Pa； l——头部工作中心至测量传声器的距离，m； P - 提供给扬声器的电力 W。 通过确定与平行于频率轴的直线与扬声器的频率响应的交点相对应的频率，从扬声器的频率响应找到有效可再现的频率范围。 在倍频程频带 pav.oct 中平均声压下方 10 dB 处绘制一条直线，对应于扬声器的最大灵敏度。 该级别由公式确定
其中 ro = 2-10-5 Pa - 频率为 1000 Hz 的听力阈值。 对于正弦信号，参考点的数量必须至少为 7 个（每 1/6 倍频程），对于三分之一倍频程滤波器 - 至少为 3 个。 不均匀的频率响应是在标称和工作频率范围内确定的。 方向性特性是在阻尼室或露天中通过将扬声器相对于固定测量麦克风在 1 m 距离处转动 5-10°（在 0-360° 范围内）获得的。 方向性特性的宽度由0,707(-3dB)水平的图表确定。 当对噪声信号进行测量时，方向性是在一个或多个频率或三分之一倍频程滤波器的中频处确定的。 综上所述，为了对AS或AO的参数进行合格的评估，需要进行大量的计量工作和计算。 考虑到为了评估声学设计的有效性，需要测量电声效率 Kea=Pa/Pe 式中 Pa——声功率； Pe是输入电功率，那么测量的次数就相当多了。 声功率可由公式确定 Ra \u4d XNUMXπr2r2rsko, 式中 p——距离 r 处的声压，Pa； p——空气密度； c是声音传播的速度，等于340 m/s； K, - 集中系数，根据频率可取等于 1 ... 3。 在设计“ORTHO”型扬声器时，应该记住，上面列出的电声参数很大程度上取决于所使用的动圈头。 例如，如果磁头不能再现低频，则任何外壳设计都无法弥补这一缺点。 这种声学设计不会“破坏”扬声器的频率响应，这是相对于已知扬声器设计的决定性优势之一。 在所提出的声学设计中，可以使用带有圆形、矩形或椭圆形结构的扩散器的头。 通过在前面板上安装两个头，可以增加额定功率、抗辐射能力，并减少不均匀的频率响应。 文学
作者：V. Nosov，莫斯科
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