Файл: Римский-Корсаков А.В. Электро-акустика.pdf

кального сигнала,

могут

в ы з в а т ь

д р е б е з ж а н и е — у д а р ы

д и а ф р а г ­

мы о крышку .камеры, которую,

к а к

говорилось

выше,

стремятся

сделать в о з м о ж н о

меньшего

о б ъ е м а

д л я

хорошей

передачи

высо­

ких

частот.

Таким

образом,

во и з б е ж а н и е

нелинейных

искажений,

ж е л а ­

тельно не излучать с помощью одного

рупорного

громкоговори­

теля

одновременно

к а к низкочастот­

ную, т а к

высокочастотную

части

диа­

пазона .

Поэтому

т а к ж е ,

к а к

и в

слу­

чае

д и ф ф у з о р н ы х

громкоговорителей,

д л я

создания широкополосного

излуче­

ния

применяют

рупорные

двухполос­

ные

агрегаты .

-2

Н а и б о л ь ш е е

применение

такие

аг­

регаты

получили

д л я звуковоспроизво ­

дящей

а п п а р а т у р ы

кинозалов . Они со­

стоят из высокочастотной

электродина ­

мической головки с многоячеечным

ру­

пором и низкочастотных

д и ф ф у з о р н ы х

головок

большого

р а з м е р а

с

широко-

горлым

рупором

(рис. 4.42).

Частота

разделения

сигнала

м е ж д у

громкого­

ворителями агрегата берется

обычно

в

п р е д е л а х 500—1000 Гц, чтобы основная

Рис. 4.42. Рупорный 'Громко­

часть мощности

сигнала,

л е ж а щ а я

в

говорящий

агрегат:

районе

500

Гц,

п е р е д а в а л а с ь

низкочас­

/ — высокочастотный громко­

говоритель

с

многоячеечным ру­

тотным

звеном

и

не

п е р е г р у ж а л а

вы­

пором; 2 — низкочастотный

ши­

сокочастотную рупорную головку. Мно-

рокогорлий рупор; 3— отверстие

фазоинвертора

гоячеечный рупор высокочастотной ча­

сти

агрегата позволяет сделать

характеристику

направленности

более широкой

и приблизить ее к

направленности

низкочастотной

части агрегата,

т а к

что частотная

характеристика

звукового

д а в л е ­

ния в широком секторе перед

громкоговорителем

не зависит от

частоты.

ким н а п р я ж е н и е м звуковой частоты и подачи очень высокого

(до

десятков

киловольт) поляризующего н а п р я ж е н и я . Мощности

этих

высоковольтных

цепей (особенно цепей поляризации) невелики и

з а щ и т а

от

этого

н а п р я ж е н и я осуществляется сравнительно

про­

сто. О д н а к о

т а к и е громкоговорители н е в о з м о ж н о эксплуатировать

мышленных о б р а з ц о в этих громкоговорителей немного.

Схематически

устройство

электростатического громкоговорите­

ля изображено на

рис. 4.43.

Очень т о н к а я м е т а л л и з и р о в а н н а я на­

тродами в виде решеток из стержней

(или сетки) .

П р и подаче на

неподвижные

электроды поляризующего н а п р я ж е н и я

Uo симметрич­

%

но

относительно

д и а ф р а г м ы и

в о з б у ж д а ю щ е г о

~

U .—

анти­

симметрично

возникают

силы

притяжения к электродам, раз ­

ность которых

будет

д в и г а т ь

д и а ф р а г м у . В

соответствии

с

(3.14)

и в

силу

противофазно -

стн

переменного

в о з б у ж д а ю щ е ­

го н а п р я ж е н и я

сила,

действую­

т

щ а я на

д и а ф р а г м у ,

составит:

F9=-~

<Q0

+

q)V2Cd—(Q0—

1 .

— q)2/2Cd

=

4nQ0q/S.

Как

видно,

нелинейные

ис­

щ

к а ж е н и я ,

связанные

с

квадра ­

тичными членами в в ы р а ж е н и и

д л я

силы

притяжения,

компен­

сируются

и

отклонения

д и а ф

рагмы

от

среднего

положения

могут быть большими: величи­

на

4nQo/S = U0/d

п р е д с т а в л я е т

собой

напряженность

электри ­

+ и0 -

ческого

поля

м е ж д у

электрода ­

Рис. 4.43. Электростатический

гром­

ми

и д и а ф р а г м о й . Ч е м

больше

эта

напряженность,

тем

боль­

коговоритель

ше

коэффициент отдачи

гром ­

коговорителя. П р е д е л

этой

величине

ставится

электрической

проч ­

ностью изоляции м е ж д у электродами

и д и а ф р а г м о й ,

а т а к ж е

устой­

чивостью д и а ф р а г м ы

в электрическом

поле

(см.

п а р а г р а ф 4.8).

Практически эта величина достигает несколько десятков

кВ/см . Во

избежание повреждения

д и а ф р а г м ы

при случайных

касаниях

не­

подвижных электродов при больших отклонениях на

электроды

на­

носят тонкий

защитный

изоляционный

слой

и п о л я р и з у ю щ е е

на­

п р я ж е н и е на

д и а ф р а г м у

подают

через

весьма

большое

сопротив­

ление.

Частотную

характеристику чувствительности

электростатиче ­

ского громкоговорителя

м о ж н о расчитать

на

основании

(4.85).

Вследствие того что громкоговоритель имеет практически

чисто

емкостное электрическое

сопротивление,

удобнее

р а с с м а т р и в а т ь

его чувствительность

не

по

току,

а

по н а п р я ж е н и ю

Ug

на

входе

Еа

=

I pl\>Ug I =

I Pli

II i/pVg

I =

I Pi і II z +

Rt]-1.

(4.93)

Величину

\p/i\

находят

с п о м о щ ь ю

(4.85);

полное

электрическое

сопротивление

громкоговорителя

z=

(icoCo)- 1 —M2 /(So+ $н );

—

внутреннее сопротивление;

и. — к о э ф ф и ц и е н т

усиления

л а м п

око­

нечного

к а с к а д а

усиления,

коэффициент

электромеханической

связи M =

Uo/(iad),

Ьо — механическое

сопротивление

д и а ф р а г м ы :

%u=poC,oSKa

. Независимость

Ек

от частоты

достигается при

усло­

виях: г «

(icoCo)"1 ,

Ri<.z;

& 0 < а н ;

К ш

= 1 . В

этом случае

£„ = ( Q S / 4 n D 2 ) 1 / 2 t 7 0 / d 2 .

Условие К ш

=

1 соответствует

тому,

что

п л о щ а д ь

д и а ф р а г м ы

велика-

и

сопротивление

излучения

ее б л и з к о

к

предельному

(p0 coS),

а

условие § о<С5я

означает, что

механическое

сопротивле­

ние д и а ф р а г м ы

мало

по

с р а в н е н и ю

с

сопротивлением

излучения

воздуха.

Д л я д и а ф р а г м

применяется

п л а с т м а с с о в а я

пленка

в 5—6

мкм

толщины,

с поверхностной

плотностью 7 Ч - 8 - 1 0 -

4 г/см 2 .

Р е а к т и в н о е

сопротивление массы такой пленки с р а в н и м о с волновым

сопро­

тивлением

воздуха

только

на

частоте

15-^20 к Г ц . Таким о б р а з о м ,

полное

механическое

сопротивление

| 3 н + 5о|

возрастает

всего в

V 2 р а з по сравнению

с

j„

на

к р а ю

слышимого д и а п а з о н а

частот .

Соблюсти

условие

малости

внутреннего сопротивления

оконечного

к а с к а д а усиления по сравнению с емкостным сопротивлением

гром ­

коговорителя в

широком

д и а п а з о н е частот не

удается . Д л я

согла ­

Часто применяют р а з д е л е н и е громкоговорителя н а

2, 3

и более

частей, к а ж д а я

из

которых

предназначена

д л я

передачи

только

части д и а п а з о н а

частот. Линейные

р а з м е р ы и з л у ч а ю щ и х

д и а ф р а г м

и емкости этих полосных громкоговорителей

находятся в

обратном

отношении к средней частоте излучаемой полосы . Такое

р а з д е л е ­

ние

диктуется

еще

и тем, что отклонение

д и а ф р а г м ы

при

излуче­

нии

звукового

д а в л е н и я заданной

амплитуды обратно

пропорцио­

нально частоте. Д л я излучения достаточной

мощности

низких

ча­

стот

требуется

большой зазор между э л е к т р о д а м и

и

б о л ь ш а я

пло­

щ а д ь д и а ф р а г м ы .

Собственная частота

д и а ф р а г м ы

д л я

устойчи­

вой

работы ее

д о л ж н а быть

н и ж е рабочего

д и а п а з о н а

частот. Та­

к а я

д и а ф р а г м а

на

частотах,

п р е в ы ш а ю щ и х

частоту

ее

основного

резонанса, имеет

тенденцию

к о л е б а т ь с я

с большим

числом узло­

4.13. М А Г Н И Т О С Т Р И К Ц И О Н Н Ы Е И З Л У Ч А Т Е Л И

О б щ а я х а р а к т е р и с т и к а

Магнитострикционные излучатели

применяются

д л я

излуче­

ния колебаний в жидкости и т в е р д ы е

тела.

Н а и б о л ь ш е е

распро­

странение они получили в ультразвуковой технологии, а

т а к ж е в

некоторых морских акустических п р и б о р а х :

эхолотах,

рыболока -

торах .

дает высоким механическим сопротивлением и может

р а з в и в а т ь

большие механические усилия, но при сравнительно

небольших

амплитудах колебаний. Д л я эффективного использования магни­

шое

сопротивление

нагрузки . Сравним волновые сопротивления

(в

г / с - 1

с м - 2 ) воздуха,

воды

и стали с волновым сопротивлением

маг­

нитострикционного

м а т е р и а л а — никеля:

Воздух

42

Вода

l-5-ilO4

Сталь

40-іЮ5

•Никель

42-Ю5

Отсюда видно, что волновое сопротивление воздуха

в 100

000

раз, воды — в 30 раз меньше волнового

сопротивления

никеля,

а

волновые сопротивления

стали и никеля

практически

одинаковы .

воздух весьма

затруднен, в

воду передача происходит во много

р а з лучше,

а

в

с т а л ь волна

из никеля проходит практически без

о т р а ж е н и я

от

места соединения.

бодно

колеблющегося на

резонансе полуволнового стержня, к а к

генератора

механической

энергии, п а д а е т

во

столько р а з , сколь­

ко составляет

добротность никелевого стержня . Добротность мо­

ж е т достигать

ІН-5-103 , так что сопротивление полуволнового виб­

ратора

из

никеля,

приведенное к

пучности

колебаний,

составит

всего

l-f-5-103

г / с - 1 с м - 2 .

Это д а ж е

много

меньше, чем

волновое

сопротивление

воды,

т а к

что э ф ф е к т и в н а я

н а г р у з к а магнитострик ­

вание при излучении

в воздух д а ж е при

высокой

добротности

на

резонансе оказывается

плохим .

Н а и б о л е е распространенные конструктивные ф о р м ы магнито-

стрикционных излучателей

— это стержневой и

кольцевой излу­

чатели. П р и н ц и п и а л ь н а я

конструктивная

схема

стержневого

из-