система ГГ совершает колебания с большой амплитудой (особенно на частоте основного резонанса) со всеми вытекающими нежелательными последствиями. Тем не менее, оформление «акустический экран» находит широкое применение среди энтузиастов, использующих раритетные, иногда довоенные (имеется в виду 2-я мировая) широкополосные ГГ. Эти излучатели являются высокодобротными и крайне дефицитными, даже их составные части редко встречаются в природе и, как правило, в рассеянном виде. Так как для получения гладкой АЧХ в области низких частот полная добротность ГГ в оформлении не должна превышать 0,8–0,9, то ГГ с добротностью выше 1 и оформлять-то некуда, кроме как в открытые оформления. Можно, конечно, в закрытые ящики объ мом до 1,5 м3 (Free air) с соответствующими габаритами и весом, что опять-таки проблемно, можно врезать в стену, нагружая соседнее помещение, что, по меньшей мере, не оригинально, учитывая, что там находятся или живут не энтузиасты.

Несмотря на некоторые проблемы применения оформления «акустический экран» на низких частотах, его применение для воспроизведения средних и высоких частот является оправданным, а иногда необходимым для формирования нужных и заданных характеристик АС (п. 5.6.1).

5.3.2. Открытый корпус

Для уменьшения размеров акустического экрана можно загнуть его края, получив таким образом «св рнутый» экран — ящик без задней стенки или открытый корпус (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Открытый корпус

Может показаться, что этот вид оформления является разновидностью экрана, но это справедливо лишь в некоторой степени, несмотря на то, что при расч те и разработке геометрии открытого корпуса следует руководствоваться теми же соображениями, что и для акустического экрана. Это акустическое

86

оформление скорее является разновидностью резонатора Гельмгольца (п. 3.5) с резонансной частотой f , Гц [5]

f =	172	4		S		,	(5.3)
	V
где S — площадь отверстия (задней стенки) (см2);
V — объ м корпуса (дм3);
f выбирается равной частоте основного резонанса ГГ в воздухе							f0.

Электромеханической эквивалентной схемой ГГ, установленной в открытом корпусе, также является схема в табл. 3.3а, но в этом случае присоедин нная масса воздуха в корпусе и его упругость играют более существенную роль чем в экране, но не такую определяющую как в закрытом корпусе. Измерения параметров Тиля-Смолла ГГ в открытом корпусе показывают несколько иные значения по сравнению с аналогичными параметрами ГГ в экране,. кроме того, сравнение частотных зависимостей активных составляющих Z изл (табл. 3.3а) также демонстрирует различия.

Высказываются мнения о значительно большем влиянии на АЧХ открытого корпуса площади передней стенки по сравнению с его глубиной [8], нам это представляется спорным. Тем не менее нежелательно выполнять это оформление с глубиной более одной восьмой длины волны, излучаемой ГГ на частое своего основного резонанса. При больших глубинах оформление «открытый корпус» превратится в систему с распредел нными параметрами — «открытую трубу», а строже, в акустическое оформление «акустическая трансмиссионная линия», но это уже совсем другая история и глава.

Для подавления резонансов открытого корпуса, его стенки и (или) объ м покрываются (заполняются) звукопоглощающими волокнистыми упругопористыми материалами, открытая задняя стенка закрывается съ мной декоративной рамкой, обтянутой тканью с высокой акустической прозрачностью. ГГ также как и в акустическом экране устанавливаются на передней панели асимметрично.

Оформление «открытый корпус» в прошлом имело очень широкое распространение в радиопри мниках, телевизорах и т. д., в настоящее время это оформление встречается крайне редко, хотя в случае высокодобротных ГГ может быть единственно возможным.

5.3.3. Закрытый корпус (closed box, acoustical suspensions)

«Закрытый корпус» является одним из наиболее распростран нных видов акустического оформления. В этом случае поступают радикально, полностью изолируя излучение задней стороны диффузора ГГ, помещая е в герметичный закрытый корпус (рис. 5.4) и полностью устраняя акустическое «короткое замыкание».

87

При этом к упругости подвижной системы ГГ прибавляется упругость воздуха, содержащегося в объ ме закрытого корпуса, снижая гибкость ГГ

(рис. 5.5).

Рис. 5.4. Закрытый корпус

Рис. 5.5. Механическая схема ГГ в закрытом корпусе:

rмгг,cгг,mгг — коэффициент механических потерь, гибкость, масса

подвижной системы ГГ с присоедин нной массой воздуха;

rмв,cв — коэффициент механических потерь, гибкость воздуха в объ ме корпуса с уч том звукопоглотителя

Наличие дополнительной упругости воздуха в корпусе приводит к повышению собственной резонансной частоты ГГ fк и е полной добротности Qпк:

fк	= f0	1+Vэ			,			(5.4)
				Vк
Q	= Q		1+Vэ		,			(5.5)
пк	п				Vк

88

где fк — резонансная частота ГГ в корпусе;

f0 — собственная резонансная частота ГГ в воздухе; Vэ — эквивалентный объ м ГГ;

Vк — объ м корпуса;

Qпк — полная добротность ГГ в корпусе;

Qп — полная добротность ГГ в воздухе.

Таким образом, упругость воздуха в корпусе становится определяющим фактором, что накладываются определ нные требования на параметры НЧ ГГ, используемых в этом типе оформления. Они должны обладать низкой собственной резонансной частотой и полной добротностью, т. е. иметь высокую гибкость и достаточно большую массу подвижной системы. Кроме того, такие ГГ должны иметь длинную намотку звуковой катушки и особую конструкцию магнитной системы, обеспечивающие большой ход катушки в магнитном поле с одинаковой индукцией. Также следует иметь в виду, что увеличение массы приводит к снижению уровня характеристической чувствительности и КПД, что опять же требует применения мощных магнитных цепей для получения высокого коэффициента электромеханической связи и низкой электрической добротности.

Для расч та акустического оформления АС и анализа процессов в них на НЧ применим метод электромеханических аналогий с последующим использованием математического аппарата теории четыр хполюсников (гл. 3). При анализе электрических четырехполюсников используют передаточную функцию, которую в случае АС в области НЧ можно представить в следующем виде

T(S) = Pвых(S) Uвх(S),

(5.6)

где Pвых(S) — комплексный выходной сигнал — звуковое давление; Uвх(S) — комплексный входной сигнал– электрическое напряжение;

=— комплексная частота.

Поскольку «закрытый корпус» на НЧ, как и многие другие оформления, является системой с сосредоточенными параметрами, передаточная функция такой системы может быть аппроксимирована дробно-рациональной функци-

ей [1]

Tn(S) =Wm(S) Gn(S),

(5.7)

где Wm(S) и Gn(S) — полиномы степени m и n ≥ m соответственно. T(S) АС в области НЧ в общем виде может быть представлена в виде:

T(S) = Ha(S) Hk (S),

(5.8)

89

где Ha(S) и Hk (S) — передаточные функции ГГ в корпусе и корректи-

рующей цепи.

В случае оформления «закрытый корпус», без корректирующей цепи

H

k

(S) =1, T

2

(S) = H

a2

(S) = A S2

(a

2

S2 + a (S) + a

0

),

(5.9)

1

1

где A1,a0,a1,a2

— коэффициенты,

зависящие от электромеханических

параметров ГГ и корпуса.

Выражение (5.9) аналогично передаточной функции фильтра ВЧ полиномиального типа второго порядка, АЧХ которого претерпевает спад в сторону НЧ с крутизной 12 дБ/окт. По передаточным функциям можно вычислить важные характеристики АС: АЧХ, ФЧХ и ГВЗ.

АЧХ: 20lg[Ha2(S)]= 20lg{Re2[Ha2(S)]+ Im2[Ha2(S)]};	(5.10)
ФЧХ: arg[Ha2 (S)]= arctg{Im[Ha2 (S)] Re[Ha2 (S)]};	(5.11)
ГВЗ: −d{arg[Ha2 (S)]} dω ,	(5.12)

где Re[Ha2 (S)] и Im[Ha2 (S)] — действительная и мнимая части передаточной функции Ha2(S).

Эквивалентная акустическая схема ГГ в закрытом корпусе представлена на рис. 5.6 [10].

Анализ эквивалентной схемы показывает, что она является аналогом электрического фильтра второго порядка, АЧХ которого имеет спад в области НЧ 12 дБ/окт.

Методика расч та закрытого корпуса давно разработана, апробирована и успешно работает, подробнейший анализ этого оформления содержится, например, в работах [1, 5, 10]. В этих работах рассчитаны семейства АЧХ в НЧобласти для разных значений fк и Qпк , которые представлены на рис. 5.7 [10].

Анализ этого семейства показывает, что для получения максимально линейных АЧХ в области НЧ и возможно более низкой граничной частоты воспроизведения следует выбирать Vк, обеспечивающий полную добротность сис-

темы ГГ — корпус Qпк = 0,7–1,0. При этом не следует забывать, что в многоп о- люсных АС QЕ, а следовательно, Qп ГГ повысится из-за наличия (как правило) последовательно включенной с ней индуктивности:

QЕФ = QЕ (1+ RL RЕ ),

(5.13)

где QЕФ — электрическая добротность ГГ в воздухе с фильтром;

90

QЕ — электрическая добротность ГГ в воздухе без фильтра; RL — активное сопротивление индуктивности;

RЕ — сопротивление ГГ по постоянному току.

Рис. 5.6. Упрощенная эквивалентная акустическая схема закрытого корпуса:

1 — источник сигнала; 2 — ГГ; 3 — корпус; Мгг — масса подвижной системы ГГ вместе с присоединенной

массой воздуха; Сгг — гибкость подвижной системы ГГ;

Rгг — акустическое сопротивление потерь в подвижной системе;

Cк — гибкость воздуха в корпусе;

Rк — акустическое сопротивление потерь в корпусе

Рис. 5.7. Нормированные АЧХ закрытого корпуса для разных

значений Qпк : 1 — Qпк = 2; 2 — Qпк = 1,4; 3 — Qпк = 1,0;

4 — Qпк = 0,707; 5 — Qпк = 0,5

91

Для определения частоты среза f-3, на которой уровень звукового давления падает на 3 дБ относительно нуля можно использовать табл. 5.1 [1].

Таблица 5.1

Определение частоты среза

Qпк	0,7	0,8	0,9	1,0
f-3 fк	1,00	0,9	0,83	0,79

Учитывая, что оформление «закрытый корпус» имеет наинизший КПД из всех возможных оформлений, следует выбирать НЧ ГГ с высоким уровнем характеристической чувствительности и КПД, не забывая о требованиях упомянутых выше.

Для примера рассчитаем АС «закрытый корпус» на основе ГГ 6ГД-2. Основные параметры этих ГГ, как и всех других, использованных в примерах рас- ч тов, приведены в табл. 5.5. Из семейства АЧХ на рис. 5.7 выберем вариант с Qпк = 1,0. Из формулы (5.5) определим Vк:

		Vэ							200		3
Vк =							=			=100	дм .
	(Q	/Q )	2		−1				2
	пк	п
Из формулы (5.4) найд м fк:
	fк = 30							= 52Гц .
				1+2
Из табл. 5.1 f-3 = 52 0,79 = 41Гц,					что вполне неплохо, учитывая, что кру-

тизна спада АЧХ в сторону НЧ составляет 12 дБ/окт.

В заключение следует обратить внимание на важность заполнения всего объ ма корпуса пористым волокнистым звукопоглощающим материалом с высоким коэффициентом поглощения звука. Звукопоглотитель рассеивает энергию стоячих волн, подавляя вызванные ими резонансы, понижает механическую добротность ГГ в корпусе почти в два раза, увеличивая е демпфирование. Кроме того, звукопоглотитель интенсивно поглощает тепло, которое выделяется при увеличении давления в корпусе, препятствует возрастанию упругости воздуха при нагревании, т. е. повышает его гибкость, что эквивалентно увеличению объ ма корпуса. Этот эффект всегда положителен, поскольку приводит к увеличению звукового давления и КПД, снижению fк и f-3. Наличие

звукопоглотителя необходимо учитывать при расч тах. И, наконец, грамотно рассчитанные и сконструированные АС типа «закрытый корпус» демонстрируют наилучшие переходные характеристики из всех видов акустических оформлений.

92