Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

В заключение — несколько слов горькой правды. Динамический громкоговоритель — очень плохой преобразователь энергии, он превращает в звуковые волны лишь два-три процента подводимой электрической мощности, коэффициент полезного действия громкоговорителя составляет 2–3 процента. Это значит, что, получая электрическую мощность 10 Вт, громкоговоритель создает звуковые волны мощностью 0,2–0,3 Вт. Правда, к этому ужасающему факту разбазаривания энергии нужно сделать два примечания, в какой-то мере утешительных. Во-первых, на расстоянии в несколько метров мы удовлетворительно слышим звук, если его излучатель создает акустическую мощность около 1–3 мВт. То есть мы услышим звучание громкоговорителя, к которому подведена электрическая мощность 50-100 мВт. А это величины сравнительно небольшие — такие мощности подводятся к громкоговорителю карманного приемника, мощность, потребляемая лампочкой карманного фонаря, в несколько раз больше. Для того чтобы создать громкий звук в достаточно большой комнате, вполне хватает электрической мощности 5-10 Вт.

Хуже дело обстоит в установках для озвучивания больших помещений, концертных залов, кинотеатров. Здесь уже нужны звуковые мощности в десятые доли ватта и даже в несколько ватт. А поэтому к громкоговорителям приходится подводить электрическую мощность 5-10–20 Вт или даже 20–50-100 Вт.

И второе утешительное примечание — можно было бы разными способами повысить коэффициент полезного действия громкоговорителя, но при этом ухудшилась бы способность точно, без искажений, изготавливать звуковую копию электрического сигнала. А именно это качество — воспроизведение звука без искажений, а не коэффициент полезного действия — важнее всего для громкоговорителя. И действительно, какой толк в том, что громкоговоритель дает более мощный звук, если вместо «А» он воспроизводит «У» или вместо мелодичного вальса — рев мотоциклетного мотора.

Т-114. График «причина — следствие» рассказывает о работе громкоговорителя. Начнем с примера, не имеющего прямого отношения к громкоговорителю.

Шофер нажимает на педаль акселератора, или, как ее часто называют, педаль газа, и автомобиль набирает скорость. Первый из этих двух процессов (нажимание на педаль) есть причина, второй (увеличение скорости автомобиля) — следствие. О их взаимосвязи можно рассказать словами или формулой, но проще всего с помощью графика. График (Р-72;8) покажет, что чем больше угол α отклонения педали, тем выше скорость автомобиля — водитель сильнее нажимает на педаль, в цилиндры двигателя поступает больше горючей смеси. Вначале с увеличением угла а скорость увеличивается довольно резко, но затем график идет все более полого. В значительной мере это объясняется тем, что с ростом скорости автомобиля возрастают разного рода потери энергии, например потери, связанные с завихрениями встречного воздуха. Да и мощность двигателя приближается к своему пределу.

Аналогичный график (Р-72;9) «причина — следствие» хорошо иллюстрирует и работу громкоговорителя. Причиной здесь будем считать ток в звуковой катушке, следствием — то избыточное давление воздуха, которое создает диффузор (Т-112). Для начала рассмотрим крайне упрощенную картину — диффузор помещен в небольшую замкнутую камеру и совсем уже напоминает поршень насоса. Чем больше ток в звуковой катушке, тем сильней она втягивается в магнитное поле постоянного магнита, тем дальше выдвигается диффузор и тем, следовательно, больше давление перед ним.

А если поменять направление тока (это обратное направление тока условно считаем отрицательным), то катушка будет выталкиваться из магнитного поля, диффузор уйдет назад и перед ним уже появится разряжение, то есть отрицательное давление.

Т-115. На характеристике «причина — следствие» («ток — давление») громкоговорителя есть линейные и нелинейные участки. С увеличением тока в звуковой катушке диффузор вначале выдвигается вперед (или при отрицательном токе уходит назад) и увеличивает (уменьшает) давление, как говорится, по линейному закону — давление прямо пропорционально току. Но затем давление начинает увеличиваться все медленнее и медленнее, график загибается, идет все более и более полого. Наконец, дело доходит до того, что с увеличением тока диффузор вообще перестает смещаться и давление перед ним остается неизменным. Вот одна из причин этого загиба характеристики — центрирующая шайба все сильнее сопротивляется деформирующей силе и, наконец полностью исчерпав свои запасы эластичности, вообще перестает изгибаться. Здесь самый момент прекратить эксперименты, приостановить дальнейшее увеличение тока. Иначе катушку может просто-напросто вырвать из системы подвеса. Или из-за слишком большого тока она может перегреться и перегореть.