Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Самое важное, о чем рассказали наши простейшие мысленные эксперименты с громкоговорителем, так это то, что на его характеристике есть линейные и нелинейные участки (изгибы).

В нашем конкретном примере (Р-72;9) линейный участок соответствует токам от —2 А до +2 А. За этими пределами, то есть при токах более сильных, чем — +2 А и —2 А, характеристика загибается, становится нелинейной. Протяженность линейного участка практически и определяет ту электрическую мощность, которую можно подводить к громкоговорителю, а значит, и мощность излучаемого звука.

Т-116. Совместив график электрического сигнала с характеристикой «ток — давление», можно получить график звука. Сейчас нам предстоит произвести довольно простую операцию — совмещение графиков, рассказывающих о том, что происходит в громкоговорителе. В дальнейшем мы будем часто выполнять точно такие же операции применительно к другим устройствам — трансформаторам, транзисторам, электронным лампам, — и есть смысл на примере громкоговорителя внимательно посмотреть, как это делается, чтобы потом уже не касаться технической стороны дела.

Будем считать, что в нашем распоряжении есть график электрического сигнала, график, который показывает, как именно меняется ток в звуковой катушке с течением времени. А задача сводится к тому, чтобы узнать, каким будет звуковой сигнал, который создаст громкоговоритель. То есть задача сводится к тому, чтобы построить график этого звукового сигнала, описать его изменение во времени.

За основу берем характеристику «ток — давление» (Р-72;9, Р-73;1) — именно она показывает, как зависит давление перед диффузором от тока в звуковой катушке, а значит, именно эта характеристика позволит узнать, каким будет звуковой сигнал, как будет меняться звуковое давление, если меняется ток.

Р-73

К характеристике «ток — давление» пристыковываем график тока (Р-73;2), повернув его, положив его на бок с таким расчетом, чтобы ось тока этого графика совместилась с осью тока на характеристике «ток — давление» (Р-73;1). Эта операция всего лишь стремление к удобству: теперь мы сможем легко и быстро от одного графика переходить к другому, для этого достаточно провести между ними короткую пунктирную линию.

Отметим, например, что в момент 2 сек ток в звуковой катушке равен 2 А, и тут же перейдем к характеристике «ток — давление», определим, что под действием тока 2 А громкоговоритель создаст звуковое давление 0,2 Н/м². И подведем итог — в момент 2 сек перед диффузором будет давление 0,2 Н/м². Отсюда уже остается буквально один шаг до графика звукового сигнала. Пристыковав к характеристике «ток — давление» две перпендикулярные оси (Р-73;3), будем определять звуковое давление для разных моментов времени и строить график звукового сигнала.

Т-117. Нелинейные искажения: в спектре сигнала появляются посторонние составляющие. Совмещенные графики — характеристики «ток — давление», график тока и график звука — подробно рассказывают, как создается звуковой сигнал и каким он получается. Говорят они, в частности, о том, что частота звука равна частоте тока, что с увеличением амплитуды тока растет и амплитуда звукового сигнала, что характер изменения звука, форма его графика, в точности повторяет график электрического сигнала (Р-73;2,3).

Этот последний вывод, однако, справедлив только в случае, если ток не выходит за пределы линейного участка характеристики «ток — давление». Если же ток заходит в область загибов этой характеристики, то прямая пропорциональная зависимость между током и давлением нарушается и график звука уже становится непохожим на график тока (Р-73;4,5). Такое искажение сигнала называется нелинейным.

В результате нелинейных искажений в спектре сигнала появляются новые составляющие, в частности новые гармоники, составляющие с частотами, кратными основной частоте (Т-100). Практически мы слышим нелинейные искажения в виде различных посторонних хрипов и скрежетов, звук из-за них становится грязным, хрипловатым. Здесь, правда, все еще зависит от того, насколько далеко ток зашел в нелинейную область характеристики, насколько велики нелинейные искажения.