Посвящение в радиоэлектронику

К сожалению, такими же успехами пока не может похвастаться электроакустика. И это не случайно. Спроектировать хорошую акустическую систему — очень сложная задача, связанная со многими чисто физическими ограничениями. Главной проблемой обычно является воспроизведение наинизших частот звукового спектра. На этих частотах громкоговоритель должен излучать довольно длинные звуковые волны. Длину звуковой волны можно рассчитать по обычной формуле λ = v/f, где v — скорость звука в воздухе, равная 330 м/с, а f — частота звуковых колебаний. Если на частоте 300 Гц длина звуковой волны чуть больше метра, то на частоте 30 Гц она составляет уже 11 м! Чем же это плохо? А вот чем. Устройство обычной динамической головки громкоговорителя вы наверняка знаете. Имеется звуковая катушка, скрепленная с диффузором и помещенная в поле сильного постоянного магнита. Когда по катушке проходит ток звуковой частоты, возникает сила Ампера, заставляющая двигаться катушку и диффузор. Двигаясь вперед, диффузор создает волну сжатия. По в то же самое время на задней стороне диффузора возникает волна разрежения, и если скорость движения диффузора невелика, то воздух просто перетекает от передней стороны диффузора к — задней, не создавая звуковой волны в окружающем пространстве.

Устройство и внешнее оформление динамической головки громкоговорителя:

_{1 — магнит; 2 — звуковая катушка; 3 — керн; 4 — центрирующая шайба; 5 — диффузор; 6 — диффузодержатель; 7 — отражательная доска}

Самый простой способ улучшить воспроизведение низших частот — поместить головку на акустический экран больших размеров, раньше такой экран называли «отражательной доской», подчеркивая этим тот факт, что экран, да и весь корпус громкоговорителя изготавливали из деревянных досок. Сейчас для этой цели чаще используют древесно-стружечные плиты. Экран эффективно действует до тех пор, пока расстояние от передней стороны диффузора до задней, измеренное в обход края экрана, будет больше половины длины звуковой волны. Итак, для воспроизведения частоты 30 Гц нужен экран со стороной 5,5 м!

Как же быть? Неприемлемый из бытовых соображений, но вполне разумный с физической точки зрения выход заключается в следующем: вы сверлите круглую дыру в стене, разделяющей две комнаты и вставляете в нее динамическую головку. Стена служит акустическим экраном. А вот решение, предложенное одним американским радиолюбителем; я видел этот рисунок в старом журнале. Автор приглашает в гости (наверное, на прослушивание) приятеля и обещает: «Боб, ты не слышал Hi-Fi, пока не слышал моего!».

Кстати, тут следовало бы объяснить этот, получивший широкое распространение термин «Hi-Fi»(начальные буквы английских слов high fidelity — высокое качество, высокая верность воспроизведения звука).

«Возможный» вариант акустической системы.

Но, оставив полушутливые решения, как же все-таки добиться воспроизведения низших частот из корпуса громкоговорителя, ограниченного по размерам? Сначала шли на компромисс и корпус делали побольше, а те низкие частоты, которые все-таки воспроизводились плохо, как говорят, «заваливались» громкоговорителем, искусственно «поднимали» в усилителе звуковой частоты. Так удавалось понизить диапазон воспроизводимых частот до 100 и даже 60 Гц. Более радикальное решение проблемы пришло в 60-х годах. А что если вообще устранить излучение задней стороны диффузора? Тогда не будет и акустического «короткого замыкания» на низших частотах. Сделали закрытый ящик и набили его звукопоглощающим материалом (хотя бы ватой). Результаты получились хорошие. Несмотря на то что КПД громкоговорителя упал вдвое, диапазон воспроизводимых частот расширился. Теперь практически все акустические системы делают закрытыми. Иногда, правда, вводят еще трубку так называемого фазоинвертора. Длину ее подбирают так, чтобы объем воздуха в ящике и трубке резонировал на самой низшей частоте звукового диапазона. Тогда колебания воздуха на передней стороне и диффузора головки, и трубки получаются синфазными и складываются в излучаемой звуковой волне.

Закрытая акустическая система и ее амплитудно-частотная характеристика (________ — без звукопоглощающего материала; ―――― — со звукопоглотителем в корпусе).

Фазоинвертор и его амплитудно-частотная характеристика.