Что такое акустические системы и как они устроены

Акустические системыДобрый день, друзья!

А у вас на рабочем столе тоже стоят «ящички», из которых звучит музыка? Значит, у вас есть акустические системы.

А хотите узнать, как они устроены?

Правда, интересно ведь – как это из магнита, катушки с проводом и бумажного конуса получается звук?

Вот так интересно было мне, когда много лет назад на бабушкином чердаке я наткнулся на старый репродуктор.

Акустические системы – это устройства, превращающие электрический сигнал звуковых частот в звук.

Основой любой акустической системы (АС) является динамический громкоговоритель (speaker).

Давайте посмотрим, как устроен этот самый

Динамический громкоговоритель

Который еще называют динамиком. Он состоит из:

  • кольцеобразного постоянного магнита,
  • металлической шайбы,
  • металлического стержня,
  • гибкого диффузора,
  • подвижной катушки с проводом,
  • металлического держателя
  • гофрированной центрирующей прокладки

Металлический стержень, постоянный магнит и металлическая шайба собраны в единый конструктив – таким образом, что между шайбой и стержнем получается небольшой кольцеобразный зазор. В зазоре присутствует достаточно сильное магнитное поле.

ДинамикВ это поле помещается легкая катушка с тонким проводом, жестко соединенная с диффузором – гибкой конусообразной вкладкой из специального материала (чаще всего – из целлюлозы).

В верхней своей части катушка жестко соединена с центрирующей прокладкой. Прокладка приклеена к металлической шайбе. Центрирующая прокладка необходима для того, чтобы катушка при работе не перекашивалась в зазоре. Величина зазора выбрана таким образом, чтобы при достаточно сильном магнитном поле катушка свободно двигалась и не терлась о шайбу и стержень.

Диффузор в своей верхней части через гибкий (чаще всего – резиновый) подвес присоединен к металлическому держателю (корпусу) громкоговорителя.

Как работает громкоговоритель?

При подаче напряжения звуковой частоты на катушку в ней возникает переменное магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным магнитным полем в зазоре.

Возникающая при этом сила двигает диффузор. Он колеблется с частотой переменного напряжения, подаваемого на катушку. Как известно из физики, любое колеблющее тело излучает волны в соответствующем диапазоне.

Хорошей иллюстрацией к этому служит поведение камертона (прибора в виде вилки для настройки музыкальных инструментов).

Если ударить вилкой камертона о какой-нибудь предмет, длинные концы вилки начнут колебаться и излучать звук. Если частота колебаний невелика, дрожание вилки можно увидеть невооруженным глазом.

В отличие от камертона, который излучает только одну частоту, диффузор излучает звук в некотором диапазоне частот. Диапазон определяется параметрами диффузора (в частности, его массой и диаметром). Чтобы излучать без искажений звуки низких частот, динамик должен обладать большим диаметром диффузора.

Человеческое ухо слышит звуки в диапазоне примерно от 16 до 20 000 Герц. Но это в лучшем случае! Звук в ухе воспринимается барабанной перепонкой, которая  с возрастом постепенно теряет подвижность. Поэтому с возрастом верхняя граница слышимого диапазона снижается.

Зачем нужны разные динамики?

Динамики в акустической системеОдна динамическая головка неспособна эффективно воспроизводить звук во всем диапазоне частот.

Если взять динамик с большим диффузором – он будет обладать относительно большой массой и инерцией.

Он хорошо воспроизведет раскаты грома или звук большого барабана.

Однако большой диффузор просто «не успеет» воспроизвести, скажем, писк комара.

При воспроизведении высоких звуковых частот диффузор должен обладать как можно меньшей массой и инерцией, ведь его колебания очень невелики по амплитуде и имеют большую частоту.

Но динамик с маленьким диффузором не сможет полноценно передать атмосферу танкового сражения в компьютерной игре.

Надо, чтобы при выстреле со стула сносило… ))

Поэтому промышленность выпускает динамики разных диапазонов частот:

  • Низкочастотные,
  • Среднечастотные,
  • Высокочастотные

Приводить численные значения не будем, так как эти диапазоны достаточно условны. Бывают еще широкополосные динамики. Широкополосность обеспечивается специальной конструкцией. При этом, по существу, один конструктив содержит в себе две излучающих головки.

Самыми большими габаритами обладают низкочастотные динамики, самыми маленькими – высокочастотные.

И что дальше делать с этой кучей динамиков?

Для эффективного воспроизведения звук подают одновременно на два или три динамика, каждый из которых излучает свой диапазон частот. Соответственно, бывают двухполосные или трехполосные АС.

Подача определенного диапазона частот обеспечивается с помощью активных или пассивных фильтров.

Пассивный фильтр в АСАктивные фильтры сделаны на основе активных элементов (чаще всего – операционных усилителей).

Пассивные фильтры – это набор пассивных элементов (катушек индуктивности, конденсаторов и резисторов).

На низкочастотную головку сигнал подается через фильтр нижних частот, который пропускает ее рабочие частоты и задерживает (строго говоря, ослабляет) то, что выше.

На высокочастотную головку сигнал поступает через фильтр верхних частот, который пропускает только высокочастотные звуковые колебания и задерживает то, что ниже.

Сигнал на акустические системы поступает с выхода усилителя. Чаще всего усилитель выдает сигнал во всем диапазоне частот. И затем этот сигнал разрезается фильтрами на полосы и подается на динамики.

Существует и другой подход. Вначале весь диапазон делится на полосы с помощью активных фильтров, и каждая полоса подается на свой усилитель. Это позволяет избавиться от громоздких пассивных фильтров и повысить качество воспроизведения, хотя и увеличивает аппаратные затраты. Ведь теперь надо иметь два или три усилителя вместо одного!

А зачем нужны эти громоздкие ящики?

Сразу скажем — не только для красивого внешнего вида!

Для хорошего воспроизведения низких частот низкочастотными динамиками необходимо соответствующее акустическое оформление. Если подключить к усилителю «голый» (пусть даже и хороший) динамик, никаких «сочных» басов мы не получим.

Но если установить его на доске с отверстием напротив диффузора, а доску в корпус, качество воспроизведение значительно улучшится. Эта доска с корпусом и есть акустическое оформление.

ФазоинверторВ заключение отметим, что таких оформлений существует несколько видов.

Чаще всего используется закрытый корпус с отверстием в виде фазоинвертора.

Таким образом, корпус служит не только для создания красивого внешнего вида, но и качественного воспроизведения.

Внутри корпус может быть заполнен звукопоглощающим материалом — для выравнивания амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).

Фазоинвертор – это не просто отверстие в корпусе. В это отверстие вставляется пластмассовая труба небольшой длины.

Динамик, как электротехническая система, имеет собственную резонансную частоту.

Фазоинвертор должен быть настроен на эту частоту. То есть его труба должна иметь определенную длину и диаметр. Следует отметить, что акустическое оформление влияет только на воспроизведение только низких частот.

В следующей части статьи мы посмотрим, что еще находится внутри активных акустических систем.

Можно еще почитать:

Книга «Ремонтируем UPS самостоятельно».

До встречи на блоге!


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

© 2017 Компьютер и жизнь // Дизайн и поддержка: GoodwinPress.ru