Улучшение головок громкоговорителей
В. ШОРОВ, г. Москва
Способ улучшения параметров динамических головок, разработанный в Московском электротехническом институте связи, очень прост, не требует применения дефицитных материалов и доступен для повторения в домашних условиях, не говоря уже о производственных.
Казалось бы, узнав о нем, разработчики и изготовители головок с радостью возьмут его на вооружение, ведь при минимальных затратах он позволяет заметно снизить неравномерность частотной характеристики и нелинейные искажения без потери чувствительности. Однако "того, к сожалению, не произошло. Ни ИРПА им. Д. С. Попова, ни выпускающие головки рязанский радиозавод и гагаринский (Смоленской обл.) завод "Динамик", куда обращались сотрудники МЭИСа, им по-настоящему не заинтересовались.
Публикуя сегодня статью В. Шорова, редакция ждет от названных организаций ответа на вопросы: почему "тот эффективный способ улучшения качества головок до сих пор не используется в производстве! Что мешает его внедрению!
Важнейшей частью динамической головки громкоговорителя является, как известно, диффузор. Он определяет такие ее параметры, как диапазон воспроизводимых частот, неравномерность АЧХ, коэффициенты нелинейных, интермодуляционных и так называемых параметрических искажений (эти искажения обусловлены возникновением в излучаемом звуке составляющих, частоты которых в целое число раз меньше частоты сигнала (субгармонические колебания).
От его свойств зависит и тембровая окраска воспроизводимого сигнала. В то же время диффузоры массовых головок громкоговорителей, изготавливаемые из целлюлозной массы вместе с верхним подвесом и воротником (плоская часть, приклеиваемая к диффузородержателю), считаются наиболее простыми и самыми недорогими элементами головок, требующими в производстве наименьших трудозатрат. Такой подход приводит к тому, что диффузоры зачастую оказываются неспособными выполнять свои функции на уровне требований. предъявляемых в настоящее время к акустической аппаратуре. Таким образом, проблема улучшения этого элемента головок сейчас весьма актуальна.
Прежде чем предложить радиолюбителям способ улучшения диффузоров, рассмотрим вкратце особенности их работы.
На низших частотах диффузор ведет себя как колеблющийся поршень. АЧХ головки с оптимально сконструированным диффузором имеет в этой области гладкую форму.
На средних частотах скорость изменения фазы сигнала в звуковой катушке превышает скорость распространения механического возбуждения в материале диффузора. Последний уже нельзя рассматривать как колеблющийся поршень, поскольку не все его участки колеблются в фазе с подводимым к катушке сигналом. Однако затухание колебаний в материале диффузора на этих частотах еще недостаточно велико и, достигая диффузородержателя, они отражаются от него и распространяются в обратном направлении. Из-за взаимодействия прямых и отраженных колебаний на диффузоре образуются участки с интенсивным противофазным излучением - стоячие волны (такой режим возбуждения называется парциальным). В результате на АЧХ головки возникают значительные нерегулярности (пики и провалы), размах которых у плохо сконструированного диффузора достигает десятка децибел.
На высших частотах затухание механических колебаний в материале диффузора возрастает, и вследствие ослабления отраженной от диффузородержателя составляющей стоячие волны на диффузоре не образуются. Неравномерность АЧХ в этом участке диапазона определяется как свойствами материала диффузора, так и формой его образующей.
Нелинейные искажении головок на низших частотах (в области частоты основного резонанса) являются, как известно, следствием нелинейности подвеса диффузора и неравномерности магнитного поля на краях воздушного зазора, в котором перемещается звуковая катушка. На средних и высших частотах амплитуда смещения звуковой катушки очень мала (десятые доли миллиметра). и нелинейные искажения обусловлены здесь другими причинами. Одна из них - токи Фуко, возникающие в деталях магнитопровода (керне и верхнем фланце) во время работы головки, которые, в свою очередь, наводят ЭДС в звуковой катушке. Для борьбы с токами Фуко стремятся уменьшить электропроводность деталей магнитопровода, примыкающих к звуковой катушке.
Два других вида искажений, строго говоря, нельзя называть нелинейными, однако при существующей методике их измерения. когда учитывается лишь напряжение гармоник, они рассматриваются как нелинейные. Первый из них связан с возбуждением в материале диффузора так называемого "структурного призвука". Он возникает из-за недостаточного демпфирования материала как отклик на поступающее от звуковой катушки механическое возбуждение и придает звучанию головки громкоговорителя характерную тембровую окраску. Второй вид искажений обусловлен образованием на поверхности диффузора участков, способных при наличии стоячих волн (природа их была рассмотрена выше) излучать сигналы на собственных частотах.
Приведенный анализ особенностей работы диффузора показывает, что для повышения качества звучания головок громкоговорителей необходимо стремиться к снижению интенсивности колебаний, отраженных от диффузородержателя. С этой целью диффузоры высококачественных голове выполняют обычно с подклеенным верхним подвесом, изготовленным из материала с большим показателем затухания механических колебаний. Такие головки, однако, более дороги и нетехнологичны в производстве. В то же время улучшить работу диффузора можно и без применения подклеенного подвеса.
В 1979 г. на кафедре радиовещания и акустики Московского электротехнического института связи под руководством профессора М. А. Сапожкова была проведена работа по улучшению параметров массовых головок громкоговорителей, в результате которой был найден способ повышения демпфирующих свойств их диффузоров с помощью вибропоглощаюших мастик и покрытий. Применительно к головкам они должны удовлетворять определенным требованиям: обладать хорошей агдезией к материалу диффузора, не изменять своих свойств (хотя бы при комнатной температуре) в течение времени, сравнимого с продолжительностью эксплуатации головки. и иметь консистенцию, при которой наносимый слой мастики не повышает частоту резонанса головки вследствие уменьшения гибкости подвеса диффузора.
Перечисленным требованиям в значительной мере удовлетворяет применяемая в строительстве незасыхающая консистентная мастика "Герлен" (ТУ400-1/413-78). Она представляет собой тестообразную массу, нанесенную слоем толщиной 4,5 и шириной 200 мм на парафинированную бумагу и защищенную с противоположной стороны синтетическим покрытием.
Перед работой мастику разводят в бензине до консистенции сметаны. Наносят ее в виде кольцевой полоски шириной 3...4 мм и толщиной от 0,5 (для головок мощностью до 4 Вт с легким тонким диффузором) до 1 мм (для более мощных излучателей) на часть верхнего гофрированного подвеса. У маломощных головок с подвесом, гофрированным в виде тангенциальных полосок, мастикой покрывают его периферийную (примыкающую к воротнику) половину. Сделать это можно, например, с помощью кисточки с тыльной стороны диффузора через окна диффузородержателя.
При доработке мощных головок с диффузором диаметром более 200 мм мастику можно к не растворять. В этом случае от ленты отрезают ножницами полоски указанной выше ширины и вклеивают их (удалив предварительно защитную бумагу) в первую (от звуковой катушки) впадину гофрированного подвеса.
После нанесения жилкой мастики головку необходимо выдержать в проветриваемом помещении в течение часа, помня, конечно о соблюдении правил пожарной безопасности.
Пропитанный мастикой участок верхнего подвеса значительно наменяет свои меха нические свойства (редко возрастают потерн на вязкое трение), благодари чему усиливается поглощение механических колебаний и улучшаются демпфирующие свойства диффузора. Механические колебания при этом поглощаются дважды: и в прямом направлении (при распространении к диффузородержателю). и в обратном (от диффузородержателя). В результате исключается возможность образования на диффузоре участков с интенсивным противофазным излучением. Следствием улучшения режима работы диффузора является не только уменьшение неравномерности АЧХ головки громкоговорителя но и снижение искажений, обусловлен них парциальным возбуждением.
Об эффективности предлагаемого способа улучшения динамических головок можно судить по АЧХ (рис. 1-6), записанных в заглушенной звукомерной камере (АЧХ исходных головок изображены штриховой линией, доработанных - сплошной: акустическое оформление во всех случаях - закрытый ящик, заполненный звукопоглощающим материалом).
Puc.1
Puc.2
Puc.3
Puc.4
Puc.5
Puc.6
Анализ приведенных характеристик покапывает, что в результате доработки существенно улучшились АЧХ всех головок:
снизилась их неравномерность, особенно на средних частотах рабочего диапазона, исчезли или уменьшились пики и провалы. Несколько особняком стоит головка 15ГД-10: после доработки, наряду с уменьшением неравномерности АЧХ на средних частотах, наблюдается ее увеличение на частотах 3...5 кГц. Объясняется это тем, что головка 15ГД.10 снабжена вклеенным в основной диффузор высокочастотным излучателем, колебания которого в указанной полосе частот взаимодействуют с колебаниями основного диффузора (оптимизированный применительно к недемпфированному диффузору, этот излучатель оказался не совсем подходящим для доработанного).
Помимо снятия АЧХ, у доработанных головок (3ГД-42, 4ГД-53 и 1ГД-50) были измерены коэффициенты гармоник в диапазоне 250...10 000 Гц. Практически на всех частотах нелинейные искажения значительно уменьшились.
Важным достоинством предлагаемою способа улучшения параметров головок является сохранение их чувствительности, в то время как применение подклеенного подвеса, снижая радиальную жесткость подвижной системы головки, вынуждает разработчиков увеличивать ширину рабочего зазора, вследствие чего эта характеристика ухудшается.
Следует подчеркнуть, что отмеченное выше улучшение АЧХ и снижение искажений достигнуты при доработке готовых головок с уже оптимизированными при разработке диффузорами. Если же покрывать мастикой диффузоры (вернее, их подвес) в процессе изготовления и только потом оптимизировать их параметры, то можно предположить, что результаты будут еще выше.
В сочетании с дополнительным акустическим демпфированием среднечастотных головок [Л], предлагаемый способ доработки диффузоров позволяет значительно улучшить качество звучания громкоговорителей на базе недорогих массовых головок.
ЛИТЕРАТУРА
Попов П., Шоров В. Повышение качества звучания громкоговорителей.- Радио, 1983, N 6, с. 50-52.
РАДИО № 4, 1986 г с.39-41.
