Elektrodynamický reproduktor

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 4. srpna 2021; kontroly vyžadují 4 úpravy .

Elektrodynamický reproduktor je reproduktor , ve kterém se elektrický signál přeměňuje na zvuk v důsledku pohybu cívky s proudem v magnetickém poli permanentního magnetu (méně často elektromagnetu), po kterém následuje přeměna vzniklých mechanických vibrací na vibracemi okolního vzduchu pomocí difuzoru.

Historie

Bellův telefon a následující designy používaly elektromagnetickou kapsli k přeměně elektrických vibrací na akustické . V něm kmitá membrána z magneticky měkkého materiálu v magnetickém poli permanentního magnetu a elektromagnetu . Až do konce 20. let 20. století většina reproduktorů používala tento princip fungování. Takové reproduktory měly vysokou úroveň nelineárního a frekvenčního zkreslení, stejně jako ztráty způsobené Foucaultovými proudy a hysterezí [1] .

První cívku s pohybem proudu přes siločáry navrhl Oliver Lodge v roce 1898 pro použití v reproduktoru [2] . V roce 1924 Chester W. Ricea Edward W. Kelloggpatentoval nejblíže moderní konstrukci elektrodynamického reproduktoru [3] .

Ve 20-30 letech XX století nebyly známy materiály pro výrobu permanentních magnetů dostatečného výkonu, proto se v reproduktorech těch let používaly elektromagnety v magnetickém systému . Kromě hlavní funkce - vytváření magnetického pole pro reproduktor, fungovaly také jako tlumivka , zeslabující proud pozadí sítě, způsobený nedostatečnou filtrací usměrněného napětí v napájecím zdroji . Pro potlačení pozadí lze také použít speciální antifonální cívku v magnetickém systému reproduktoru. Přítomnost takové cívky však omezovala použití takových reproduktorů v bateriových rádiích (kvůli zvýšené spotřebě baterie), rádiových bodech a vzdálených reproduktorech (kvůli potřebě dalšího zdroje energie). Z tohoto důvodu dynamický reproduktor nenahradil hned ty elektromagnetické : například reproduktory typu Record se v SSSR vyráběly až do roku 1952. V zařízení Hi-End však lze kromě permanentního magnetu použít i reproduktory s vinutým polem.

Zařízení elektrodynamického reproduktoru

Pevná část elektrodynamického reproduktoru obsahuje držák difuzoru a magnetický systém . Difuzor je pružně spojen s držákem difuzoru zvenku pomocí závěsu a zevnitř - pomocí středící podložky . K difuzoru je pevně připojena kmitací cívka , která se může volně pohybovat v magnetické mezeře, aniž by se dotýkala stěn. Otvor ve střední části difuzoru je zakryt ochrannou krytkou .

Pozastavení

Vlnité pružné zavěšení (vlnění okraje, "límec") musí poskytovat relativně nízkou rezonanční frekvenci (tj. mít vysokou flexibilitu); planparalelní charakter pohybu (tedy absence torzních a jiných druhů vibrací) pohybujícího se systému v obou směrech z rovnovážné polohy a efektivní pohlcování energie rezonančních vibrací pohybujícího se systému. Kromě toho si suspenze musí zachovat svůj tvar a vlastnosti v čase a pod vlivem klimatických faktorů vnějšího prostředí (teplota, vlhkost atd.). Z hlediska konfigurace (tvar profilu), který všechny tyto vlastnosti výrazně ovlivňuje, jsou nejčastější závěsy semitoroidní, sin, S, atd. Přírodní druhy pryže, polyuretanová pěna, pogumované tkaniny , přírodní a syntetické tkaniny se speciálními tlumícími zátěry.

Difuzor

Difuzor je hlavním vyzařovacím prvkem reproduktoru, který musí poskytovat lineární frekvenční odezvu v daném frekvenčním rozsahu. V ideálním případě by měl kužel fungovat jako píst , vratně se pohybující, aby přenášel vibrace kmitací cívky do okolního vzduchu. S rostoucí frekvencí se v ní však objevují ohybové síly, což vede ke vzniku stojatého vlnění, což znamená špičky a poklesy rezonance ve frekvenční charakteristice reproduktoru, a ke zkreslení zvuku. Aby omezili vliv těchto vlivů, snaží se zvýšit tuhost difuzoru, přičemž používají materiály s nižší hustotou. V moderních konstrukcích se v průměru pro 8-12palcové nízkofrekvenční reproduktory rozšiřuje provozní rozsah do 1 kHz, 5-7" středofrekvenční - do 3 kHz, vysokofrekvenční - do 20 kHz .

Difuzory podle typu materiálu jsou:

Difuzory mohou být:

V praxi se používají kombinace všech tří typů za účelem posunutí rezonance do vysokofrekvenční oblasti nebo distribuce jejího rázu v širším rozsahu snížením amplitudy.

Méně používané difuzory složitějšího tvaru, například vlnité , kombinující kužel a několik závěsů v jedné části najednou - toto řešení se používá u malých širokopásmových reproduktorů za účelem snížení intermodulačního zkreslení a rozšíření rozsahu reprodukovatelných frekvencí.

Další důležité rezonance systému difuzor-závěs závisí také na tvaru tvořící přímky a tuhosti materiálu. Všechny měkké difuzory mají charakteristický pokles a následně rázovou vlnu frekvenční charakteristiky, kdy oscilace přesahují difuzor a odpružení přichází do činnosti.

Je třeba také vzít v úvahu, že pokud je dynamika rovnoměrná v nekonečné rovině frekvenční charakteristiky, pak v rovině široké 200 mm vzroste frekvenční charakteristika v oblasti 700-900 Hz, takže difuzory, které dávají pokles v této oblasti bude mít v pouzdru plochou frekvenční odezvu a nebudou potřeba další korekční obvody a někteří výrobci s tím počítají.

Čepice

Prachovka je kulový plášť, který chrání pracovní mezeru magnetického obvodu před prachem a zároveň je obvodovým výztužným žebrem. Kromě toho je čepice vyzařovacím prvkem, který přispívá k vytvoření frekvenční charakteristiky ve středních a vysokých frekvencích. Pro zajištění tuhosti konstrukce jsou kryty zpravidla vyrobeny ve tvaru kopule s různými poloměry zakřivení. Jako materiál se používají celulózové kompozice , syntetické fólie, impregnované tkaniny . Výkonné nízkofrekvenční reproduktory někdy používají kovové krytky, což umožňuje jejich použití jako přídavný prvek pro odvod tepla z kmitací cívky. Ale u konstrukcí s krytkami vznikají v prostoru mezi krytem a cívkou vysoké Q rezonance, takže někteří výrobci místo krytů dávají fázově vyrovnávací „kulky“, které nezavádějí vlastní zkreslení.

Středící podložka

Mezi difuzor a pouzdro reproduktoru je instalována speciální podložka, která by měla zajistit stabilitu rezonanční frekvence nízkofrekvenčních reproduktorů v podmínkách dynamického a tepelného zatížení, linearitu elastických charakteristik při velkých posunech pohyblivého systému, zabránit posunu kmitací cívky v radiálním směru a "prověšení" pohybujícího se systému a také chrání magnetickou mezeru proti prachu. Nízkofrekvenční reproduktory obvykle používají středící podložky se sinusovým zvlněním (počet zvlnění se pohybuje od 5-7 do 9-11), plochými nebo "přemostěnými". V některých modelech jsou však podložky složitějších konfigurací (například tangenciální), které podle firem, které je používají, poskytují větší linearitu elastických charakteristik, tvarovou stálost atd. Středící podložka měla zpočátku úplně jinou design: byl připevněn k jádru magnetického systému a vnitřku kmitací cívky. Taková podložka měla charakteristický vzhled, který jí dal název „pavouk“, který se v některých jazycích dochoval i přes to, že moderní středící podložky mají zcela odlišný design.

Jako materiály pro podložky se používají přírodní aramidové tkaniny (jako je kaliko , hrubé kaliko atd.) impregnované bakelitovým lakem, syntetické tkaniny na bázi polyamidů , polyesteru , nylonu atd. Některé nízkofrekvenční reproduktory používají podložky, jejichž materiál jsou tkané kovové (hliníkové, měděné) nitě, které podle výrobců zlepšují odvod tepla z kmitací cívky.

Hlasová cívka a magnetický systém

Hlasová cívka je cívka s drátem , která je umístěna v mezeře magnetického obvodu a zajišťuje spolu s magnetickým systémem reproduktoru přeměnu elektrické energie na energii mechanickou. Magnetický systém reproduktoru se obvykle skládá z prstencového magnetu a jádra, v mezeře mezi nimiž se kmitací cívka pohybuje, aniž by se dotýkala stěn. Velmi důležitá je rovnoměrnost magnetického pole v rámci zdvihu cívky, pro kterou jsou póly magnetů vytvořeny speciálním způsobem a na jádro je nasazena měděná čepička. Aby se snížila hmotnost cívky (což je zvláště důležité u výškových reproduktorů), výrobci někdy používají hliníkový drát, včetně drátu poměděného. Elektrický proud je do cívky přiváděn pomocí ohebných vodičů, což jsou vodiče navinuté na syntetické niti. Vodiče jsou často upevněny ke kuželu tak, aby se během provozu nedotýkaly jiných částí reproduktoru. Opačné konce vodičů jsou připojeny ke svorkovnici umístěné na základně reproduktoru (ke které jsou připájeny vodiče elektrického obvodu zařízení, ve kterém je reproduktor instalován). Svorky jsou obvykle označeny znaménky „+“ a „-“, což vám umožňuje provést správné fázování (zahrnutí běžného režimu) hlav, které tvoří systém reproduktorů . Difuzory hlavic, zapínané ve fázi, se v každém časovém okamžiku posunou jedním směrem (dovnitř nebo ven), což lze vizuálně ovládat krátkým přivedením malého konstantního napětí na hlavice.

Jak to funguje

Když je aplikován elektrický signál zvukové frekvence , cívka vytváří nucené oscilace v poli permanentního magnetu působením ampérové ​​síly kolmé k siločarám magnetického pole, strhává difuzor a vytváří ve vzduchu ztenčovací a kompresní vlny. to. Spojení difuzor-cívka kmitá s frekvencí přiváděného proudu. Při malé tloušťce magnetických jader tvořících mezeru skutečně funguje pouze malá část cívky, přibližně stejná jako tloušťka magnetických jader s mezerou. Části cívky, které přesahují mezeru, téměř nefungují, takové reproduktory mají velmi nízkou účinnost . Sílu působící na cívku lze vypočítat aplikací Ampérova zákona

,

kde  je indukce magnetického pole v mezeře,  je proud procházející cívkou,  je část délky drátu cívky umístěná v mezeře magnetických obvodů.

,

kde  je počet závitů cívky v mezeře,  je průměr cívky.

,

kde  je tloušťka magnetických obvodů tvořících mezeru,  je průměr drátu cívky.

Pro zvýšení účinnosti reproduktoru je nutné zvětšit tloušťku magnetických obvodů tvořících mezeru, přičemž úměrně se zvětšováním mezery se magnetická indukce v mezeře zmenšuje , ale relativní pracovní část cívky se zvětšuje tj. relativní pracovní část délky drátu cívky na určitou hodnotu, po které se relativní pracovní část délky drátu cívky začne zmenšovat. Když se změní amplituda elektrického signálu zvukové frekvence, změní se i poloha difuzoru. Protože elektrický signál zvukové frekvence aplikovaný na cívku má frekvenci v rámci slyšitelnosti lidského ucha (16-20 000 Hz ), difuzor také kmitá vzhledem k permanentnímu magnetu se stejnou frekvencí.

Vlastní kmitočet kmitů difuzoru většiny dynamických hlav a přilehlých vzduchových vrstev leží v rozmezí přibližně 300-12 000 Hz a čím menší a jednodušší reproduktor, tím menší je tento frekvenční rozsah a tím méně lineární jeho amplitudově-frekvenční odezva . Při frekvencích mimo tento rozsah je vyzářený výkon zanedbatelný. Pro reprodukci nejnižších frekvencí (cca 16-250 Hz) jsou dynamické hlavy malých rozměrů zcela nevhodné.

Oscilační difuzér vytváří ve vzduchu zvukové vlny, které vnímá lidské ucho. Pomocí dynamické hlavy se tedy elektrický signál frekvenčního rozsahu zvuku ze zesilovače převádí na zvuk.

Při přehrávání nejnižších frekvencí z frekvenčního rozsahu reprodukovaného reproduktorem funguje celá plocha difuzoru a při přehrávání nejvyšších frekvencí z frekvenčního rozsahu pouze jeho centrální část, která je umístěna nad cívkou. Proto je u širokopásmových reproduktorů často uprostřed uspořádán kovový, polymerový nebo papírový překryv - kopule, aby se zlepšila reprodukce vysokých frekvencí.

Specifikace dynamické hlavy

Při určování výkonových parametrů hlavy je třeba vzít v úvahu, že v SSSR v různých dobách byly vyjádřeny odlišně - do roku 1985 podle GOST 9010, později podle OST 4.383.001, jejíž požadavky jsou bližší mezinárodním standardy.

Hlavní technické charakteristiky dynamické hlavy jsou následující.

Aplikace

Pro kvalitní reprodukci signálu potřebuje reproduktor reprodukovat signál v širokém frekvenčním rozsahu s nízkým zkreslením (nelineární, intermodulační, frekvenční atd.), v širokém dynamickém rozsahu a s nejvyšší možnou účinností . Všechny tyto požadavky nelze při návrhu jednoduché dynamické hlavy zohlednit. Navíc kvůli fenoménu akustického zkratu není možné vytvořit otevřenou dynamickou hlavu, která by uspokojivě fungovala na středních a nízkých frekvencích. Pro rozšíření frekvenčního rozsahu lze použít difuzor složitého tvaru (vlnitý, s přídavným kuželem atd.). Pro kvalitní reprodukci zvuku se však používají komplexní akustické systémy skládající se z několika užších pásmových hlav a také včetně nástrojů akustického návrhu pro zvýšení účinnosti a vytvoření požadovaných charakteristik reproduktorů ( směrový vzor , ​​frekvenční charakteristika atd.).

Zařízení elektrodynamické hlavy je díky vlastnosti reverzibility principiálně shodné se zařízením dynamického mikrofonu , a proto lze tato zařízení zaměnit. Například v mnoha konstrukcích interkomů, interkomů a dokonce i v odposlechových zařízeních, které byly kdysi montovány speciálními službami do kabelových přijímačů vysílání, mohly být dynamické hlavy použity jako přijímač zvuku - mikrofon.

Poznámky

  1. ↑ V.G. Lukacher. Systémy reproduktorů // Radiofront. - 1936. - č. 5 (březen).
  2. ↑ Steven E. Schoenherr. Historie  reproduktorů . Audio Engineering Society (2001). Staženo: 6. května 2016.
  3. ↑ Steven E. Schoenherr. Rice-Kellogg  (anglicky) . Audio Engineering Society (2001). Staženo: 6. května 2016.
  4. ↑ R.M. Tereshchuk, K.M. Tereshchuk, S.A. Sedov. Polovodičová přijímací-zesilovací zařízení / A.E. Štěpánov. - Kyjev: Naukova Dumka, 1982. - S. 91. - 672 s. - 330 000 výtisků.

Literatura

Normativní technická dokumentace