Elektronik Praktyczny - Głośniki i obudowy.pdf - AKUSTYKA-ARTYKUŁY - tellmemore

Elektroakustyka

5/2000

G³oœniki i obudowy

ciœnienia akustycznego jest paskal [Pa].

Wartoœæ ciœnienia akustycznego zmniejsza

siê w miarê oddalania siê od Ÿród³a

dŸwiêku. Ograniczona czu³oœæ ucha po-

zwala na s³yszenie dŸwiêków o minimal-

nym ciœnieniu akustycznym wynosz¹cym

2·10 –5 Pa. Powy¿ej ciœnienia akustyczne-

go rzêdu 10 2 Pa nastêpuje wra¿enie bólu.

Kolejnym parametrem jest natê¿enie

dŸwiêku, charakteryzuj¹ce energiê zabu-

rzenia ciœnienia. Jest ono okreœlane jako

moc akustyczna przep³ywaj¹ca przez

1m 2 powierzchni prostopad³ej do kierun-

ku rozchodzenia siê fali. Jednostk¹ natê¿e-

nia jest [W/m 2 ]. Natê¿enie dŸwiêku male-

je z kwadratem odleg³oœci od punktowego

Ÿród³a dŸwiêku. Progowi s³yszalnoœci od-

powiada natê¿enie dŸwiêku wynosz¹ce

10 –12 W/m2. Natomiast s³yszenie bolesne

nastêpuje przy natê¿eniu dŸwiêku rzêdu

1 W/m 2 . Moce akustyczne wystêpuj¹ce

przy mowie wynosz¹ od 0,01

Wierne odtwarzanie dŸwiêku jest celem budowy toru elektroaku-

stycznego, który zaczyna siê od mikrofonu w studiu nagrañ

a koñczy na g³oœnikach lub s³uchawkach. W³aœnie te koñcowe

przetworniki decyduj¹ o jakoœci odtwarzania i wp³ywaj¹ na oce-

nê ca³ego toru. Na nic siê zdadz¹ super parametry odtwarzacza

i wzmacniacza jeœli póŸniej wszystko zepsuj¹ z³ej jakoœci i nieod-

powiednio dobrane zespo³y g³oœnikowe. W kolejnych numerach

czasopisma przedstawimy najwa¿niejsze zasady dotycz¹ce zasto-

sowañ g³oœników i wykonywania obudów g³oœnikowych. Przy

odrobinie zaciêcia do majsterkowania mo¿na pokusiæ siê o wyko-

nanie pe³nowartoœciowych zestawów g³oœnikowych, których cena

(bez uwzglêdnienia w³asnej pracy) bêdzie na pewno mniejsza ni¿

zestawów fabrycznych.

DŸwiêk i jego parametry

[m]. D³ugoœæ fali jest od-

leg³oœci¹ na jakiej wystêpuje pe³na zmia-

na zaburzenia.

Zadaniem g³oœnika, jako przetwornika

elektroakustycznego jest odtwarzanie

dŸwiêku. Dla zrozumienia w jaki sposób

nastêpuje odtwarzanie dŸwiêku wskazane

jest okreœlenie samego dŸwiêku. Mo¿na

powiedzieæ, ¿e ka¿dy drgaj¹cy obiekt znaj-

duj¹cy siê w oœrodku fizycznym (np. po-

wietrzu) wywo³uje fale dŸwiêkowe. Poru-

szaj¹cy siê obiekt wprowadza w ruch naj-

bli¿sze cz¹stki, które przekazuj¹ energiê ko-

lejnym itd. W ten sposób powstaje zabu-

rzenie oœrodka przemieszczaj¹ce siê w nim

i nazywane fal¹. Fala ta docieraj¹c do na-

szych uszu wywo³uje wra¿enie dŸwiêku.

Fala dŸwiêkowa jest wiêc przemie-

szczaj¹cym siê zaburzeniem ciœnienia po-

wietrza, jakie istnieje w otaczaj¹cej nas

atmosferze. Charakteryzuje j¹ szybkoœæ

przemieszczania, która w powietrzu wy-

nosi oko³o 340 m/s. W przypadku fali

okresowej np. sinusoidalnie zmiennej ko-

lejnym parametrem jest czêstotliwoœæ.

Czêstotliwoœæ okreœla iloœæ pe³nych zabu-

rzeñ ciœnienia w ci¹gu 1 s. Maj¹c szybkoœæ

v [m/s] i czêstotliwoœæ f [Hz] mo¿na okre-

W do

2 mW, przy muzyce dochodz¹ do 25 W.

Zakresy ciœnieñ akustycznych i natê¿eñ

dŸwiêku s¹ wiêc bardzo du¿e i dlatego

czêsto korzysta siê tu z miary logarytmicz-

nej czyli decybeli [dB]. Progowi s³yszenia

odpowiada 0 dB, natomiast poziomowi

s³yszenia bolesnego 120 dB.

Fala sinusoidalna jest przypadkiem

idealnym. DŸwiêki instrumentów jak i g³os

wywo³uj¹ zaburzenia odbiegaj¹ce kszta³-

tem od sinusoidy. Jeœli s¹ przebiegami

okresowymi, mo¿na zgodnie z twierdze-

niem Fouriera przedstawiæ je jako sumê

sk³adowych sinusoidalnych o czêstotliwo-

œciach harmonicznych tzn. bêd¹cych wie-

lokrotnoœciami ca³kowitymi czêstotliwoœci

podstawowej. Inaczej, do ucha dobiega

wtedy zestaw sinusoid. Czêstotliwoœæ pod-

stawowa nazywana jest czêsto wysokoœci¹

dŸwiêku natomiast iloœæ i proporcje har-

monicznych decyduj¹ o barwie dŸwiêku.

Ró¿nica miêdzy ciœnieniem istniej¹-

cym w œrodowisku a wywo³anym przez

zaburzenie dŸwiêkowe nazywana jest ci-

œnieniem akustycznym. Ciœnienie atmo-

sferyczne stanowi sk³adow¹ sta³¹ ciœnie-

nia, natomiast ciœnienie akustyczne jest

amplitud¹ sk³adowej zmiennej. Jednostk¹

G³oœnik dynamiczny

jego w³aœciwoœci

Ju¿ wiemy, ¿e g³oœnik bêdzie urz¹-

dzeniem technicznym do wytwarzania za-

burzeñ ciœnienia. W g³oœniku dynamicz-

nym do tego celu s³u¿y membrana poru-

szana uzwojeniem znajduj¹cym siê w po-

lu magnetycznym. Uproszczony przekrój

g³oœnika pokazuje rysunek 1.

Konstrukcjê mechaniczn¹ g³oœnika

stanowi tzw. kosz. Wewn¹trz niego znaj-

duje siê membrana zamocowana za po-

moc¹ dwóch tzw. resorów (górnego i dol-

nego). Do dolnej czêœci membrany przy-

mocowana jest cewka, która znajduje siê

w polu magnetycznym wytworzonym

przez uk³ad magnetyczny g³oœnika. Zasa-

dnicz¹ czêœci¹ uk³adu magnetycznego jest

magnes pierœcieniowy (najczêœciej ferry-

towy). Z magnesem stykaj¹ siê nabiegun-

niki wykonane z miêkkiego materia³u ma-

gnetycznego. W³aœnie w ich szczelinie jest

umieszczona cewka g³oœnika. Przep³ywa-

j¹cy przez cewkê pr¹d powoduje powsta-

nie si³y zgodnie ze znanym wzorem:

membrana

kosz

cewka

FBI l

Rys. 1 G³oœnik dynamiczny

œliæ d³ugoœæ fali

=××

0 5/2000

G³oœniki i obudowy

[ V ]

oporu powietrza i okreœlonej masy mem-

brany zmiana jej po³o¿enia nastêpuje

z opóŸnieniem. Nastêpnie widaæ przekro-

czenie po³o¿enia ustalonego, to w³aœnie

bezw³adnoœæ membrany. Wytworzone ci-

œnienie akustyczne zupe³nie nie odpowia-

da przebiegowi doprowadzonego napiê-

cia. Jest ono impulsem szpilkowym. Prze-

suniêta membrana nie wytwarza ciœnienia

akustycznego. Mo¿na wrêcz zauwa¿yæ, ¿e

powstanie ciœnienia akustycznego wymaga

ruchu membrany. Wartoœæ ciœnienia jest

proporcjonalna do przyspieszenia ruchu

membrany. Matematycznie jest proporcjo-

nalna do pochodnej wychylenia.

W³aœciwoœæ ta nie jest na szczêœcie

dyskwalifikuj¹c¹ dzia³anie g³oœnika. Ucho

ludzkie tak¿e reaguje jedynie na zmiany

ciœnienia. Dodatkowo przy odtwarzaniu

przebiegów sinusoidalnie zmiennych ich

przebieg zostaje odwzorowany poniewa¿

pochodna sinusa to cosinus – jedynie wy-

stêpuje przesuniêcie fazy o 90°. Jednak

opóŸnienia wyst¹pi¹ i tutaj zmniejszaj¹c

szybkoœæ narastania natê¿enia dŸwiêku.

Mo¿na sporz¹dziæ schemat mechaniczny

wykorzystywany do opisu dzia³ania g³o-

œnika pokazany na rysunku 3.

Zawieszenie membrany to sprê¿yna,

na której zamocowana jest masa membra-

ny poruszana si³¹ F. Masa membrany

i sprê¿yste zawieszenie s¹ przyczyn¹ bez-

w³adnoœci. Uk³ad ten charakteryzuje siê

tak¿e rezonansem, odpowiadaj¹cym

zwiêkszeniu amplitudy drgañ przy pewnej

czêstotliwoœci zwanej rezonansow¹. Uzy-

skanie jednakowych poziomów ciœnienia

akustycznego przy niskich i wysokich czê-

stotliwoœciach wymaga innych g³oœników.

Do odtwarzania niskich czêstotliwoœci nie-

zbêdna jest du¿a membrana i du¿e od-

kszta³cenie zawieszenia (du¿y skok mem-

brany). Do odtwarzania wysokich czêsto-

tliwoœci niezbêdna jest lekka i delikatnie

zamocowana membrana poniewa¿ zmia-

Zawieszenie

membrany

[ S ]

Membrana

[mm]

Rys. 3 Schemat mechaniczny g³oœnika

[ S ]

ny jej po³o¿enia musz¹ zachodziæ du¿o

szybciej. Prowadzi to do realizacji zespo-

³ów g³oœnikowych zawieraj¹cych dwa lub

wiêcej g³oœników przewidzianych do od-

twarzania ró¿nych czêstotliwoœci. Sygna³y

do tych g³oœników s¹ doprowadzane za

poœrednictwem odpowiednich filtrów.

Ruch membrany g³oœnika podlega

tak¿e t³umieniu. T³umienie mechaniczne

wprowadza zawieszenie g³oœnika. T³umie-

nie elektryczne wywo³ane jest przez ha-

muj¹ce dzia³anie cewki g³oœnika porusza-

j¹cej siê w polu magnetycznym przy za-

mkniêtych jej zaciskach (np. rezystancj¹

wyjœciow¹ wzmacniacza).

Istotnym parametrem g³oœnika jest

efektywnoœæ E okreœlana jako stosunek ci-

œnienia akustycznego p wytworzonego

przez g³oœnik zasilany moc¹ 1 W o czêsto-

tliwoœci 1 kHz, mierzonego na osi g³oœni-

ka w odleg³oœci 1 m, do ciœnienia p 0 od-

powiadaj¹cego progowi s³yszalnoœci. Wy-

ra¿ana jest w decybelach.

[N/m 2 ]

[S]

Rys. 2 OdpowiedŸ impulsowa g³oœnika

gdzie:

B – indukcja magnetyczna w szczelinie,

I – wartoœæ pr¹du,

l – d³ugoœæ przewodnika.

Doprowadzenie do cewki zmiennego

pr¹du powoduje zmiany wielkoœci i kie-

runku si³y dzia³aj¹cej na cewkê i membra-

nê, wprawiaj¹c j¹ w drgania. Poruszane

przez membranê powietrze tworzy falê

akustyczn¹.

Idea³em by³aby neutralnoœæ g³oœnika

tzn. odtwarzanie wszystkich dŸwiêków

zgodnie z ich oryginalnym brzmieniem.

Przyjrzyjmy siê zachowaniu g³oœnika przy

podaniu na jego zaciski szybko narastaj¹-

cego napiêcia co odpowiadaæ mo¿e zmia-

nie ciœnienia z jednego poziomu na inny

(u Ÿród³a sygna³u). Odpowiednie przebie-

gi prezentuje rysunek 2.

Górny wykres przedstawia przebieg

napiêcia doprowadzonego do zacisków

g³oœnika w funkcji czasu. Œrodkowy prze-

bieg odpowiada wychyleniu membrany,

a dolny to wytworzone przez membranê

ciœnienie akustyczne. Wskutek koniecznoœci

pokonania oporów zawieszenia g³oœnika,

= 20 log

[ ]

Efektywnoœæ g³oœnika jest zale¿na od czê-

stotliwoœci, co uwidacznia rysunku 4.

Na charakterystyce tej przedstawiono

tak¿e przebieg impedancji g³oœnika z (do-

k³adnie modu³u impedancji), okreœlonej

jako stosunek wartoœci skutecznych napiê-

cia do pr¹du p³yn¹cego przez cewkê g³o-

œnika. Za impedancjê znamionow¹ uwa¿a

siê najni¿sz¹ jej wartoœæ w paœmie odtwa-

rzanych czêstotliwoœci (powy¿ej czêstotli-

woœci rezonansowej). Czasem jako impe-

dancjê znamionow¹ traktuje siê impedan-

cjê g³oœnika przy czêstotliwoœci 1 kHz.

Przy niskich czêstotliwoœciach nastê-

puje wzrost impedancji wywo³any rezo-

nansem g³oœnika. Maksimum impedancji

przy niskich czêstotliwoœciach okreœla do-

k³adnie czêstotliwoœæ rezonansow¹ g³o-

œnika. Poni¿ej tej czêstotliwoœci efektyw-

noœæ silnie spada. Praktycznie widaæ ru-

chy membrany ale nic nie s³ychaæ.

Tylko niewielki procent mocy dopro-

wadzanej do g³oœnika jest zamieniany na

–– E

Z---

[dB]

[E]

100

200

500

10k

20k

[Hz]

Rys. 4 Charakterystyka czêstotliwoœciowa g³oœnika

G³oœniki i obudowy

5/2000

inne w³aœciwoœci. Nawet przy najni¿szych

czêstotliwoœciach nie wystêpuje wyrów-

nywanie siê ciœnieñ akustycznych z obu

stron membrany. Negatywn¹ jej stron¹

jest podnoszenie czêstotliwoœci rezonan-

sowej g³oœnika (zamkniête w obudowie

powietrze zwiêksza si³ê sprê¿ystoœci za-

wieszenia). Wymaga to stosowania spe-

cjalnych g³oœników o niskiej czêstotliwoœci

rezonansowej (gumowe resory górne).

Wnêtrze obudowy zamkniêtej wype³nia

siê ca³kowicie materia³em t³umi¹cym.

Obudowa rezonansowa – basreflex

(rys. 5d) jest odmian¹ obudowy zamkniê-

tej wyposa¿onej w otwór i ewentualnie

kana³. Pozwala na dodatkowe wykorzysta-

nie mocy tonów niskich promieniowanych

przez tyln¹ stronê membrany. Uzyskuje siê

to przez odwrócenie o 180° fali wytwo-

rzonej przez ty³ membrany i wypromie-

niowanie jej przez otwór w obudowie ja-

ko fali w fazie zgodnej z promieniowan¹

przez przód membrany. Przez odpowie-

dnie dobranie pojemnoœci obudowy

i ewentualnie d³ugoœci kana³u mo¿na

znacznie poprawiæ odtwarzanie niskich

czêstotliwoœci. Œcianki takiej obudowy po-

winny byæ wy³o¿one materia³em t³umi¹-

cym. Otwór lub wlot kana³u nie powinny

byæ zas³oniête. Nie odgrywa przy tym

wiêkszej roli, czy otwór znajduje siê

w przedniej czy tylnej œciance obudowy.

Zaprezentowane rodzaje obudów nie

wyczerpuj¹ pe³nej ich gamy. Aktualnie naj-

czêœciej stosowanymi obudowami s¹: obu-

dowa zamkniêta i obudowa rezonansowa.

Ich w³aœciwoœciami zajmiemy siê dok³a-

dniej w kolejnym artykule z tego cyklu.

Rys. 5 Rodzaje obudów g³oœnikowych

wyra¿ana w [%]. Jest ona sto-

sunkiem mocy akustycznej do mocy elek-

trycznej. Sprawnoœæ g³oœnika zale¿y od

czêstotliwoœci a jej przebieg ma kszta³t

zbli¿ony do przebiegu impedancji. Z t¹

ró¿nic¹, ¿e przebieg sprawnoœci opada ze

wzrostem czêstotliwoœci. WyraŸny wzrost

sprawnoœci nastêpuje przy czêstotliwoœci

rezonansowej. Sprawnoœæ g³oœników wy-

nosi od 0,1 do 2% w œrodkowej czêœci

u¿ytecznego pasma czêstotliwoœci. Przy

rezonansie wzrasta do 10%.

Moc znamionowa g³oœnika jest to

najwiêksza wartoœæ mocy pozornej

(U x I), która mo¿e byæ doprowadzona do

g³oœnika w sposób ci¹g³y, nie doprowa-

dzaj¹c do jego uszkodzenia i nie powodu-

j¹c przekroczenia dopuszczalnych znie-

kszta³ceñ nieliniowych.

Inn¹ w³aœciwoœci¹ g³oœnika jest kie-

runkowoœæ promieniowania. Okreœla siê

j¹ przez pomiar efektywnoœci pod ró¿ny-

mi kierunkami do osi g³ównego kierunku

promieniowania. Ze wzrostem czêstotli-

woœci charakterystyka promieniowania

g³oœnika ulega zawê¿eniu. W celu popra-

wienia tej w³aœciwoœci stosuje siê ró¿ne

œrodki zaradcze, ³¹cznie z tzw. membrana-

mi kopu³kowymi.

Sam g³oœnik bez obudowy promie-

niowa³by s³abo lub wcale by nie promie-

niowa³ tonów niskich. Dzieje siê to wsku-

tek wyrównywania siê ciœnieñ akustycz-

nych wytworzonych z przedniej i tylnej

strony membrany. Zadaniem obudowy

jest zwiêkszenie drogi fal dŸwiêkowych

miêdzy przodem i ty³em membrany. Od-

twarzanie ni¿szych czêstotliwoœci wymaga

obudowy o wiêkszych rozmiarach.

Odgroda p³aska (rys. 5a) jest sztywn¹

p³yt¹ o wymiarach zale¿nych od najni¿-

szej czêstotliwoœci odtwarzanej. Aktualnie

jest praktycznie stosowana jedynie do po-

miarów g³oœników.

Bardzo podobna do niej jest obudo-

wa otwarta (rys. 5b). Poprawê jej w³aœci-

woœci uzyskuje siê przez wy³o¿enie we-

wnêtrznych czêœci œcianek materia³em t³u-

mi¹cym (pianka, wata itp.).

Obudowa zamkniêta (rys. 5c), nazy-

wana obudow¹ kompakt ma ju¿ zupe³nie

à R.K.

moc akustyczn¹. Okreœla to sprawnoœæ

g³oœnika

0 6/2000

Elektroakustyka

G³oœniki i obudowy

– obudowa zamkniêta

jest absorbowana we wnêtrzu obudowy.

Szczelne zamkniêcie tylnej strony g³oœnika

powoduje sprê¿anie powietrza w obudo-

wie podczas ruchu membrany do wnêtrza

i rozprê¿anie podczas ruchu na zewn¹trz.

W obudowie powstaje poduszka powie-

trzna dzia³aj¹ca na g³oœnik jak dodatkowa

sprê¿yna. Uk³ad mechaniczny obudowy

zamkniêtej pokazuje rysunek 1.

Czêsto nawet mówi siê o zawieszeniu

powietrznym g³oœnika w obudowie za-

mkniêtej. Dotyczy to zw³aszcza g³oœników

o miêkkim zawieszeniu. Zmiana sprê¿y-

stoœci zawieszenia g³oœnika (w odniesie-

niu do otwartej przestrzeni) spowoduje

zmianê czêstotliwoœci rezonansowej

a konkretnie jej podwy¿szenie zgodnie

z podanym ni¿ej wzorem.

Parametry Thiele-Small’a

f s – czêst. rezonansowa g³oœnika [Hz],

V as – objêtoœæ zastêpcza zale¿na od sprê-

¿ystoœci zawieszenia i powierzchni

membrany [l] (inaczej jest to po-

jemnoœæ obudowy zamkniêtej

zwiêkszaj¹cej czêstotliwoœæ rezo-

nansow¹ g³oœnika 1,42 razy),

Q ms – dobroæ mechaniczna (odwrotnoœæ

t³umienia mechanicznego),

Q es – dobroæ elektryczna (odwrotnoœæ

t³umienia elektrycznego, przy za³o-

¿eniu rezystancji wyjœciowej

wzmacniacza równej 0

Jak ju¿ zauwa¿yliœmy w pierwszej

czêœci cyklu, z mechanicznego punktu wi-

dzenia g³oœnik dynamiczny stanowi sy-

stem sk³adaj¹cy siê z masy (membrany)

zawieszonej sprê¿yœcie i poruszanej si³¹.

Krótko dzia³aj¹ca si³a spowoduje porusze-

nie membrany. Zanim nast¹pi powrót

membrany do po³o¿enia spoczynkowego

wykona ona drgania gasn¹ce o czêstotli-

woœci zale¿nej od masy membrany i sprê-

¿ystoœci zawieszenia. Jest to tzw. czêstotli-

woœæ w³asna drgañ, nazywana inaczej

czêstotliwoœci¹ rezonansow¹.

Mechaniczny uk³ad drgaj¹cy mo¿na

zast¹piæ analogicznym uk³adem elek-

trycznym. Masa uk³adu mechanicznego

odpowiada indukcyjnoœci a sprê¿ystoœæ

pojemnoœci. Wygasanie drgañ œwiadczy

o wystêpowaniu strat. W uk³adzie elek-

trycznym sumaryczne straty reprezentuje

rezystancja. Wspó³czynnikiem zale¿nym

od strat jest dobroæ. Mo¿na stwierdziæ ¿e

jest ona odwrotnie proporcjonalna do

wielkoœci strat.

W g³oœniku dynamicznym straty ener-

gii okreœlane s¹ jako tzw. t³umienie. Wy-

stêpuj¹ dwa zasadnicze typy t³umienia:

mechaniczne i elektryczne. T³umienie me-

chaniczne zale¿y od strat energii w reso-

rach górnym i dolnym g³oœnika. Minimal-

ne t³umienie wywo³uje zamiana energii

mechanicznej na akustyczn¹ jaka dokonu-

je siê w g³oœniku. T³umienie elektryczne

wywo³ane jest hamuj¹cym dzia³aniem

przep³ywu pr¹du w cewce g³oœnika, który

powstaje wskutek indukowania siê SEM

w poruszaj¹cej siê cewce. Praktycznie czê-

œciej ni¿ t³umieniem operuje siê jego od-

wrotnoœci¹ czyli dobroci¹. G³oœnik o wiêk-

szej dobroci charakteryzuje siê mniejszym

t³umieniem a wiêc wiêksz¹ bezw³adnoœci¹

membrany i d³u¿szym czasem wygaszania

jej drgañ swobodnych. Czêsto nazywamy

to miêkkim zawieszeniem membrany.

Podane skrótowo w³aœciwoœci s¹

podstaw¹ zestawu parametrów u¿ywa-

nych przy projektowaniu zastosowañ g³o-

œników a zw³aszcza obudów. Parametry te

od nazwisk ich twórców nazywane s¹ pa-

rametrami Thiele-Small. Ni¿ej podamy

zestawienie tych parametrów:

Q ts – dobroæ wypadkowa w otwartym

powietrzu (odwrotnoœæ sumaryczne-

go t³umienia mechanicznego i elek-

trycznego g³oœnika bez obudowy).

Maj¹c dobroæ mechaniczn¹ i elek-

tryczn¹, dobroæ wypadkow¹ mo¿na obli-

czyæ korzystaj¹c z nastêpuj¹cego wzoru:

=×+

gdzie:

V b – pojemnoœæ obudowy [l],

f c – czêstotliwoœæ rezonansowa g³oœnika

w obudowie zamkniêtej,

W³aœnie ten wzór pokazuje, ¿e czêsto-

tliwoœæ rezonansowa wzroœnie 1,42 razy

kiedy V as =V b . Tak wiêc zmieniaj¹c objê-

toœæ obudowy w odniesieniu do objêtoœci

zastêpczej mo¿na zmieniaæ w³aœciwoœci g³o-

œnika w obudowie. W ten sam sposób

zmienia siê dobroæ wypadkowa g³oœnika po

zamontowaniu w obudowie zamkniêtej.

Q QQ

ms es

Dobroæ wypadkowa g³oœników niskotono-

wych powinna zawieraæ siê w przedziale

od 0,25 do 0,7.

Podstaw¹ w muzyce i odtwarzaniu

dŸwiêku jest tzw. fundament basowy. Od-

twarzanie soczystych niskich tonów przy

dobrych w³aœciwoœciach impulsowych

jest cech¹ prawid³owo zaprojektowanej

kolumny g³oœnikowej. Wymaga to dopa-

sowania w³aœciwoœci g³oœnika niskotono-

wego i obudowy.

QQ V

=×+

gdzie:

Q tc – wypadkowa dobroæ g³oœnika

w obudowie zamkniêtej.

Zmieniaj¹c dobroæ wypadkow¹ g³o-

œnika w obudowie zamkniêtej przez dobór

objêtoœci wewnêtrznej obudowy zmieniaæ

mo¿na charakterystykê czêstotliwoœciow¹

g³oœnika w obudowie w pobli¿u czêstotli-

woœci rezonansowej. Poni¿ej czêstotliwo-

œci rezonansowej g³oœnika nastêpuje rady-

kalny spadek ciœnienia akustycznego z na-

Obudowa zamkniêta

Koniecznoœæ stosowania obudowy

g³oœnika wynika z potrzeby oddzielenia

tylnej strony membrany od przedniej.

Zw³aszcza przy niskich czêstotliwoœciach

nastêpuje zwarcie fal akustycz-

nych promieniowanych przez

obie strony membrany i zdecy-

dowane zmniejszenie ciœnienia

akustycznego.

Obudowa zamkniêta wyda-

je siê radykalnym œrodkiem na

odizolowanie obu stron mem-

brany. Fala akustyczna promie-

niowana jest przez przedni¹

czêœæ membrany. Energia pro-

mieniowana przez tyln¹ stronê

Zawieszenie

membrany

Membrana

Poduszka

powietrzna

Rys. 1 Mechanika obudowy zamkniêtej

tc ts

G³oœniki i obudowy

6/2000

chyleniem 12 dB/okt. Przyk³adowe prze-

biegi wzglêdnej charakterystyki czêstotli-

woœciowej g³oœnika w obudowie zamkniê-

tej przy ró¿nych wartoœciach dobroci wy-

padkowej przedstawia rysunku 2.

Najkorzystniejszy przebieg odpowia-

da dobroci wypadkowej wynosz¹cej 0,7.

Przy dobroci równej 1 nastêpuje podbicie

niskich czêstotliwoœci przy jednoczesnym

zwiêkszeniu czêstotliwoœci rezonansowej,

co powoduje wczeœniejsze opadanie cha-

rakterystyki od strony niskich czêstotliwo-

œci ni¿ przy dobroci wynosz¹cej 0,7. Przy

dobroci wynosz¹cej 0,5 nastêpuje spadek

ciœnienia akustycznego ju¿ przy stosunko-

wo wysokich czêstotliwoœciach. Efektem

jest wyraŸne st³umienie niskich czêstotli-

woœci, pomimo ni¿ej le¿¹cej czêstotliwo-

œci rezonansowej.

Aby uzyskaæ wymagan¹ wielkoœæ do-

broci wypadkowej, g³oœniki przewidziane

do stosowania w obudowie zamkniêtej

powinny mieæ dobroæ wypadkow¹

w swobodnej przestrzeni Q ts zawieraj¹c¹

siê w zakresie od 0,33÷0,7. Bêd¹ to wiêc

g³oœniki o tzw. miêkkim zawieszeniu. Cha-

rakterystyczne dla nich s¹ gumowe resory

górne i du¿e wychylenia membrany przy

niekoniecznie du¿ych œrednicach.

Rozwi¹zanie to pozwala na uzyskanie

dobrych wyników przy ma³ych wymia-

rach obudowy i g³oœnika. Dlatego czêsto

u¿ywano w odniesieniu do obudowy za-

mkniêtej terminu compact. Dobra charak-

terystyka czêstotliwoœciowa zostaje jednak

okupiona zmniejszon¹ efektywnoœci¹. Dla

uzyskania wystarczaj¹cego natê¿enia

dŸwiêku niezbêdne okazuje siê zwiêksze-

nie mocy wyjœciowej wzmacniacza.

bionego przez g³oœniki nie jest najwa¿-

niejsza. Najczêœciej bêdziemy projekto-

waæ zestaw g³oœnikowy do posiadanego

ju¿ wzmacniacza czy amplitunera. Moc

znamionowa g³oœnika powinna byæ co

najmniej równa mocy znamionowej

wzmacniacza. Korzystniejsz¹ bêdzie sytu-

acja, kiedy moc znamionowa g³oœnika bê-

dzie wiêksza od mocy znamionowej

wzmacniacza. Przy wyborze g³oœnika na-

le¿y skorzystaæ z katalogu producenta lub

poradziæ siê sprzedawcy w najbli¿szym

sklepie ze sprzêtem elektroakustycznym

(mo¿na poprosiæ o dane techniczne g³o-

œnika). Na naszym rynku funkcjonuj¹ od

niedawna firmy wysy³kowe sprzedaj¹ce

g³oœniki produkcji krajowej jak i renomo-

wanych firm zagranicznych.

Zale¿nie od upodobañ basowych na-

le¿y dobraæ teraz g³oœnik o odpowiedniej

czêstotliwoœci rezonansowej. Bardziej so-

czysty i niski bas wymaga g³oœnika o jak

najni¿szej czêstotliwoœci rezonansowej.

Wi¹¿e siê to z wielkoœci¹ membrany

i w konsekwencji z wielkoœci¹ obudowy.

Przy okazji zwróciæ uwagê na pozo-

sta³e parametry a zw³aszcza dobroæ Q ts ,

która powinna zawieraæ siê w przedziale

od 0,33 do 0,7.

Do zaprojektowania obudowy nie-

zbêdna jest znajomoœæ nastêpuj¹cych para-

metrów g³oœnika: f s , V as iQ ts . Samo projek-

towanie w zasadzie polega na okreœleniu

objêtoœci obudowy V b przy jakiej uzyska siê

zak³adan¹ dobroæ wypadkow¹ g³oœnika

w obudowie Q tc . Najkorzystniejsz¹ warto-

œci¹ dobroci wydaje siê 0,7. Poszukiwan¹

objêtoœæ obliczymy z nastêpuj¹cego wzoru:

zbêdne jest zastosowanie dobroci wypad-

kowej wiêkszej od 0,7 dla uzyskania roz-

s¹dnych wymiarów obudowy. Praktycz-

nie wartoœæ dobroci wypadkowej Q tc po-

winna zawieraæ siê w przedziale od 0,6

do 1,0. Mniejsze wartoœci zdecydowanie

pogarszaj¹ odtwarzanie niskich tonów.

Wartoœci wiêksze od 1 powoduj¹ wzrost

ciœnienia akustycznego dla czêstotliwoœci

zbli¿onych do rezonansowej i pogorsze-

nie w³aœciwoœci impulsowych.

Przewidywane wyt³umienie akustycz-

ne wnêtrza obudowy materia³em t³umi¹-

cym (wata, pianka itp.) prowadzi do efek-

tywnego zwiêkszenia objêtoœci obudowy

i dlatego obliczona wartoœæ powinna zostaæ

pomno¿ona przez wspó³czynnik 0,9. Na

podstawie objêtoœci mo¿emy ju¿ obliczyæ

wewnêtrzne wymiary obudowy (zale¿nie

od kszta³tu – naj³atwiej dla obudowy pro-

stopad³oœciennej). S¹dzê, ¿e z tym zada-

niem ka¿dy poradzi sobie samodzielnie.

Maj¹c objêtoœæ obudowy mo¿emy

pokusiæ siê o obliczenie czêstotliwoœci re-

zonansowej g³oœnika w obudowie. Jest to

o tyle interesuj¹ce, ¿e praktycznie poni¿ej

tej czêstotliwoœci szybko zanika ciœnienie

akustyczne promieniowane przez g³oœnik

w obudowie. Odpowiedni wzór by³ po-

dany wczeœniej.

Do wykonania obudowy najlepiej

nadaje siê p³yta MDF o gruboœci œcianek

19 mm. W ostatecznoœci ma³e obudowy

o mocach do 50 W mo¿na wykonaæ

z cieñszej p³yty np. 12 mm. Po dok³adnej

obróbce krawêdzi œcianek sklejenie nie

powinno stanowiæ problemu. Proponujê

zastosowanie powszechnie dostêpnego

kleju Wikol. Spoiny mo¿na dodatkowo

uszczelniæ elastyczn¹ mas¹ silikonow¹.

Wnêtrze obudowy powinno byæ wy-

pe³nione materia³em t³umi¹cym. Dla

zdobycia takiego materia³u proponuje

wycieczkê po œcinki do tapicera lub skle-

pu z dodatkami krawieckimi.

Uszczelnienia wymaga krawêdŸ styku

kosza g³oœnika z obudow¹ i gniazdo po³¹-

czeniowe. Mo¿na tu zastosowaæ cienk¹

piankê poliuretanow¹ lub masê silikono-

w¹. Przy pod³¹czaniu g³oœnika do gniazda

nale¿y zwróciæ uwagê na fazê g³oœnika

i odpowiednio po³¹czyæ. Fazowanie g³o-

œnika mo¿na dokonaæ lub sprawdziæ ko-

rzystaj¹c z bateryjki. Pod³¹czenie dodat-

niego bieguna bateryjki do „+” g³oœnika

powinno spowodowaæ przemieszczenie

membrany do przodu.

Projektowanie obudowy zamkniêtej

Pominê kwestiê doboru mocy

wzmacniacza i zestawu ze wzglêdu na

wymagane natê¿enie dŸwiêku. W zasto-

sowaniach domowych iloœæ „ha³asu” ro-

Widaæ z tego wzoru, ¿e objêtoœæ we-

wnêtrzna obudowy bêdzie bezpoœrednio

zale¿a³a od parametru g³oœnika V as . Przy

dobroci g³oœnika zbli¿onej do 0,7 nie-

[dB]

–10

1 Q tc =1

2 Q tc =0,7

3 Q tc =0,5

–20

100

200

500

1000

[Hz]

Rys. 2 Wp³yw dobroci wypadkowej na charakterystykê czêstotliwoœciow¹

à R.K.

Elektronik Praktyczny - Głośniki i obudowy.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: