Głośniki i obudowy - PE, Elektronika, Artykuły, poradniki
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
12
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.
l
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-
v
f
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.
m
l=
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
S
N
N
S
S
S
N
N
cewka
FBI l
Rys. 1 G³oœnik dynamiczny
œliæ d³ugoœæ fali
=××
0
5/2000
G³oœniki i obudowy
13
u
[
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
0
t
[
S
]
Membrana
m
d
F
[mm]
Rys. 3 Schemat mechaniczny g³oœnika
t
0
[
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.
P
[N/m
2
]
t
0
[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,
E
=
20 log
p
p
[ ]
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]
90
16
80
8
70
20
50
100
200
500
1k
2k
5k
10k
20k
f
[Hz]
Rys. 4 Charakterystyka czêstotliwoœciowa g³oœnika
dB
14
G³oœniki i obudowy
5/2000
a)
b)
c)
d)
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
h
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
33
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 (odwrotnoϾ 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:
W
V
V
=×+
1
as
b
gdzie:
V
b
РpojemnoϾ 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
QQ
=
ms es
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
V
=×+
1
as
b
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
KoniecznoϾ 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
f
f
cs
×
+
ts
tc ts
34
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 wartoϾ 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.
V
=
V
as
b
Q
Q
2
2
Projektowanie obudowy zamkniêtej
tc
ts
-
1
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]
1
0
2
–10
3
1 Q
tc
=1
2 Q
tc
=0,7
3 Q
tc
=0,5
–20
10
20
50
100
200
500
1000
[Hz]
Rys. 2 Wp³yw dobroci wypadkowej na charakterystykê czêstotliwoœciow¹
à
R.K.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]