Материал: Исследование портативных акустических излучателей

Исследование портативных акустических излучателей

Содержание

Введение

. Теоретическая часть

.1. Анализ задания. Формулировка цели и задач работы

.2 Обзор портативных акустических излучателей

.3 Головки громкоговорителей, используемые в портативных акустических излучателях, их параметры и характеристики

.4 Особенности использования корпусов для портативных акустических излучателей

.5 Особенности использования контрапертурного принципа построения портативных акустических излучателей

.6 Обзор методик измерения параметров головок громкоговорителей, исследование характеристик акустических излучателей

. Практическая часть

.1 Моделирование конструкции портативного акустического излучателя

.2 Разработка макета портативного акустического излучателя

.3 Исследование характеристик и режимов работы акустического излучателя

.4 Разработка общих рекомендаций к использованию результатов

Общие выводы

Перечень ссылок

1. Теоретическая часть

.1 Анализ задания. Формулировка цели и задач работы

В исходных данных для работы используется следующее программное обеспечение:

операционная система семейства Microsoft Windows;

офисный пакет Microsoft Officе.

Операционная система семейства Microsoft Windows широко используется в компьютерах по всему миру.

Офисный пакет Microsoft Office является наиболее популярным среди доступных аналогов с открытым исходным кодом.

Целью данной работы является исследование акустического излучателя (АИ), его параметров и характеристик. Принцип работы малогабаритных акустических излучателей заключается в применении контрапертурного преобразования, а точнее полуапертурного преобразования, реализованного в виде малогабаритной пластинки, расположенной напротив излучателя.

Для реализации данной цели необходимо решить следующие задачи:

выполнить обзор портативных акустических излучателей;

выполнить анализ головок громкоговорителей, которые используются в портативных акустических излучателях;

определить особенности использования корпусов для портативных акустических излучателей;

определить особенности использования контрапертурного принципа построения портативных акустических излучателей;

выполнить обзор методик измерений параметров головок громкоговорителей, исследование характеристик акустических излучателей;

выполнить описание методики измерения АЧХ акустического излучателя методом качающегося микрофона;

выполнить моделирование конструкции портативного акустического излучателя;

разработать макет портативного акустического излучателя;

провести исследование характеристик и режимов работы акустического излучателя;

на основании полученных результатов исследований дать рекомендации по практическому использованию результата.

Обзор портативных акустических излучателей даст условие для дальнейших исследований в области конструирования, дизайна и качественного воспроизведения звуковых волн.

Для правильного использования излучателей необходимы знания в области головок громкоговорителей, их параметров и характеристик.

Корпус малогабаритной головки громкоговорителя не определяет качественные параметры этого излучателя в звуковом диапазоне, а служит для дизайнерского инновационного решения излучателя.

В качестве элемента корпуса портативного акустического излучателя применяется пластина, определяющая контрапертурный принцип преобразования звуковых колебаний.

Методики измерения параметров головок громкоговорителей и излучателей достаточно хорошо известны, но применить их сложно к портативным акустическим излучателям, так как требование «свободного поля» или «звукозаглушённой камеры» нереализуемо, поэтому в данной работе будем использовать метод качающегося микрофона.

Использование результатов после проведения моделирования и экспериментальных исследований даст возможность разработать рекомендации к практическому применению.

1.2 Обзор портативных акустических излучателей

Портативный акустический преобразователь MyVibe SH2 является качественным представителем своего семейства. Имеет перезаряжаемый аккумулятор, способный обеспечить 10 часов работы устройства при максимальной громкости звуковых колебаний. Внешний вид колонки представлен на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 - Колонки MyVibe SH2

Благодаря наличию двух парных экземпляров портативного акустического преобразователя MyVibe SH2 является возможным создание стереозвука.

Портативный акустический преобразователь MyVibe SH2 имеет суммарную мощность, равную 6 Вт, что является достаточным для приемлемого качества звука.

Портативный акустический преобразователь имеет встроенный регулятор звуковых частот, способный задавать значение в радиусе от 280 Гц до 16000 Гц. Имеет поддержку технологии беспроводной передачи данных с цифровых устройств записи, хранения и воспроизведения звуковых данных, благодаря чему может использоваться в помещениях, удалённых от присоединённого цифрового устройства воспроизведения. Недостаток данной технологии заключается в возможности затруднения приёма и передачи при достижении порога удалённости от присоединённого устройства воспроизведения.

Имеется широкополосная головка громкоговорителя, чей диаметр равен 40 мм. Для создания объёмного звука в конструкции используется элемент рассеивателя.

Портативный акустический преобразователь MP3 Орбита DS-10 является качественным представителем своего семейства. Внешний вид колонки представлен на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Колонка MP3 Орбита DS-10

Портативный акустический преобразователь MP3 Орбита DS-10 имеет суммарную мощность, равную 3 Вт, что является достаточным для приемлемого качества звука.

Имеет поддержку USB - технологии проводной передачи данных, с цифровых устройств записи, хранения и воспроизведения звуковых данных, благодаря чему достигнуто превосходное качество приёма звуковых данных с присоединённого цифрового устройства воспроизведения. Недостаток данной технологии заключается в слабой устойчивости соединения с присоединённым устройством воспроизведения.

Портативный акустический преобразователь MP3 Орбита DS-10 имеет габаритные размеры 5,5*5*5 см

Портативный акустический преобразователь MyVibe H2 является качественным представителем своего семейства. Имеет перезаряжаемый аккумулятор, способный обеспечить 8 часов работы устройства при максимальной громкости звуковых колебаний. Внешний вид колонки представлен на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Колонки MyVibe H2

Благодаря наличию двух парных экземпляров портативного акустического преобразователя MyVibe H2 является возможным создание стереозвука.

Портативный акустический преобразователь MyVibe H2 имеет суммарную мощность, равную 1,7 Вт, что является достаточным для приемлемого качества звука.

Портативный акустический преобразователь имеет встроенный регулятор звуковых частот, способный задавать значение в радиусе от 280 Гц до 16000 Гц. Имеет поддержку технологии беспроводной передачи данных с цифровых устройств записи, хранения и воспроизведения звуковых данных, благодаря чему может использоваться в помещениях, удалённых от присоединённого цифрового устройства воспроизведения. Недостаток данной технологии заключается в возможности затруднения приёма и передачи при достижении порога удалённости от присоединённого устройства воспроизведения.

Имеется широкополосная головка громкоговорителя, чей диаметр равен 36 мм. Для создания объёмного звука в конструкции используется элемент рассеивателя.

Основные характеристики:

габариты: (Диаметр) 55 мм х (В) 36,5 мм (В собранном положении);

вес: 56 грамм;

АЧХ: 180 Гц - 16 кГц;

диаметр динамика: 36 мм;

выходная мощность: 1,7 Вт;

отношение сигнал / шум: 80 дБ;

напряжение питания: 5В ± 0,5В;

время непрерывного звучания: 8 часов;

время зарядки: 2,5 часа;

диапазон рабочих температур: 0°С - 40°С.

Рисунок 1.4 - Колонка MyVibe S2

Портативный акустический преобразователь MyVibe S2 имеет суммарную мощность, равную 3 Вт, что является достаточным для приемлемого качества звука.

Портативный акустический преобразователь имеет встроенный регулятор звуковых частот, способный задавать значение в радиусе от 280 Гц до 16000 Гц. Имеет поддержку технологии беспроводной передачи данных с цифровых устройств записи, хранения и воспроизведения звуковых данных, благодаря чему может использоваться в помещениях, удалённых от присоединённого цифрового устройства воспроизведения. Недостаток данной технологии заключается в возможности затруднения приёма и передачи при достижении порога удалённости от присоединённого устройства воспроизведения.

Имеется широкополосная головка громкоговорителя, чей диаметр равен 40 мм. Для создания объёмного звука в конструкции используется элемент рассеивателя.

Основные характеристики:

габариты: (Д) 68,5 мм x (Ш) 68,5 мм x (В) 42 мм (в собранном положении);

вес: 96 грамм;

АЧХ: 180 Гц - 16 кГц;

диаметр динамика: 40 мм;

выходная мощность: 3 Вт;

отношение сигнал / шум: 80 дБ;

напряжение питания: 5В ± 0,5В;

время непрерывного звучания: 8 часов;

время зарядки: 2,5 часа;

диапазон рабочих температур: 0°С - 40°С.

Портативный акустический преобразователь Philips Sound Shooter SBA3011GRN/00  <#"902868.files/image001.gif">(1.1)

где r - плотность воздуха, r=1,3 кг/м³;

а - эффективный радиус ГГ;_o1 - добротность ГГ в закрытом акустическом оформлении;

В - индукция в зазоре ГГ;- длина проводника звуковой катушки;_o - масса движущей системы ГГ;_К - активное сопротивление проводника звуковой катушки переменному току;_Г - выходное сопротивление электрического источника, к которому подключена ГГ.

АС, в которых упругость движущей системы определяется упругостью воздуха внутри корпуса, называют системами с компрессионной подвеской диффузора. Для таких АС для частот w>w_о1

(1.2)

(1.3)

где Q_o - добротность собственной ГГ. Отсюда

.(1.4)

Неравномерность частотной характеристики закрытых АС в области низких частот так же, как и открытых, определяется их добротностью. При Q₀₁ меньшей 0,707 частотная характеристика АС равномерно понижается с понижением частоты в область низких частот и неравномерность проявляется как спад на резонансной частоте ω₀₁ по сравнению с высшими частотами. При 0,707< Q₀₁<l,0 частотная характеристика имеет небольшой пик на частоте ω₁; и далее спад на резонансной частоте ω₀₁. Неравномерность частотной характеристики при этом определяется подъемом на пике ω₁ и спадом на резонансной частоте ω _01. При Q₀₁ > 1 неравномерность частотной характеристики определяется только пиком на частоте ω₁ относительно горизонтальной части характеристики. Минимальная неравномерность частотной характеристики закрытых АС имеет место при добротности Q₀₁ = l и составляет 1,3 дБ.

Принцип действия АС с ФИ заключается в том, что благодаря наличию контура ms (правая ветвь на схеме аналога) звуковое давление в отверстии или выходном отверстии трубы противоположно по фазе звуковому давлению от передней поверхности диффузора ГГ, а сдвинуто на угол, меньший 180°.

Вследствие этого не происходит нейтрализации звуковых давлений от передней и задней поверхности диффузора, как это имело место в открытых системах. Эквивалентная схема АС с ФИ представлена на рисунке

Рисунок 1.7

_ф - активное акустическое сопротивление в отверстии или трубе;_ф - акустическая масса воздуха в отверстии или трубе ФИ;

В - индукция в зазоре ГГ;- длина проводника звуковой катушки;_K - активное сопротивление проводника звуковой катушки переменному току;_Г - выходное сопротивление электрического источника, к которому подключена ГГ;_g - площадь диффузора ГГ;_o - активное механическое сопротивление ГГ;_o - собственная упругость подвеса подвижной системы ГГ;_B - упругость объема воздуха в корпусе;_o - масса подвижной системы ГГ;

w - угловая частота.

В портативных акустических излучателях функция корпуса имеет чисто декоративный характер, не являясь элементом эквивалентной акустической ёмкости, поэтому роль корпуса сводится к несущей конструкции, в которую встраиваются элементы проводной и беспроводной связи и усиления.

1.5 Особенности использования контрапертурного принципа построения портативных акустических излучателей

Попытки улучшить акустические системы предпринимались со времён их возникновения. Новые технологии, инженерные решения, иные концепции создаются довольно давно, но принятые в своё время стандарты Hi-Fi были взяты производителями за основу, так как они полностью соответствуют представлениям о разрешающей способности человеческого слуха (воспроизводимый частотный диапазон и мера нелинейных искажений), и предпринимать какие-либо попытки дальнейшего улучшения - бессмысленно. Но, практическим следствием введения Hi-Fi стандартов, неожиданно оказалось появление категории Hi-End. Производители постоянно пытаются создать акустику, которая звучит «так как надо», пусть и с попранием принятого положения о том, что «человек большего и не услышит». Следует взглянуть на акустику, как науку и её практическое применение, но с иной стороны [3].

Само слово «контрапертура» дословно означает противостоящие излучающие отверстия (от лат. apertura - отверстие). Понятие апертуры часто применяется в оптике, но в нашем случае, лучше понимать термин как «противостоящие источники звукового возбуждения». Такова архитектура АС, построенных по контрапертурному принципу. Две идентичные ГГ соосно расположены друг против друга, и включены синфазно (см. рисунок 1.8). То есть работают синхронно, без каких-либо задержек, фазовых и частотных отличий. Подобная конструкция не может правильно звучать, ведь ГГ не «смотрят» на слушателя и мешают друг другу.

Звуковая волна - это волна изменения давления. Если вспомнить круги на воде после попадания в неё капли, то сама вода никуда не течёт, она остаётся на месте, но по ней распространяются волны, которые и есть последствия вымещения объёма той самой капли. Причём это движение возвратно поступательное. Так и в воздухе, сами молекулы никуда не движутся, а только слегка смещаются, то навстречу друг другу, то наоборот, волнообразно меняя плотность среды.

Рисунок 1.8 - Общий вид контрапертурной акустики

, 2 - широкополосные головки;

- ВЧ головки;

- область формирования звукового давления;

- пути распространения отраженных сигналов.

При стандартной, привычной для нас конструкции АС, зона разряженного/сжатого воздуха находится перед ГД. Сама ГД не является источником звука, а изменяются концентрация молекул воздуха перед ней. У такого решения есть один значительный минус - так называемая «зона преобладания реактивной составляющей излучения», из-за большой длины низкочастотной волны по сравнению с размером излучателя и малой инертности воздуха. Из чего следует, что для полноценного прослушивания басов нужно находиться на некотором удалении от АС, что порой невозможно. Поэтому, обычно мы слышим низкие частоты, отражённые от стен, в какой-то степени даже, образованные там, что естественно, не сказывается положительно на субъективных ощущениях. Хотя объективно волна присутствует, правда, в несколько искажённом виде.