Материал: Исследование портативных акустических излучателей

Рисунок 2.7 - Углы рассеивания и расчетные размеры в контрапертурной акустике

Исходя из формул (2.1) и (2.2), оптимальное расстояние между двумя источниками, при котором выдержан оптимальный угол направленности и суммарное звуковое давление, представлен в виде графика [4] (см. рис. 2.8). На графике представлены две кривые, построенные по формулам (2.1) и (2.2) (зависимости звукового давления и угла вертикального рассеивания от расстояния до центра системы), точка пересечения этих кривых является половинным оптимальным расстоянием между излучателями [8].

Рисунок 2.8 - Оптимальное расстояние между двумя источниками.

Расчет оптимального расстояния расположения отражающей поверхности «половины» контрапертуры более сложен, чем расчет полной контрапертурной АС. Расчет состоит из определения оптимального расстояния между двумя источниками Н, а затем по формуле (2.3) необходимо вычислить оптимальное расстояние до отражающей поверхности Н_п (см. рис. 2.9).

, (2.3)

где  - коэффициент отражения поверхности;₁ L₂ - уровни шума.

Рисунок 2.9 - Оптимальное расстояние для «половины» контрапертурной АС

Отражающая поверхность должна иметь такую же фигуру, как и панель корпуса на которую закреплена ГГ. Если пластина прямоугольная, то длинная сторона будет находится по формуле (см. рис. 2.10)

, (2.4)

где α - угол рассеивания динамической головки (в большинстве случаев 60^о).

Рисунок 2.10 - Определение размера отражающей пластины от вертикального угла вертикальной направленности

Далее определяется угол вертикальной направленности φ полученной системы по формуле

. (2.5)

Необходимо отметить, что полуконтрапертурная малогабаритная система, имеющая «большую» полусферную пластину рассчитывается согласно формуле (2.5), где расстояние от 8 до 11 мм является именно , а для пластины рассеивания звуковых волн составляет /2 порядка 3 - 5 мм, т.е. расчет рассеивающей пластины определяется четвертью расстояния от .

.2 Разработка макета портативного акустического излучателя

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

В качестве элемента корпуса портативного акустического излучателя применяется пластина (прямоугольной формы или полусферической), определяющая контрапертурный принцип преобразования звуковых колебаний. Для реализации макета был использован готовый модуль усилителя, встроенного в корпус излучателя: усилитель НЧ 2 Вт (TBA820M). Усилитель мощности имеет хорошие эксплуатационные характеристики, он прост в сборке и надежен в работе. Благодаря малым габаритам (размеры печатной платы всего 40x35 мм) и низкому потребляемому току усилитель можно использовать как составной элемент портативного акустического излучателя. Усилитель имеет широкий диапазон питающих напряжений от 3 до 12 В. Общая сборка модуля представлена на рис. 2.11.

Рисунок 2.11 - Сборка модуля НЧ 2 Вт (TBA820M)

Особенности модуля:

низкое напряжение питания и ток потребления;

небольшое число необходимых внешних элементов;

хорошее подавление пульсаций;

небольшая рассеиваемая мощность.

Предельные параметры микросхемы приведены в табл. 2.1. Основные технические характеристики представлены в табл. 2.2. Типовая схема включения изображена на рис. 2.12.

Таблица 2.1 - Предельные параметры микросхемы TBA820M

Таблица 2.2. - Основные технические характеристики микросхемы TBA820M

Рисунок 2.12. - Типовая схема включения усилителя на TBA820M

Изображение печатной платы приведено на рис. 2.13. Схема расположения элементов на плате изображена на рис. 2.14

.

Рисунок 2.13 - Изображение печатной платы

Рисунок 2.14 - Схема расположения элементов на плате

Технические характеристики всего модуля представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Технические характеристики модуля

Корпус макета представляет собой пластмассовую сферу (аналогично портативной DATEX), внутри которой установлен модуль усилителя, ГГ диаметром 40 мм, частотный диапазон 180 Гц - 18 к Гц. На корпусе установлена декоративная пластина. Внутри установлен малогабаритный литий-ионный аккумулятор DC 5V. На корпусе выведены соединители для подключения источника сигнала 3,5 мм и, при необходимости, зарядки аккумулятора. В корпусе вмонтирована гофра для «разъединения» частей корпуса и увеличения объемного пространства за ГГ.

.3 Исследование характеристик и режимов работы акустического излучателя

Если измеряемая АЧХ для настроенного излучателя будет иметь провалы и горбы, которые совсем не похожи на привычные, почти идеальные характеристики, приводимые производителями, то одна из причин кажущейся «кривизны» - сильно растянутая шкала уровня звукового давления. Кроме того, эта реальная АЧХ гораздо информативнее обычных графиков, ничего не говорящих о звучании.

Измерения проводились на частотном ряде, представленном в табл. 2.4 и реальном синусоидальном сигнале, задаваемом с мобильного телефона приложением Frequency Sound Generator на расстояниях10 см, 50 см, 1 м и измеряемого на расстоянии от ГГ методом качающегося микрофона. В качестве измеряющего устройства использовался шумомер. Выходная мощность излучателя составила 2 Вт.

В процессе измерений было неизменным расстояние между диффузором ГГ и полусферной пластинкой 10 мм.

Измеренные усредненные значения звуковых давлений на различных расстояниях по изложенной методике приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4 -Результаты измерений

Результаты измерений наглядно представлены на рис. 2.15 и 2.16.

Рисунок 2.15 - Значение измеренной АЧХ с открытым корпусом портативного излучателя

Рисунок 2.16 - Значение измеренной АЧХ с закрытым корпусом портативного излучателя

.4 Разработка общих рекомендаций к использованию результатов

В результате исследований было выяснено, что в частотном диапазоне, который обозначен в паспортных данных на ГГ, а точнее 180 Гц - 18 к Гц, ГГ не ведёт себя постоянно по отдаваемому звуковому давлению. Есть всплески порядка 20 дБ. В частотном диапазоне есть характерные подъёмы и спуски АЧХ. Таким образом, диапазон частот 180 Гц - 18 к Гц реально меньше с использованием корпуса акустического излучателя и контрапертурного принципа преобразования.

Контрапертурный принцип оправдывает себя, так как полусферная пластинка дополнительно создаёт (удерживает) отдачу звукового давления.

Данное давление увеличивается на 2 - 5 дБ по сравнению с головкой без корпуса и без пластины.

В результате исследований было опровергнуто утверждение о том, что корпус служит исключительно декоративным целям, и не участвует в процессе формирования звуковых колебаний компрессионного типа. Поэтому целесообразно применять закрытый корпус, хотя объём его можно менять за счёт открытия и раскрытия частей корпуса (внутри стоит гофра при открытом состоянии корпуса).

Целесообразность применения таких излучателей проявляется на небольших мощностях и малогабаритных ГГ диаметром до 50 мм. Головки громкоговорителей желательно применять с качественными характеристиками и более широким диапазоном частот.

Неравномерность АЧХ всего излучателя проявляется на небольших расстояниях, а при отдалении от излучателя составляет 2 - 3 дБ.

Общие выводы

громкоговоритель акустический излучатель звуковой

В данной дипломной работе были решены следующие задачи: выполнен обзор и анализ портативных акустических излучателей, определены особенности применения головок громкоговорителей в аудиосистемах, их параметры и характеристики. Был выполнен обзор особенностей использования корпусов для портативных акустических излучателей, как и обзор особенностей использования контрапертурного принципа в их устройстве. Выполнен обзор методик измерения параметров головок громкоговорителей, исследование характеристик акустических излучателей, а также моделирование их конструкции. Выполнена разработка макета портативного акустического излучателя. Проведено исследование характеристик и режимов работы акустического излучателя.

Данная дипломная работа имеет достаточно всеобъемлющее количество информации о портативных акустических излучателях и подтверждает предварительные выводы о работе контрапертурного принципа в малогабаритных излучателях.

Перечень ссылок

1. Электроакустика и звуковое вещание: учебное пособие для вузов / И. А. Алдошина, Э. И. Вологдин, А. П. Ефимов и др.; под ред. Ю. А. Ковалгина. - М.: Горячая линия Телеком, Радио и связь, 2007. - 872 с.

. Радиовещание и электроакустика: учебное пособие для вузов / С. И. Алябьев, А. В. Выходец, Р. Гермер и др.; под ред. Ю. А. Ковалгина. - М. Радио и связь, 2000. - 792 с.

. Контрапертурная акустика

. Клесников Д.А., Шмонин А.Ю. Оптимизация параметров контрапертурной акустической системы [Текст] // Nastoleni VI mezinarodi vedecko 2010. - Dil 9.

. Алдошина И. А., Бытовая электроакустическая аппаратура [Текст] / И. А. Алдошина, В. Б. Бревдо, Г. Н. Веселов - М. Радио и связь, 1992 - 320 с.

. Александр Клячин. Методика создания акустических систем.

. Александр Клячин. Повторение возможно АУДИО МАГАЗИН 7, 2002.

. Клесников Д.А., Шмонин А.Ю. Оптимизация параметров контрапертурной акустической системы [Текст] // Радиоэлектроника и молодежь в ХХI веке - 2011. - 324с.

. Методичні вказівки для лабораторних робіт з дисципліни «Проектування акустичних систем» для студентів денної та заочної форм навчання напряму 6.050902 «Радіоелектронні апарати» / Упоряд.: Головкіна Л. В. - ХНУРЕ, 2013. - 44 с.