Системная модель громкоговорителя

Громкоговоритель представляет собой сложный электромеханоакустический преобразователь, в котором происходят линейное и нелинейное преобразование сигнала U(t), подводимого в виде напряжения от усилителя в распределенное в пространстве звуковое давление. Если входной сигнал представляет собой аналог реального музыкального или речевого сигнала, он имеет сложную временную нестационарную структуру (рис.7.1).

 

Рис. 7.1. Вид входного сигнала

 

Основная задача при проектировании акустических устройств, в которые входят громкоговорители, состоит в том, чтобы обеспечить неискаженную передачу временной структуры входного сигнала (технически реализуемой является задача передачи временной структуры сигнала с искажениями ниже порогов слышимости). Именно это условие выдвигает требования к неискаженной передаче частотного и динамического диапазона сигнала, а отсюда к уровню линейных и нелинейных искажений в громкоговорителях.

 

Рис. 7.2. Системная модель громкоговорителя

 

Функционально громкоговоритель может быть представлен в виде системной модели (рис. 7.2), состоящей из:

электромагнитного преобразователя - “магнитная цепь + звуковая катушка”, преобразовывающего подводимое напряжение U(t) в переменный ток I(t) и в электромеханическую силу F(t);

механического преобразователя - “подвижная система громкоговорителя”, осуществляющего линейное и нелинейное преобразование силы F(t) в распределенное по поверхности механическое смещение u*;

акустического преобразователя - “излучающая диафрагма + воздушная среда”, преобразовывающего смещения u* в распределенное в пространстве звуковое давление p(R, t).

Все эти подсистемы оказывают как прямое, так и обратное влияние друг на друга.

 

Рис. 7.3. Амплитудная характеристика громкоговорителя.

 

Работу громкоговорителя можно проиллюстрировать с помощью графика (рис. 7.3). Он показывает, как диффузор громкоговорителя отклоняется от условной средней линии положения покоя. Из графика видно, что чем больше ток, тем дальше отклоняется диффузор, а токам разного направления соответствует отклонение в разные стороны (вперед-назад). Приведенный график называют амплитудной характеристикой. Появление загибов на графике объясняется достаточно просто - ток не может беспредельно отклонять диффузор. Диффузор закреплен достаточно прочно, и амплитуда его отклонений ограничена. До тех пор пока громкоговоритель работает на линейном участке и отклонение прямо пропорционально току, преобразование "ток - звук" происходит без нелинейных искажений. Громкоговоритель не может одинаково хорошо преобразовать в звук переменные токи разных частот (рис.7.4).

 

Рис. 7.4. Частотная характеристика громкоговорителя.