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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 직교 방사 플럭스를 갖는 스피커 설계. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
이 기사에서는 전방 및 후방 방사의 직교 흐름을 갖는 스피커 설계의 단순화된 계산 버전을 제안합니다. 이 라우드스피커의 작동 기능은 "기사에 설명되어 있습니다.확성기의 음향 단락과 그 극복"("Radio", 2003, No. 1). 이 음향 설계의 장점 중 하나는 박스 내 우퍼 헤드의 공진 주파수가 실제로 증가하지 않는다는 것입니다. 전기역학적 헤드가 있는 스피커의 음향 단락을 극복하기 위한 옵션 중 하나는 직접 방사에 직교하는 역 방사 흐름을 사용하여 저자가 제안한 설계입니다[1](간결하게 이 설계를 "ORTHO" 유형이라고 부르겠습니다). . 헤드의 역방향(후면) 복사 음향파는 스피커 본체 전체에 전파되며 반사 과정에서 방출된 모든 주파수에서 최대 270° 각도로 방향을 변경하고 다음과 관련하여 시간 지연을 얻습니다. 정면에서 방출되는 파동(그림 1의 벡터 A와 B). 헤드의 반사 방사 도파관이 제외되면 AO가 열리면 스피커 디퓨저의 외부 및 후면에서 방출되는 진동에 대한 음향 보상이 발생합니다. 하우징, 특히 라우드스피커의 도파관에서는 그림 1과 같이 "페어링"으로 모서리를 매끄럽게 만드는 것이 좋습니다. XNUMX 점선으로 표시됩니다.
전면 패널(2)은 음향 진동이 하우징의 횡단면에서 반사될 때 발생하는 음향 공진을 완화하고 내부 체적을 도파관과 일치시키기 위해 하우징(1)에 특정 각도로 배치됩니다. 직선이 아닌 각도로 콘서트 아코디언의 향판을 설치하는 것은 지난 세기 30년대 후반 독일 회사 HOHNER에서 처음으로 사용되었습니다. 악기의 음색을 형성하는 이 "깨진" 향판은 사운드에 부드러움과 벨벳 같은 느낌을 줍니다. 헤드와 도파관에서 직접 방사되는 직교 흐름을 갖는 스피커에서 전체 방사는 일부 등가 방출기에서 나오는 소리 진동으로 간주될 수 있습니다. 예를 들어, 서로 다른 주파수의 고조파 신호의 경우 음향 진동의 직교 흐름의 가변 위상이 작용하고 결과적으로 전체 복사의 뚜렷한 방향("극")이 발생합니다(수학적 분석은 매우 복잡합니다). 반사 방사 위상의 모호함과 도파관의 다양한 감쇠(넓은 주파수 대역에 대해)로 인해 극은 이동 가능하므로 귀로 위치를 파악할 수 없습니다. 알려진 AO 변형을 계산하기 위한 공식[2, 3]은 기사[1]에서 제안된 스피커 설계에 적합하지 않은 것으로 나타났습니다. 구조를 계산하기 위한 편리하고 시각적인 방법을 찾을 때 전기역학 헤드의 외경 D를 설계 기준으로 삼고 이 매개변수를 통해 스피커 구조의 모든 치수를 표현하기로 결정했습니다. 이는 해당 기술 문헌이 없을 때 설계 실습에 매우 편리한 것으로 나타났습니다. 많은 실험 작업의 결과로 "ORTHO" 라우드스피커 하우징의 크기를 결정할 수 있는 의존성이 확립되었습니다. 지정은 그림에 따라 주어집니다. 하나: H = (2...2,4)D - 상자의 높이; B = 1,2D - 전면 패널 너비; F = 0,9D - 도파관 스크린 3의 높이; h = 0,7D - 헤드 5의 중심에서 전면 패널의 하단 가장자리까지의 거리. Do - 0,9D - 머리 구멍의 직경; G = B - 하우징 1의 깊이; C = 1,8D - 패널 2의 높이; M은 전면 패널과 상자 벽 사이의 거리입니다. b - 본체 재질의 두께; S ≥ 0,5D2= M(B - 2b) - 도파관 3의 흐름 섹션의 허용 영역. 패널 2에 두 개 이상의 다이나믹 헤드를 설치할 수 있으며, 그러면 디퓨저 영역과 도파관 단면의 비율을 고려하여 하우징 크기를 조정해야 합니다.
폐쇄형 하우징과 달리 이 디자인에서는 머리 후면 복사의 거의 모든 음향 에너지가 도파관을 통해 음향 공간으로 나가기 때문에 후방 음향 흐름의 음향 영향이 더 약합니다. 이와 관련하여 8~16mm 두께의 합판(합판) 또는 합판을 스피커 재료로 사용할 수 있습니다(100W 스피커의 경우 더 큰 크기가 표시됨). 이를 통해 스피커 하우징의 무게를 줄일 수 있습니다. 그 요소는 판금, 목재 접착에 적합한 접착제 및 나사를 사용하여 서로 연결됩니다. 헤드 구멍 Do의 직경은 디퓨저 주름의 외경과 동일하게 선택됩니다. 구멍은 전면 패널의 수직 대칭축을 따라 위치합니다. 라우드스피커의 그릴과 케이스 마감은 라디오 아마추어의 예술적 취향과 능력에 따라 제작될 수 있습니다. 보호 그릴의 경우 저자는 정사각형 모양으로 자르고 점 지지대에 펴진 미세한 메쉬 메쉬를 사용했습니다. 보호용 천은 패널 구멍 내부에 고정된 금속 링에 접착되어 있습니다. 후면 커버(6)는 단단해야 합니다. 하우징 7의 벽에 설치된 레일 1에 나사로 고정됩니다. 이 경우 결합 표면은 얇은 시트 고무 테이프로 밀봉됩니다. 본체(1) 아래에는 단단한 고무 막대로 만들어진 지지대(4)가 있습니다. 스피커 인클로저를 바닥에 직접 설치하는 것보다 최대 1m 높이의 스탠드에 설치하는 것이 좋습니다. "ORTHO" 유형의 음향 설계는 벽은 물론 천장에도 설치하는 데 매우 효과적입니다. 스피커는 패시브 또는 액티브(내장 UMZCH 포함)로 만들 수 있습니다. 전기 커넥터는 후면 벽 하단에 설치됩니다. 이러한 라우드스피커용 드라이버를 선택할 때는 특별한 주의가 필요합니다. 저자는 국내 다이나믹 헤드 사용을 권장하며 그 목록과 기술적 특성은 [4]에서 확인할 수 있습니다. 알려진 유형의 AO와 비교하여 "ORTHO" 유형으로 구성된 라우드스피커는 근거리 공간에서 음향 출력을 거의 두 배로 향상시킵니다. 두 개의 직교 방사 스트림을 얻음으로써 이 음향 설계를 통해 청취실에서 더욱 "볼륨 있는" 사운드를 얻을 수 있습니다. 헤드 5(LF-MF)가 광대역이 충분하지 않은 경우 고역 통과 필터를 통해 UMZCH에 연결된 고주파수 동적 헤드를 도파관의 외부 스크린에 설치할 수 있습니다. 여기에 AC 과부하 표시기를 설치할 수도 있습니다. 이러한 스피커에는 직경 100~450mm의 전기역학적 헤드를 설치할 수 있습니다. 저자는 기계적 품질 계수가 낮고 디퓨저 직경이 큰 광대역 헤드를 사용할 것을 권장합니다. 헤드의 전기 기계 공진 주파수에서 주파수 응답이 눈에 띄게 증가하는 경우 스피커 제조업체는 이로 인해 불필요한 문제와 작업이 많이 발생한다는 것을 이해해야 합니다. 공명 억제는 전기적 또는 기계적으로 수행될 수 있습니다. 첫 번째 경우, 전자기계 공진 주파수에 맞춰 조정된 병렬 발진 회로가 헤드 코일과 직렬로 연결되어야 합니다. 회로의 품질 계수는 사용된 헤드의 품질 계수와 일치해야 합니다. 적절한 측정을 수행하려면 GOST 16122-70에 따른 방법을 사용하여 오디오 주파수 발생기, 전압계, 콘덴서 마이크, 주파수 측정기, 인덕턴스 및 커패시턴스 측정기가 필요합니다. 그러나 헤드의 품질 요소는 결코 일정한 값이 아니라는 점을 명심해야 합니다. 이는 디퓨저의 진동 진폭과 기계적 서스펜션의 제한된 유연성에 따라 달라집니다. 전기 기계 공진을 억제하는 또 다른 방법은 스피커에 음향 손실을 도입하고, 하우징을 탈지면, 펠트 또는 기타 유사한 재료로 채우거나 스피커의 전기 기계 공진 주파수에 맞춰 조정된 공진기를 채우는 것입니다. Helmgolyd 공진기의 주파수 계산은 공식에 따라 수행됩니다. fr = 0,5/π-Cv√s/(VXNUMX), 여기서 V는 공진기 케이스의 부피, m3; s는 공진기 출구 면적, m2입니다. l은 공진기 구멍의 길이(미터)입니다. Cv - 공기 중 소리 전파 속도, 340m/s. 헬름홀츠 공진기는 설계상 병과 유사합니다. 그건 그렇고, 베이스 리플렉스가 장착된 스피커 캐비닛도 공진기입니다. 이것이 스피커에서 방출되는 저주파 사운드의 재생에 왜곡을 일으키는 원인입니다. 내장형 공진기는 악기 유형에 관계없이 쿵쿵거리는 소리의 형태로 저주파를 매우 단조롭게 재생하는 Symphony 라디오의 스피커에 설치되었습니다. 이로 인해 지난 세기 30년대에 개방형 케이스가 있는 라디오 수신기에 사용되었던 스피커 디자인의 사용이 포기된 것으로 보입니다 [6]. "ORTHO" 스피커는 실제로 A와 B라는 두 가지 사운드 스트림을 방출합니다(그림 1). 결과적으로 음향 측정은 위의 GOST에서 정의한 일반적으로 허용되는 방법과 달라야 합니다. 각 스트림의 음압은 무향실, 크고 조용한 방 또는 위에 나열된 장비를 사용하여 조용한 날씨의 공기 중에서 별도로 측정됩니다. 측정 마이크와 스피커의 배치는 그림 2에 나와 있습니다. 그림 3에 주파수 응답을 측정하기 위한 스피커의 특성 감도(효율)를 측정하기 위한 스탠드의 블록도를 나타내었다. 삼.
스피커를 자극하는 신호 발생기로는 낮은 임피던스 출력을 갖는 G2-12 유형과 같은 강력한 소음 발생기를 사용할 수 있습니다. 저전력 잡음 발생기를 사용하는 경우 UMZCH가 필요하며 가급적이면 변압기가 없는 것이 좋습니다. 음성 및 음악의 스펙트럼은 광대역이고 신호는 소음과 유사하기 때문에 스피커의 주파수 응답 모양이 상당히 부드러워지며 이는 실제 상황과 매우 일치합니다. 스피커와 측정 마이크 사이의 거리는 r = (2...4)d 범위 내에서 선택됩니다. 여기서 d는 스피커 디퓨저의 평균 크기입니다. 가장 일반적으로 사용되는 것은 r = 1m입니다[2]. 라우드스피커에 공급되는 전압은 다음 공식으로 계산됩니다. 유=√0,1프놈롬(3) 여기서 Pnom은 스피커의 정격 전력입니다. Rhom은 스피커의 공칭 입력 임피던스입니다. 정격전력 시험 시 정현파 전압은 정격전압과 동일하게 설정하고, 잡음전압은 정격전압의 0,707로 설정한다. 음압계는 밀리볼트계 PV1(예: VZ-2)의 입력에 연결된 콘덴서 마이크 VM33입니다. 음압은 주파수에 따라 달라지므로 주파수 응답의 최소 3개 지점에서 측정이 수행됩니다. 노이즈 신호를 사용하여 측정을 수행하는 경우 그림 1의 다이어그램에 따라 측정 스탠드에 넣습니다. 도 8에서는 음압이 측정되는 중간 주파수에 XNUMX/XNUMX 옥타브 필터를 도입하였다. 이 필터의 수는 주파수 응답의 폭에 따라 결정됩니다. 주파수 응답에 XNUMX/XNUMX 옥타브보다 좁은 딥과 피크가 있는 경우에는 고려되지 않습니다. 측정된 음향 압력의 값은 공식에 의해 결정됩니다. p \uXNUMXd Uo / Eoc, 여기서 Uo는 측정 마이크 출력의 전압, mV입니다. Eoc - 측정된 주파수에서 축을 따라 측정 마이크의 감도(mV/Pa)입니다. 측정의 정확도를 높이려면 마이크의 직경이 가능한 한 작은 것이 바람직합니다. 왜냐하면 평면파 측정에 더 가까운 방법을 제공하기 때문입니다. 주파수 응답의 불균일성이 큰 전기 역학적 마이크를 사용하면 본질적으로 정성적인 측정 결과를 얻을 수 있습니다. 일렉트릿 콘덴서 마이크는 리본 마이크와 마찬가지로 약간 더 나은 특성을 가지고 있습니다. 측정 마이크에는 계측 기관에서 발행한 여권이 있어야 합니다. 획득된 주파수 응답을 기반으로 한 평균 음압은 공식에 의해 결정됩니다.
여기서 pk는 주파수 fk 또는 k번째 10/XNUMX 옥타브 필터의 평균 주파수에서 스피커에 의해 발생된 음압입니다. n은 주파수 또는 측정 대역의 수입니다(최소 XNUMX개 이상이어야 함). 주파수 응답 불균일성이 12dB 미만인 경우 산술 평균값은 다음 공식에 의해 결정됩니다.
측정 마이크와 스피커(입력 전력 1W) 사이의 작업 축에서 1m 거리에서 얻은 스피커 Ex의 특성 감도는 다음 공식에 의해 결정됩니다. 예 = Рavg/(l√P), 여기서 рср는 공칭 주파수 범위에서 스피커에 의해 발생된 평균 음압 Pa입니다. l은 머리의 작업 중심에서 측정 마이크까지의 거리 m입니다. P - 스피커에 공급되는 전력 W. 효과적으로 재생되는 주파수 범위는 스피커의 주파수 응답과 주파수 축에 평행한 직선의 교차점에 해당하는 주파수를 결정함으로써 스피커의 주파수 응답으로부터 찾아집니다. 라우드스피커의 최대 감도에 해당하는 옥타브 주파수 대역 pav.oct의 평균 음압보다 10dB 아래에 직선이 그려집니다. 이 수준은 공식에 의해 결정됩니다
여기서 ro = 2-10-5 Pa - 주파수 1000Hz의 청력 역치. 정현파 신호의 경우 기준점 수는 최소 7(1/6 옥타브마다) 이상이어야 하며, 3/XNUMX 옥타브 필터의 경우 최소 XNUMX개여야 합니다. 고르지 않은 주파수 응답은 공칭 및 작동 주파수 범위에서 결정됩니다. 지향성 특성은 무향실이나 야외에서 1~5° 범위에서 10m~0~360° 거리에서 고정 측정 마이크를 기준으로 스피커를 회전하여 얻습니다. 지향성 특성의 폭은 0,707(-3dB) 수준의 그래프에서 결정됩니다. 지향성은 잡음 신호를 측정할 때 하나 이상의 주파수 또는 XNUMX/XNUMX 옥타브 필터의 중간 주파수에서 결정됩니다. 위에서 다음과 같이 AS 또는 AO 매개변수에 대한 적격 평가를 위해서는 상당한 양의 도량형 작업과 계산을 수행해야 합니다. 음향 설계의 효율성을 평가하려면 전기 음향 효율을 측정하는 것이 필요하다는 점을 고려하면 케아=파/페 여기서 Ra는 음향 전력이고; Re는 입력 전력이므로 측정 횟수가 상당히 많은 것으로 나타났습니다. 음향 파워는 공식에 의해 결정될 수 있습니다 라 \u4d XNUMXπr2r2RSKO, 여기서 p는 거리 r, Pa에서의 음압입니다. p - 공기 밀도; s는 340m/s에 해당하는 소리 전파 속도입니다. K는 주파수에 따라 1 ... 3과 동일하게 취할 수 있는 농도 계수입니다. "ORTHO" 유형의 스피커를 설계할 때 위에 나열된 전기음향 매개변수는 사용되는 동적 드라이버에 따라 크게 좌우된다는 점을 염두에 두어야 합니다. 예를 들어 헤드가 저주파를 재생하지 못하는 경우 어떤 하우징 디자인도 이러한 단점을 보완할 수 없습니다. 이러한 음향 설계는 라우드스피커의 주파수 응답을 "손상"시키지 않으며 이는 알려진 스피커 설계에 비해 결정적인 이점 중 하나임이 밝혀졌습니다. 제안된 음향 설계에서는 원형, 직사각형 또는 타원형 구성의 디퓨저가 있는 헤드를 사용할 수 있습니다. 전면 패널에 XNUMX개의 헤드를 장착하여 정격 전력, 방사 저항을 높이고 주파수 응답의 불균일성을 줄일 수 있습니다. 문학
저자: V. Nosov, 모스크바
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