Громкоговоритель как электроакустическое устройство¶

Громкоговоритель — электроакустическое устройство, предназначенное для преобразования электрических сигналов звуковой частоты в акустические колебания воздушной среды. Является конечным звеном большинства звуковоспроизводящих трактов: радиоприёмников, телевизоров, звукоусилительной и студийной аппаратуры, систем оповещения. Основные характеристики громкоговорителя — диапазон воспроизводимых частот, чувствительность, номинальная мощность и неравномерность амплитудно-частотной характеристики.

¶Принцип работы

В основе работы большинства громкоговорителей лежит электродинамический принцип. Переменный ток звуковой частоты проходит через катушку, помещённую в постоянное магнитное поле. Возникающая сила Ампера заставляет катушку совершать возвратно-поступательные движения, которые передаются связанному с ней диффузору. Диффузор толкает воздух, создавая звуковые волны, соответствующие по частоте и амплитуде исходному электрическому сигналу.

Помимо электродинамического, существуют электростатический, пьезоэлектрический, электромагнитный и плазменный принципы преобразования, однако в бытовой и профессиональной технике доминирует электродинамический тип.

¶Устройство

Типичный электродинамический громкоговоритель включает:

• Магнитную систему — постоянный магнит и магнитопровод, создающие поле в зазоре.
• Звуковую катушку — обмотку из тонкого провода, намотанную на каркас.
• Диффузор — излучающую мембрану из бумаги, полимера или композитных материалов.
• Подвес и центрирующую шайбу — элементы, удерживающие катушку в зазоре и обеспечивающие возврат мембраны.
• Корпус (акустическое оформление) — закрытый ящик, фазоинвертор, рупор и другие конструкции, влияющие на отдачу на низких частотах.

¶Классификация

¶По диапазону частот

Одиночный излучатель не способен качественно воспроизвести весь слышимый диапазон (примерно от 20 Гц до 20 кГц). Поэтому применяют многополосные системы:

Разделение полос обеспечивает кроссовер — электрический фильтр, направляющий сигнал к нужному излучателю.

¶По конструкции

• Корпусные (в закрытом ящике, с фазоинвертором, с акустическим лабиринтом).
• Рупорные — применяются для озвучивания больших пространств и в системах оповещения.
• Встраиваемые (потолочные, стеновые) — для фонового озвучивания.
• Наушники формально также являются электроакустическими преобразователями, но работают в замкнутом объёме.

¶По назначению

Бытовые (Hi-Fi, мультимедиа), студийные (мониторы), концертные (линейные массивы), трансляционные (оповещение, вокзалы, школы), специальные (подводные, измерительные).

¶История

Первый практичный громкоговоритель создал в 1924 году американский инженер Честер Райс совместно с Эдвардом Келлогом. До этого применялись в основном телефонные капсюли и рупоры. В 1925 году компания General Electric начала серийный выпуск электродинамических громкоговорителей. В СССР массовое производство было налажено в 1930-е годы; широкую известность получили абонентские громкоговорители («тарелки») проводного радиовещания. В послевоенные десятилетия развитие шло по пути повышения верности воспроизведения, снижения нелинейных искажений и расширения динамического диапазона.

¶Характеристики

• Чувствительность — уровень звукового давления при подведении 1 Вт на расстоянии 1 м; измеряется в децибелах.
• Номинальная и максимальная мощность — допустимая подводимая электрическая мощность.
• Сопротивление — обычно 4, 8 или 16 Ом.
• Неравномерность АЧХ — отклонение реальной характеристики от идеально ровной.
• Коэффициент нелинейных искажений — мера чистоты воспроизведения.

¶Применение

Громкоговорители используются в бытовой аудиотехнике, кинотеатрах, концертных залах, системах звукоусиления, на транспорте и в системах гражданской обороны и оповещения о чрезвычайных ситуациях. В России требования к трансляционным громкоговорителям и системам оповещения регулируются сводами правил и техническими регламентами, в том числе в составе систем противопожарной защиты.

¶Критика и ограничения

Основные недостатки электродинамических громкоговорителей — нелинейные искажения на больших амплитудах, зависимость параметров от температуры и влажности, а также компромиссы между чувствительностью, габаритами и воспроизведением низких частот. Качественное звучание в области басов требует значительного объёма корпуса либо применения активных схем с электронной коррекцией.

¶Источники

• Сапожков М. А. Электроакустика.
• Алдошина И. А., Приттс Р. Музыкальная акустика.
• Иофе В. К., Лизунков М. В. Бытовые акустические системы.
• Справочники по электроакустике и звукоусилению.