Основные элементы конструкции
Классификация ГГ может быть произведена по различным признакам. Основные из них: принцип действия, способ трансформации акустической энергии, полоса передаваемых частот, форма диафрагмы, тип акустического оформления, область применения.
Принцип действия (т. е. способ преобразования электрической формы сигнала в акустическую). По этому признаку ГГ подразделяются на электродинамические, электростатические, пьезокерамические, плазменные и др.
Наибольшее промышленное распространение получили электродинамические ГГ, реализуемые в зависимости от формы проводника в трех вариантах: катушечном, ленточном, изодинамическом. Преобразование энергии в электродинамической ГГ основано на взаимодействии:
- проводника с током звуковой катушки и поля постоянного магнита: в результате электрические колебания подводимого сигнала звуковой частоты преобразуются в механические колебания диафрагмы ГГ;
- колеблющейся диафрагмы ГГ с окружающей средой: в результате возникают акустические колебания.
Устройство электродинамической головки громкоговорителя:
Головка громкоговорителя состоит из трех основных частей: магнитной цепи 1, подвижной системы 2 и диффузородержателя 3.
Магнитная цепь ГГ может быть выполнена в двух вариантах: экранированном или неэкранированном, в зависимости от требований к аппаратуре, в которой применяется Г.Г.
Конструкция магнитной цепи головки громкоговорителя: а) экранированная цепь с керновым магнитом; б) неэкранированная цепь с кольцевым магнитом; в) цепь с кольцевым магнитом и внешним экраном:
Магнитная цепь ГГ состоит из элементов магнитопровода — верхнего и нижнего фланцев 1, 2 и керна 3 или верхнего фланца 1, стакана 2 и керна 3 и постоянного магнита 4. Постоянный магнитный поток, создаваемый магнитом с помощью магнитных фланцев и керна, направляется в воздушный рабочий зазор, имеющий вид кольцевой цилиндрической щели между керном и верхним фланцем.
В качестве постоянных магнитов в неэкранированных цепях обычно применяются кольцевые ферритбариевые магниты марки 26БА170, 28РА180, в экранированных используются литые кобальтосодержащие или редкоземельные магниты, например марки ЮН13ДК24 и др. Для изготовления деталей магнитопровода обычно применяют мягкую электротехническую сталь марки 10832 или конструкционную сталь марки Ст. 10.
Следует отметить, что эффективность работы ГГ как электромеханического преобразователя характеризуется произведением индукции магнитного поля в зазоре на длину проводника (т. е. длину провода звуковой катушки). На величину индукций и структуру распределения магнитного поля влияет ширина и высота рабочего зазора, конфигурация фланцев и керна, а также объем и марка постоянного магнита.
Подвижная система ГГ включает в себя подвес 1, конический диффузор или купольную диафрагму 2, центрирующую шайбу 3, пылезащитный колпачок 4, звуковую катушку 5, гибкие выводы 6.
Конструкция подвижной системы головки громкоговорителя: а) с коническим диффузором; б) купольной диафрагмой:
Подвес 1 имеет вид гофрированной кольцевой оболочки, обладающей большой гибкостью в осевом направлении, что позволяет диффузору совершать осевые колебания с большой амплитудой смещения. Подвес отливается вместе с диафрагмой из бумажной массы или изготавливается из специальных мягких материалов (резины, пенополиуретана и др.).
Диафрагма (диффузор) 2 представляет собой, как правило, упругую оболочку вращения (конусную, купольную или плоскую), в которой под действием осевой механической силы со стороны катушки возникают колебания, возбуждающие колебания воздушной среды и излучающие звук. В настоящее- время в большинстве серийно выпускаемых Г.Г используются диффузоры из естественных целлюлозных материалов, обладающих удачным сочетанием физико-механических параметров. В последние годы стали активно применяться в качестве материалов для диафрагм (диффузоров) полимерные, сотовые, металлические и композитные материалы.
Центрирующая шайба 3 представляет собой гофрированную мембрану, которая обеспечивает центровку звуковой катушки в зазоре, препятствует возникновению крутильных колебаний, позволяя совершать диафрагме большие сме-щения в осевом направлении. Центрирующие шайбы обычно изготавливаются из хлопчатобумажной ткани, батиста или шифона, пропитанных бакелитовым лаком.
Пылезащитный колпачок 4 — купольная или плоская мембрана, которая предохраняет зазор от попадания пыли и выполняет роль дополнительного ребра жесткости на диафрагме. Изготавливается обычно из бумажной массы, ткани или металлической фольги.
Звуковая катушка 5 представляет совой цилиндрический каркас с намотанным в несколько слоев изолированным проводником. При пропускании по звуковой катушке, помещенной в радиальный цилиндрический зазор магнитной цепи, переменного тока на нее будет действовать механическая сила, под действием которой возникают колебания звуковой катушки и связанной с ней диафрагмы. Каркас катушки Обычно изготавливается из кабельной бумаги или металлической фольги, в качестве проводника используется медный или алюминиевый провод в эмалевой изоляции марки ПЭВ, ПЭТВ н т. д.
Гибкие выводы 6 соединяют проводник звуковой катушки с выходными соединительными клеммами ГГ. Для гибких выводов используются провода марок ШЗГ-0,5; ШЗГ-1,0 и др.
Диффузородержатель служит для соединения магнитной цепи и подвижной системы н обеспечивает крепление ГГ в корпусе той аппаратуры, где она используется. Диффузородержатели обычно изготавливаются методом штамповки из стали или методом литья из силумина. Форма, размеры, число уста¬новочных отверстий и т. д. диффузородержателя обуславливаются требованиями ОСТ4.383.001—85 на габариты и установочные размеры ГГ и требованиями технических условий.
Все элементы подвижной системы и магнитной цепи оказывают существенное влияние на электроакустические характеристики и качество звучания ГГ, поэтому выбор их конструктивных и физико-механических параметров является основной проблемой при разработке громкоговорителей.
В изодинамических ГГ (ортодинамических, излучателях Хейла) в качестве излучающего элемента используется тонкая мембрана из диэлектри¬ческой пленки, на которую методом напыления или травления наносится проводник в виде прямоугольной или круглой спирали (ортодинамический). Из отечественных моделей изодинамических излучателей серийно выпускается 10 ГИ-1. Разновидностью изодинамических излучателей является излучатель Хейла, где в качестве излучающего элемента используется гофрированная мембрана с нанесенным проводником специальной формы. Несколько отечественных моделей таких ГГ в настоящее время внедряется в промышленность.
Кроме электродинамических наибольшее промышленное распространение получили электростатические громкоговорители: излучающим элементом в них является тонкая металлизированная пленка, толщиной порядка 6...10 мкм, помещенная между перфорированными электродами из металлизированного диэлектрика. Между мембраной и электродами приложено постоянное поляризую¬щее напряжение. Переменное звуковое напряжение, под действием которого мембрана колеблется и излучает звук, подводится через понижающий трансформатор к неподвижным электродам. В зарубежной промышленности выпускается несколько десятков моделей такого типа громкоговорителей. Отечественная серийная модель используется в системе 26АСЭ-101.
Остальные типы нединамических ГГ (пьезокерамические, плазменные и др.) отечественной промышленностью еще не освоены, хотя на зарубежном рынке имеется ряд фирм, специализирующихся на выпуске таких моделей.
Способ трансформации акустической энергии. Головки громкоговорителей, у которых поверхность диафрагмы излучает звук непосредственно в окружающую среду, называются громкоговорителями прямого излучения. В том случае, когда диафрагма излучает звук в предрупорную камеру, где происходит трансформация скорости звукового давления, громкоговоритель называется рупорным (узкогорлым).
Полоса передаваемых частот. По этому признаку ГГ разделяются на широкополосные, низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.
Форма диафрагмы. Головки громкоговорителей разделяются на конусные, купольные и плоские.
Тип акустического оформления. Различают головки громкоговорителей для акустических систем: открытых, закрытых, с фазоинвертором, пассивным излучателем и т. д.
Область применения. В современной звукотехнике головки громкоговори¬телей используются в разнообразной аппаратуре: для переносной и стационарной массовой радиоаппаратуры (телевизоры, приемники, магнитофоны), для высококачественных (категории И—П) бытовых акустических систем, аппаратуры для озвучивания, концертно-театральной и студийной аппаратуры, абонентских громкоговорителей и т. д.
Наибольшее распространение в серийном производстве (с объемом десятки млн. штук в год) получили электродинамические ГГ катушечные конусные (диффузорные) или купольные прямого излучения.