Экспериментальное определение параметров и характеристик громкоговорителя

Лабораторная работа №2

Тема:    Экспериментальное определение параметров и характеристик громкоговорителя.

Цель:    Изучить конструкцию и методики измерения параметров и характеристик громкоговорителя, получить практические навыки выполнения экспериментальных исследований.

Краткие теоретические сведения

Громкоговоритель служит для преобразования электрического сигнала звуковой частоты, поступающего с выхода усилителя, в акустические колебания, воспринимаемые нами как звук.

Качество громкоговорителя может быть оценено по ряду параметров и характеристик, регламентируемых государственными и международными стандартами.

Номинальная мощность (Вт) – максимальная подводимая электрическая мощность, ограниченная тепловой и механической прочностью громкоговорителя, при которой нелинейные искажения не превышают допустимые значения в заданном диапазоне частот (например: для НЧ головок громкоговорителей - 7...10 % на частоте от 100 до 200 Гц; для акустических систем первой группы сложности - 2% в диапазоне частот 250...2000 Гц). Громкоговоритель не должен выходить из строя при длительном её воздействии.

Рекомендация МЭЖ (международной электротехнической комиссии) для акустических систем определяет номинальную мощность как соответствующую номинальному среднему звуковому давлению не менее 1 Пи (уровень звукового давления 94 дБ) на расстоянии 1 м от акустической системы.

Частотная характеристика по звуковому давлению – зависимость звукового давления (или уровня звукового давления), развиваемого громкоговорителем в заданной точке свободного поля (обычно на рабочей оси) от частоты при постоянной амплитуде напряжения па входе.

Неравномерность частотной характеристики (дБ) – разность уровней наибольшего и наименьшего звукового давления в определенном диапазоне частот или отклонение от некоторого среднего уровня звукового давления, измеренного в определенном диапазоне частот.

Диапазон воспроизводимых частот (эффективный рабочий диапазон частот) – диапазон частот, в пределах которого неравномерность частотной ха­рактеристики не превышает заданной величины.

Стандартное звуковое давление (Па) – звуковое давление, развиваемое громкоговорителем на расстоянии 1 м по его рабочей оси при подведении к нему электрической мощности 0,1 Вт. Зависит от частоты сигнала. Как правило, измеряют на частоте 1000 Гц.

Среднее стандартное звуковое давление (отдачи) – среднее звуковое давление, развиваемое в диапазоне рабочих частот на расстоянии 1 м по рабочей оси при подведении к громкоговорителю электрической мощности 0,1 Вт. Определяют как среднеарифметическое  или среднеквадратичное значение стандартных звуковых давлений, измеренных для ряда частот (обычно с дискретностью 1/3 октавы) в рабочем диапазоне. Для акустических систем усреднение производится в полосе частот 100...8000 Гц.

Характеристическая чувствительность – отношение среднего звукового давления, развиваемого громкоговорителем в номинальном диапазоне частот на расстоянии 1 м по рабочей оси, к корню квадратному из подводимой электрической мощности.

Наибольшее распространение получили электродинамические диффузорные громкоговорители, которые обеспечивают различные выходные мощности (от сотых долей до сотен Ватт) и широкий диапазон воспроизводимых частот.

Типовая конструкция широкополосного электродинамического диффузорного  громкоговорителя показана на рис. 2.1.

Электродинамическая система состоит из подвижной катушки, расположенной в кольцевом зазоре магнитной цепи, образованной постоянным кольце­вым магнитом, двумя фланцами и керном. Проходящий через катушку ток зву­ковой частоты образует вокруг нее пере­менное магнитное поле, которое взаимодействует с радиальным магнитным полем постоянного магнита и создает осевую силу

F = Bli,

где B - магнитная индукция в зазоре; l - длина провода катушки; i - ток в катушке. Эта сила приводит в движение диффузор, жестко скрепленный с катуш­кой и центрирующей шайбой и подвешенный к корпусу по внешнему краю.

При этом диффузор работает как поршневой излучатель с одной степенью свободы (в осевом направлении), создавая акустические волны звуковой частоты. Центрирующая шайба исключает радиальное смещение катушки и диффузора, что защищает катушку от затирания и повреждения, а также обеспечивает равномерность распределения магнитной индукции в зазоре, уменьшая тем самым нелинейные искажения. Дополнительный диффузор, выполненный в виде жёсткого конуса, служит для расширения диаграммы направленности и улучшения воспроизведения высших частот (выше 10 кГц) и может отсутствовать. В отдельных случаях постоянный магнит может быть выполнен в виде керна. При этом поле рассеяния сводится к минимуму и громкоговоритель не создаёт помех радиоприему. Конструкция узкополосных среднечастотных и высокочастотных громкоговорителей может существенно отличаться.

Порядок выполнения работы

1.  Используемое оборудование. Звуковой генератор, усилитель, громкоговоритель, измерительный микрофон, измерительный усилитель, осциллограф, вольтметр, амперметр. Вместо реальных приборов (ГЗЧ и ОСЦ) могут быть использованы виртуальные приборы, реализованные программно на персональном компьютере с выходом на высококачественную звуковую карту.