Zestawy głośnikowe - vol.1.doc

Zestawy głośnikowe

ALEKSANDER WITORT

Biblioteka Główna ATR w Bydgoszczy

000000065490

.

Wydawnictwo Czasopism i Książek Technicznych NOT-SIGMA

Warszawa 1986

r

5>pis treści

strony tytułowej

Projekt okładki Andrzej Pilich

,.

W książce podano podstawowe wiadomości o głośnikach i zestawach głośnikowych przeznaczo­nych do użytku domowego i do nagłośniania większych pomieszczeń. Omówiono różne typy głośników i różne rodzaje obudów stosowanych w zestawach głośnikowych, podano także zalecenia co do ich stosowania. Czytelnik znajdzie również wskazówki dotyczące wykonania zestawów głośnikowych we własnym zakresie.

Książka jest przeznaczona zarówno dla tych, którzy interesują się urządzeniami elektroakustycz­nymi, jak i tych, którzy zamierzają sami wykonać zestaw głośnikowy.

Redaktor

mgr inż. Barbara Osuchowska

Redaktor techniczny Władysława Nasternak

Korektor Gertruda Platonoff

©   Copyright by Wydawnictwo Czasopism i Książek Technicznych NOT-SIGMA, Warszawa 1986

Od Autora ......................              7

1. Dźwięk i fale dźwiękowe    ...............              8

2. Głośniki     .....................              15

3. Zestawy głośnikowe   .................              29

4. Zestawy głośnikowe zamknięte    .............              36

5. Zestawy głośnikowe z otworem .............              39

6. Głośniki i zestawy tubowe oraz zestawy labiryntowe   .....              45

7. Profesjonalne zestawy głośnikowe   ............              50

8. Konstruowanie obudów ................              57

9. Filtry elektryczne zestawów głośnikowych   .........              63

10. Projektowanie amatorskiego zestawu głośnikowego ......              76

11. Badanie i ocena zestawów głośnikowych.    .........              87

Dodatek. Dane techniczne głośników ZGW Tonsil   .......              95

ISBN 83-85001-10-7

Printed in Poland

Wydawnictwo Czasopism i Książek Technicznych

NOT-SIGMA, Warszawa  1986

Wydanie I. Nakład 60370 egz.

Ark. wyd. 6,5. Ark. druk. 6.

Papier offset, rola 70 cm, III kl., 70 g.

Skład: Wrocławska Drukarnia Naukowa.

Druk: Olsztyńskie Zakłady Graficzne

im. Seweryna Pieniężnego

10-417 Olsztyn, ul. Towarowa 2.

Zam. 458      T-78/82

Od Autora

Muzyka jako taka jest sztuką. Wkroczyła w życie współczesnego człowieka tak szeroko i głęboko, jak żadna z innych sztuk. Trudno przecenić wpływ muzyki na świat emocjonalny każdego z nas, a także jej udział w całokształ­cie kultury współczesnego człowieka. Żyjemy w epoce wielkiej dostępności muzyki. Fonografia, radiofonia i telewizja udostępniły muzykę wszystkim. Praktycznie każdy może dziś korzystać z dorobku muzycznego ludzkości.

Końcowym ogniwem każdego toru elektroakustycznego jest głośnik lub zestaw głośnikowy. Pełnią one nadzwyczaj ważną funkcję przetwarzania sygnałów elektrycznych na dźwięki. Od ich jakości zależy w dużym stopniu jakość muzyki odtwarzanej za pomocą urządzeń elektroakustycznych. Wielki postęp, który nastąpił w ostatnich latach w zakresie środków zapisu i przenoszenia sygnałów dźwiękowych, takich jak gramofony, magnetofony oraz płyty z zapisem cyfrowym i płytofony do ich odtwarzania, umożliwia doskonalenie głośników i zestawów głośnikowych. Systematyczny postęp technologiczny w tej dziedzinie jest widoczny. Wzrosła także znacznie wiedza o przetwornikach elektroakustycznych, zwiększyły się możliwości obiektyw­nych pomiarów ich parametrów, przebadano warunki, w jakich przeciętny słuchacz korzysta z muzyki w domu. Wszystko to wywarło znaczny wpływ na jakość techniczną odtwarzania dźwięków.

Konstruowanie zestawów głośnikowych we własnym zakresie jest obecnie szeroko rozpowszechnione w całym świecie. Motywem tego mogą być zarów­no względy ekonomiczne, jak i zamiłowania techniczno-konstruktorskie, a także próby konstruowania zestawów głośnikowych lepszych niż standardo­we, dostarczane przez producentów, bądź zestawów specjalnych, których nabycie jest praktycznie niemożliwe.

W książce podano zasób wiadomości umożliwiających każdemu amatoro­wi rozpoczęcie działalności w tej dziedzinie. Książkę warto przeczytać całą, a następnie korzystać z rozdziałów przydatnych do realizacji określonego celu.

Warszawa, w czerwcu 1984

1. uzwięk i tale dźwiękowe

Dźwięk jest zaburzeniem falowym w powietrzu lub w innym środowisku sprężystym, wywołującym wrażenia słuchowe. Fale wywołujące wrażenia słuchowe nazywamy falami dźwiękowymi. Dźwięki docierają do nas z powiet­rza lub niekiedy przez przewodnictwo kostne czaszki.

Fale dźwiękowe powstają w wyniku drgań mechanicznych (brył, płyt, membran itp.), które z kolei powodują ruchy cząstek w powietrzu. Za­wirowania wywołujące fale dźwiękowe tworzą się wokół gwizdków, piszcza­łek i syren; są także wywoływane przez wiatr, sztuczne wyładowania elek­tryczne i pioruny.

Fale dźwiękowe w powietrzu są falami podłużnymi. Cząstki tego środowis­ka poruszają się bowiem równolegle do kierunku rozchodzenia się fali. Prześledźmy mechanizm rozchodzenia się fali dźwiękowej wywołanej dużą płaszczyzną drgającą — tłokiem drgającym (rys. 1-1). Gdy tłok porusza się ku przodowi, cząstki powietrza są popychane i wskutek swej bezwładności zagęszczają się przy tłoku, nabierając prędkości równej prędkości tłoka.

Kok drgający

Rys. 1-1. Mechanizm wytwarzania

fali dźwiękowej za pomocą tłoka

drgającego

Nawet wówczas, gdy tłok się zatrzyma, rozpędzone cząstki oddalają się od niego i pędzą nadal ku przodowi, potrącając i wprawiając w ruch cząstki znajdujące się przed nimi. Przy samym tłoku, między nim a pędzącymi do przodu cząstkami, powstaje po pewnym czasie rozrzedzenie. Powoduje ono hamowanie poruszających się do przodu cząstek, a następnie zmianę kierun­ku ich ruchu na przeciwny, tak że odrywają się one od cząstek znajdują-

się uprzednio przed nimi. Tłok drgający po osiągnięciu drugiego oółożenia krańcowego (tylnego) posuwa się ponownie do przodu. Cofające się cząstki zderzają się z nim, skupiają przy jego powierzchni i ponownie zmieniają kierunek. Część energii tłoka zostaje przekazana cząstkom leżącym w różnych odległościach od tłoka; jest to energia wysyłana w postaci fali. Rozważmy teraz zachowanie się cząstek powietrza oddalonych od tłoka drgającego. Przebywające w stanie określonej równowagi cząstki powietrza potrącane przez cząstki znajdujące się bliżej tłoka i przesuwane; tworzy się ich lokalne zagęszczenie, które — wobec sprężystości powietrza — powoduje no chwili powrotny ruch przesuniętych cząstek. Wskutek bezwładności cząs­tek przy ich cofaniu się tworzy się rozrzedzenie. Cząstki wykonują ruch drgający wokół położenia spoczynkowego, zagęszczenie zaś i rozrzedzenie rozprzestrzeniają się z określoną prędkością; powstaje fala dźwiękowa.

Falę dźwiękową przedstawioną na rys. 1-1 nazywamy płaską, ponieważ jej czoło tworzy płaską powierzchnię. Czołem fali nazywamy miejsce geomet­ryczne punktów w przestrzeni wyznaczone przez cząstki środowiska mające jednakową fazę drgań i znajdujące się w jednakowej odległości od źródła. Są także inne rodzaje fal. Falę kulistą wytwarza źródło w postaci drgającej kuli. W praktyce mamy do czynienia z falami o czole przypominającym mniej lub bardziej wypukłe czasze.

Długość fali dźwiękowej jest to odległość między dwoma sąsiednimi zagęszczeniami lub rozrzedzeniami cząstek środowiska. Długość fali można również określić jako odległość między dwiema najbliższymi cząstkami o identycznej fazie ruchu.

Długość fali zależy od prędkości rozchodzenia się fali w danym środo­wisku i od częstotliwości drgań źródła. Prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej w powietrzu przy temperaturze 20°C wynosi 340 m/s. Przyjęto, że zakres częstotliwości drgań źródeł dźwięku wynosi od 16 do 20000 Hz. W związku z tym długość fal dźwiękowych w powietrzu wynosi odpowiednio od 21 do 0,017 m. Przy częstotliwościach 100, 1000 i 10000 Hz, ocenianych subiektywnie jako ton niski, ton średnio-wysoki i ton bardzo wysoki, długoś­ci fal wynoszą odpowiednio: 3,4 m, 0,34 m i 0,034 m.

W powietrzu mamy określone ciśnienie statyczne, zależne od warun­ków atmosferycznych. Przepływ fali dźwiękowej powoduje nakładanie się zmiennej (dynamicznej) wartości ciśnienia na tę wartość statyczną. Przyrost ciśnienia spowodowany falą dźwiękową nazywamy ciśnieniem akustycznym. Jednostką ciśnienia jest l paskal (Pa)*. Rozróżniamy wartość chwilową ciśnienia akustycznego, wartość amplitudy jego zmian okresowych oraz wartość skuteczną ciśnienia. Warto przypomnieć, że ucho ludzkie i większość mikrofonów są układami czułymi właśnie na zmiany ciśnienia akustycznego, fala dźwiękowa — tak jak i inne fale — odbija się od napotkanej Przeszkody. Na rysunku l-2a widzimy odbijanie się fali płaskiej od płaskiej

l   Pa = l   n/itt = 10 ubar = 10 dyn/cm2.

r

o)

Fala padająca

Fala odbiła

5'    V      3'     2'     1'

powierzchni, a na rys. l-2b odbijanie się fali o czole półkolistym. Przyjrzyjmy się tym rysunkom. Przy całkowitym odbijaniu się fali można wyznaczyć miejsce pozornego źródła fali odbitej (punkt O' na rys. l-2b). Przeszkoda — ściana na drodze fali — może mieć takie własności, że fala padająca częściowo się od niej odbija, a częściowo przez nią przenika do środowiska znajdującego się poza przeszkodą. Energia fali padającej rozdziela się wów­czas między te dwie fale pochodne. W warunkach rzeczywistych najczęściej mamy do czynienia z takim właśnie częściowym odbijaniem się fali dźwię­kowej.

fali, nie powoduje prawie żadnego zaburzenia. Zjawisko uginania się fal ma istotny związek z własnościami źródeł dźwięku, m.in. głośników, gdyż wytwo­rzenie fal o wielkiej długości za pomocą membran głośników o ograniczo­nych wymiarach napotyka duże trudności.

Rys: 1-2. Odbijanie się od powierzchni płaskiej fal: a) płaskiej; b) o czole w kształcie okręgu

Interesujące i ważne z praktycznego punktu widzenia jest zachowanie się fali napotykającej przeszkodę o ograniczonych wymiarach. Stwierdzono, że fale pojawiają się także za przeszkodą, w przestrzeni, w której nie należałoby się ich spodziewać, w tzw. przestrzeni „cienia". Jest to wynikiem zjawiska, które nazywamy uginaniem się fali lub dyfrakcją fali. Powstaje ono dzięki temu, że każde miejsce fali padającej może być źródłem nowych fal elemen­tarnych. Na krawędzi przeszkody powstają fale o czole stanowiącym część okręgu, wycinek cylindra bądź wycinek kuli; przenikają one do przestrzeni znajdującej się poza przeszkodą. Mechanizm ten widzimy też na rys. 1-2; np. w miejscu 5' powstaje fala o czole kolistym, która rozprzestrzeniałaby się we wszystkich kierunkach, gdyby powierzchnia odbijająca kończyła się tuż za miejscem odbicia. Decydujące znaczenie mają wymiary przeszkody w stosun­ku do długości fali. Duża przeszkoda, o szerokości kilkudziesięciu długości fal, rzuca duży „cień". Mała przeszkoda, o wymiarach mniejszych niż długość

Rys.   1-3.  Charakterystyki  kierunkowości  promieniowania fali  przez kołowy tłok drgający o promieniu r0 (przy różnych wartościach stosunku r0/A)

Kierunkowość rozchodzenia się fali dźwiękowej, czyli zdolność źródła do promieniowania energii w określonym kierunku, zależy od stosunku wymia­rów źródła do długości fali. Na rysunku 1-3 widzimy charakterystyki kierun­kowości emitowania fali przez kołowy tłok drgający, umieszczony w nieskoń­czenie wielkiej odgrodzić, dzielącej całą otaczającą przestrzeń na dwie części. Przyjrzyjmy się tym charakterystykom. Jeżeli promień tłoka jest równy długości fali (lub od niej dłuższy), to energia źródła emitowana w postaci fali dźwiękowej jest promieniowana w małym kącie bryłowym. I przeciwnie, mały tłok w odgrodzie wytwarza falę o czole zbliżonym do półkuli. Jeżeli dane z rys. 1-3 porównamy z długościami fal dźwiękowych, to stwierdzimy, że fale odpowiadające dźwiękom wysokim rozchodzą się ze źródeł (np. głośników i instrumentów muzycznych) w określonym kierunku. Fale odpowiadające dźwiękom niskim są emitowane we wszystkich kierunkach.

Nakładanie się dwóch fal dźwiękowych lub większej ich liczby sprawia, że w danym miejscu przestrzeni fale te dodają się lub odejmują. Zjawisko to nazywamy interferencją. W miejscach, w których fazy fal są zgodne, ich amplitudy się sumują, a fala wypadkowa ma amplitudę większą. W miejscach zaś, w których fazy fal są przeciwne, występuje znoszenie się fal.

Rozmieszczenie wszystkich tych miejsc w przestrzeni zależy od długości fali i rozmieszczenia źródeł. W praktyce interferencja fal występuje np. wówczas, gdy dwa głośniki emitują fale o długości mniejszej niż odległość między tymi głośnikami. Różnica długości dróg może być równa połowie długości fali i wówczas występuje niekorzystna interferencja. Niekorzystna interferencja fali biegnącej wprost z głośnika i fali odbitej od podłogi

10

11

...