искажения, а в другом месте специально введенные другие реактивные элементы (элементы коррекции) уменьшают эти искажения. Таковы самые общие, самые предварительные замечания. О том, как все происходит в конкретных электрических цепях, — речь впереди (Т-199).
Т-120. Частотная характеристика громкоговорителя показывает, насколько хорошо он преобразует ток в звук на разных частотах. С частотными характеристиками мы уже встречались, когда пытались выяснить, как ведут себя те или иные элементы электрической цепи при изменении частоты переменного тока (Т-80). Для того чтобы получить частотную характеристику громкоговорителя, нужно подвести к нему переменное напряжение, менять частоту этого напряжения (поддерживая все время одинаковой его амплитуду, число вольт) и одновременно измерять звуковое давление (Р-74;1). Желаемая частотная характеристика громкоговорителя — прямая линия, она говорит о том, что громкоговоритель будет одинаково хорошо преобразовывать ток в звук на всех частотах. Пусть даже не на всех. На всех, пожалуй, и не нужно, идеальным вполне можно было бы назвать громкоговоритель, если бы его частотная характеристика была прямой в диапазоне примерно от 20 Гц до 20 кГц, то есть в том диапазоне, в котором слышит человеческое ухо.
Однако же таких громкоговорителей, к сожалению, не бывает.
Одна из причин частотных искажений в громкоговорителе — сама звуковая катушка. С частотой ее индуктивное сопротивление растет, ток в катушке падает, а значит, она слабее взаимодействует с внешним магнитным полем. Но это далеко не самое страшное. В громкоговорителе есть механические колебательные системы, напоминающие гитарную струну. Это прежде всего сам диффузор, который, как и струна, обладает определенной массой и упругостью. Колебательные системы громкоговорителя, как и любые колебательные системы, на определенных частотах резонируют, и из-за этого на частотной характеристике появляются острые выбросы «пиков». Но и это еще не все.
Частотные характеристики громкоговорителя с большим диффузором имеют понижение, или, как принято говорить, завал, в области высших частот (С-13) — за счет большой инерции большому диффузору, захватывающему большие объемы воздуха, с увеличением частоты все труднее следовать за изменениями тока. Но зато громкоговорители с большим диаметром диффузора хорошо воспроизводят низшие звуковые частоты, и их так и называют низкочастотными. А маленькие диффузоры, наоборот, легко двигаются на высших частотах, но плохо излучают на низших, за что их и называют высокочастотными. Есть громкоговорители универсальные, они удовлетворительно воспроизводят и весьма высокие частоты, и довольно низкие. Однако же если хотят воспроизвести очень широкую полосу звуковых частот, то создают акустические агрегаты, куда входят и низкочастотные громкоговорители, и высокочастотные (Р-74;8).
Частотная характеристика громкоговорителя должна представлять собой график зависимости звукового давления (или силы звука) от частоты переменного напряжения, которое подводится к звуковой катушке. Но часто характеристику эту изображают иначе. Звуковое давление на некоторой частоте, обычно на частоте 1000 Гц, принимают за единицу и на частотной характеристике показывают лишь изменения силы звука (звукового давления) по отношению к этой средней величине. Возле вертикальной оси ставят букву К или Кчи, обозначая таким образом коэффициент частотных искажений — он показывает, на сколько децибел (во сколько раз) звуковое давление на данной частоте больше (положительный Кчи) или меньше (отрицательный Кчи), чем на средней частоте 1000 Гц (Р-74;3). У идеального громкоговорителя звуковое давление на всех частотах одинаково, а значит, Кчи всегда равен нулю, частотных искажений нет.
Т-121. Акустический экран препятствует завалу низших звуковых частот.
Когда диффузор движется вперед, он создает перед собой область сжатия, а позади — область разрежения. Во время обратного движения диффузора область сжатия появляется с тыльной стороны громкоговорителя, а впереди него — область разрежения. Иными словами, громкоговоритель одновременно излучает две звуковые волны (Р-75;1), причем сдвинутые по фазе на полпериода, на 180°. И если обе эти волны одновременно придут к нашему уху, то мы вообще ничего не услышим — противофазные волны просто скомпенсируют друг друга. В реальном случае полного взаимного «пожирания» звуковых волн не происходит (хотя бы потому, что диффузор вперед излучает эффективнее, чем назад), но ослабить друг друга они могут весьма заметно. Причем главным образом в области низших частот.
Р-75
Дело в том, что звуковая волна, которую создает тыльная, задняя поверхность диффузора, приходит к слушателю путем несколько более длинным, чем основная волна, и появляется некоторый дополнительный сдвиг фаз между этими звуковыми волнами. На высших звуковых частотах, которым соответствуют более короткие волны, даже небольшой разницы в путях от диффузора до уха достаточно, чтобы в прошлом противофазные волны пришли к станции своего назначения — к уху — в полном согласии, в фазе. А вот на самых низших частотах и даже на средних частотах дополнительный сдвиг фаз получается небольшим и звук заметно ослабляется. Способ борьбы с этой довольно-таки серьезной неприятностью напрашивается сам собой: нужно просто удлинить путь, по которому «задняя» звуковая волна идет к уху. Иногда это делают с помощью акустического экрана (Р-75;2) — достаточно толстой (10–20 мм) доски фанеры, деревянной доски или древесно-стружечной плиты.
Т-122. Корпус (ящик) — важный элемент акустических установок. Если когда-нибудь вам придется конструировать приемник или радиолу, то проделайте простой эксперимент: сначала послушайте громкоговоритель, не вставляя его в ящик, на весу, а затем вставьте громкоговоритель в ящик и послушайте его еще раз. Вы наверняка отметите огромную разницу в звучании: «голый» громкоговоритель звучит значительно тише, средние и особенно низшие частоты сильно завалены, их почти не слышно.
Деревянный ящик — это не просто декоративная деталь, он сильно влияет на качество звучания, причем сразу несколькими «рычагами». Во-первых, он выполняет роль акустического экрана (Р-75;3). Во-вторых, ящику передаются колебания диффузора, и он сам превращается в излучатель звука. Излучатель довольно большой, а значит, увеличивающий звуковую мощность, особенно в самой трудной области — на низших звуковых частотах. Вот почему, конструируя ящики для акустических агрегатов, думают не только о красоте форм или о внешней отделке. Главное внимание обращается на то, как использовать ящик для улучшения качества звучания, в частности для выравнивания частотной характеристики.
Есть несколько приемов формирования необходимых акустических характеристик ящика. Один из них — размещение громкоговорителей не только на передней стенке, но и на боковых. Это улучшает диаграмму направленности акустического агрегата, он более равномерно излучает звук во всех направлениях, создает ощущение объемного звучания. В некоторых случаях ящик заполняют звукопоглотителем, например ватой или стеклянной ватой, и этим несколько ослабляют неприятные резонансные явления в системе громкоговоритель — ящик.
Для подъема частотной характеристики в области низших частот в ящике делают специально рассчитанные акустические лабиринты и фазоинверторы (Р-75;5) — устройства, которые определенным образом поворачивают фазу звуковой волны, создают условия для складывания, суммирования звуков, излучаемых разными участками акустического агрегата.
На Р-75;6,10 приведены типичные схемы акустических агрегатов. Такие агрегаты, или, как их чаще называют, звуковые колонки, рассчитаны на разные типы громкоговорителей, на разную подводимую мощность. В зависимости от способов соединения громкоговорителей может быть различным и их общее сопротивление (Р-75;9,10). Кстати, соединяя громкоговорители в группы, нужно их фазировать — нужно, чтобы все диффузоры одновременно двигались в одну и ту же сторону. Фазировку проще всего осуществить с помощью гальванического элемента, наблюдая, куда смещается диффузор (Р-74;7,8).
Мощности, указанные на Р-74;9,10, дают нам повод (таких поводов, правда, и раньше было довольно много) задуматься над проблемой, которая неизбежно ведет к следующей главе. Для создания достаточно громкого звука нужен электрический сигнал мощностью в несколько ватт, а то и в несколько десятков ватт.
А теперь попробуем подсчитать мощность, которую могут обеспечить наши главные поставщики электрической копии звука — микрофоны. Даже сравнительно громким звукам (60 дБ) соответствует мощность звуковой волны всего 0,000001 Вт/м2 = 10-6 Вт/м2. Если предположить, что площадь воспринимающей части микрофона составляет 10 см2 (10-3 м2), то окажется, что микрофон получает от звуковой волны всего 10-9 Вт, то есть одну миллиардную ватта. Это — мощность звука, который поступает в микрофон, а мощность электрического сигнала на его выходе еще во много раз меньше — коэффициент полезного действия микрофона всего несколько процентов.
Из этого можно сделать только один вывод. На пути от устройства, где рождается электрическая копия звука, до устройства, где электрический сигнал создает звук, необходим еще один элемент — усилитель.
26, 27, 28, 29.Удар по мячу — и он получает порцию энергии (26). Мяч поднимается, уменьшается его скорость, а значит, и кинетическая энергия. В наивысшей точке она равна нулю, а потенциальная энергия максимальна (27), При падении мяча потенциальная анергия переходит в кинетическую (28); после удара о землю все повторяется сначала (29).
30. Развитие какого-либо процесса во времени и вообще зависимость одной какой-либо величины от другой очень наглядно отображается в виде графика.