Способы уменьшения искажения звукового сигнала громкоговорителя

Чтобы выявить причину искажений звуковых сигналов и определить возможные методы их исключений рассмотрим конструкционное строение громкоговорителя.

Громкоговоритель представляет собой электроакустическую систему, способную выполнять преобразование электрического колебания в звуковую волну, передаваемую через воздушную среду. Громкоговорители могут быть диффузионными – прямого направления или рупорными – это тот же диффузионный громкоговоритель, но в нем излучатель звука контактирует с воздушной средой с помощью дополнительного элемента – рупора.

Конструкционные особенности громкоговорителя и его работа

В конструкцию диффузионного громкоговорителя входят:

• подвес;
• диффузор;
• защитный колпачок;
• шайба центрирования;
• магнитная система со звуковой катушкой.

При поступлении электрических импульсов звуковой частоты на катушку происходит ее вынужденное колебание в магнитном поле постоянного магнита. Катушка приводит в действие диффузор, создавая в воздухе звуковую волну, которую может воспринимать ухо человека. Таким способом, используя динамическую головку громкоговорителя, можно воспроизводить звуковые сигналы.

Причины возникновения звуковых искажений

На качество воспроизводимого звука существенное влияние имеют искажения, имеющие разную физическую природу. Рассмотрим, какие искажения могут быть и от чего зависит их появление.

Нелинейность подвеса

Такие искажения характерны для области низких частот. Они возникают вследствие больших амплитуд смещения подвижной системы головки громкоговорителя, когда зависимость между смещением и величиной тока нарушается. Такие искажения пропадают в области высоких частот.

Силовой фактор

Он определяется эффективностью работы электромеханического преобразователя головки в зависимости от положения звуковой головки при постоянном токе, проходящим через нее. Дело в том, что магнитное поле магнитное поле в кольцевой щели неоднородно, что приводит к нарушению линейной зависимости между действующей силой на диффузор и протекающим через катушку током. Особенно эти искажения проявляются в области низких частот.

Изменение индуктивности звуковой катушки

Индуктивность рабочей катушки звукового вещателя не является постоянной величиной. Она меняется в процессе смещения катушки от своего положения равновесия. При втягивании катушки магнитной системой ее индуктивность растет, а при перемещении от магнита падает. Такая смена индуктивности незаметна на низких частотах, а вот на высоких вызывает нелинейные искажения.

Продольный изгиб диффузора

Сила, которая действует на диффузор может быть разложена на две составляющие – поперечную и продольную. Под действием поперечной составляющей диффузор формирует звуковую волну, которая распространяется в воздушной среде. Продольная же составляющая приводит к нежелательному изгибу диффузора в продольной плоскости, что приводит к нежелательным искажениям.

Исходя из перечисленных причин появления искажений, можно сделать вывод, что искажения можно классифицировать за такими видами:

• искажение амплитудно-частотной характеристики;
• искажения фазочастотной характеристики;
• переходные и нелинейные искажения;
• интермодуляционные помехи.

Способы нейтрализации звуковых искажений

Рассмотрим, какими основными способами можно исключить или минимизировать вышеперечисленные искажения.

Использование электродинамического преобразователя

Такой тип преобразователя содержит два ряда плоских пластин постоянных магнитов, которые чередуются своей полярностью. Между ними устанавливается эластичная мембрана из диэлектрического материала и плоской формы звуковая катушка. Такой тип строения преобразователя обеспечивает оптимальный процесс перемещения мембраны и минимизирует звуковые искажения.

Применение головки извещателя с наполнением из звукопоглощающего материала

Такая конструкция звукоговорителя предусматривает частичное заполнение свободного пространства, в котором расположена панель с акустической головкой, специальным материалом, поглощающим звук. Такая конструкция способствует поглощению большего числа нелинейных и высокочастотных искажений.

Использование диффузора специальной конструкции

Предлагается применять головки, в которых диффузоры крепятся на специальных держателях и жестко соединяются со звуковыми катушками, которые могут совершать осевые колебания в кольцевидном зазоре магнита. Также в конструкцию головки включается генератор сигналов обратно-отрицательной связи. Он реализуется в виде источника и приемника оптического излучения и устанавливается на противоположной стороне диффузора. Благодаря такой конструкции улучшается качество звука путем минимизации нелинейных и частотных искажений.

Методика преобразования электрических сигналов в акустические

Предлагается выполнять процедуру преобразования входящего широкополосного электросигнала в акустический. Для преобразования выполняют разделение электрических сигналов на несколько сигналов из разных диапазонов с последующим усилением этих сигналов и преобразованием в акустические. Такая процедура проводится с применением усилителей разной мощности. Благодаря реализации такой процедуры обеспечивается увеличение качества звука, уменьшив уровень нелинейных искажений.

Выводы

Из сказанного выше можно сделать вывод, что на сегодняшний день существует множество разных способов, чтобы минимизировать и нивелировать действие искажений, возникающих в процессе работы громкоговорителя. Разработчики акустических систем постоянно совершенствуют конструкцию звуковых головок громкоговорителей, используя для этого различные конструкционные решения и применяя различные новые материалы. Поэтому в большинстве современных громкоговорителях практически нивелированы все известные искажения и их качество звучанию близко к идеальному.