Исследование динамических процессов в акустическом динамике

Страницы: 1 2

Содержание

Введение
Глава 1. Критический анализ литературных и патентных источников
1.1 Понятие и сущность акустических систем
1.1.1 Основные параметры акустических систем
1.1.2 Устройство и принцип работы громкоговорителя
1.1.3 Низкочастотный громкоговоритель
1.2 Обзор существующих моделей низкочастотных звуковоспроизводящих устройств
1.2.1 Динамическая головка «Visaton B 200/6»
1.2.2 Динамик «Wavecor SW178WA01-01»
1.2.3 Громкоговоритель «Fostex FW800HS»
1.2.4 Громкоговоритель « MAG M0830»
1.2.5 Динамик «BEYMA 12BR70»
1.2.6 Динамическая головка «НОЭМА 600ГДН14-8»
1.3 Выводы
Глава 2. Исследования динамических процессов в акустическом динамике
2.1 Нелинейные искажения в акустических системах
2.2 Метод электромеханических аналогий
2.3 Обобщенная эквивалентная электрическая модель акустической системы (упрощенная)
2.4 Полная обобщенная эквивалентная электрическая модель низкочастотного громкоговорителя
2.5 Выбор программной среды для компьютерного моделирования
2.6 Исследование линейной модели звуковоспроизводящего устройства
2.7 Выводы
Глава 3. Постановка задачи исследования
Глава 4. Расчетно-исследовательская часть
4.1 Расчет основных параметров схемы замещения
4.2 Расчет КПД акустической системы
4.4 Нелинейная схема замещения звуковой системы
4.5 Выводы
Глава 5. Управленческие и экологические аспекты проекта
5.1 Управленческие аспекты проекта
5.2 Экологические аспекты проекта
Заключение
Список использованных источников

Введение

Актуальность. С развитием цифровой индустрии и появлением новых акустических систем повышается значимость исследования качества звука в акустических системах. Усложнение музыкальных произведений и растущие требования к стандартам кинопоказа обуславливают актуальность этого вопроса.
В отечественной технической литературе звуковоспроизводящее устройство называется «акустической системой». В зависимости от области применения, она может обозначаться как «акустическая система», «акустический агрегат», «звуковая колонка», «аудиомонитор» или просто «громкоговоритель» или «динамик».
Данная выпускная квалификационная работа направлена на исследование динамических процессов в акустическом динамике.
Объект исследования — акустические системы.
Предмет исследования — динамические процессы в акустических системах.
Цель исследования состоит в исследовании динамических процессов в акустических системах.
Задачи:
1. Представить понятие и сущность акустических систем;
2. Провести обзор существующих моделей низкочастотных акустических систем;
3. Рассмотреть нелинейные искажения в акустических системах;
4. Рассмотреть метод электромеханических аналогий;
5. Изучить эквивалентные электрические модели акустических систем;
6. Рассчитать основные параметры схемы замещения;
7. Рассчитать КПД акустической системы;
8. Описать разработанный метод преобразования звука.
Теоретическая и практическая значимость состоит в определении факторов, влияющих на качество звука в акустическом динамике.
Таким образом, ВКР включает в себя введение, 5 глав, заключение и список источников, содержащий 53 наименования.

Глава 1. Критический анализ литературных и патентных источников

1.1 Понятие и сущность акустических систем

Акустическая система – это устройство воспроизведения звукового электрического сигнала, в звуковое акустическое оформления посредством встроенных частей динамических излучающих головок.
Акустическую систему можно разделить:
• по действенным принципам:
o электродинамические;
o электростатические;
o пьезокерамические;
o плазменные и др.
• по способу излучения:
o прямого излучения;
o рупорные.
• по количеству динамических головок:
o однополосные;
o многополосные.
• по полосе передаваемых частот динамических головок:
o низкочастотные;
o среднечастотные;
o высокочастотные;
o широкополосные.
• по акустическому оформлению:
o фазоинверторные;
o закрытые;
o открытые;
o пассивные.

• по области применения:
o телевизионные;
o автомобильные;
o студийные и др.
Однополосная система не дает возможности выполнить качественное звучание из-за проблемы излучателя, который не может воспроизводить разночастотные сигналы.
Многополосные системы имеют больший спектр звуковых частот, которые может слышать человек, при этом разбивая их на несколько диапазонов, каждый из которых имеет свою динамическую головку со своими характеристиками в заданном диапазоне. Так достигается воспроизведение качественного частотного звучания 20-20000 Гц.

 

1.1.1 Основные параметры акустических систем

К наиболее важным параметрам АС можно отнести:
— Минимальная и максимальная подводимая мощность – показывает, на каких границах подаваемой мощности обеспечивается работа акустической системы внутри ее характеристик.
— Диапазон воспроизводимых частот – частотный диапазон, на котором акустическая система обеспечивает заданный уровень звукового давления.
— Максимальный уровень звукового давления — показывает предельное значение громкости АС без резкого ухудшения ее звуковых характеристик.
— Входная чувствительность – уровень звукового давления, развиваемого АС, измеренного на расстоянии 1 метр при подаче на нее мощности в 1 Ватт. Чем ниже это значение, тем более мощный усилитель требуется установить в систему.
— Неравномерность амплитудно-частотной характеристики – показывает степень приближения реальной характеристики АС к прямой линии. Абсолютно ровная характеристика принципиально недостижима. Чем более АЧХ ровная, тем

более правильно должна звучать акустическая система. Хорошая АС имеет неравномерность не более ± 4 дБ по частотной полосе 100 – 10 000 Герц [1].
— Входное сопротивление – показывает правильное согласование акустической системы с усилителем.

 

1.1.2 Устройство и принцип работы громкоговорителя

Основным функциональным элементом АС является динамическая головка. Электродинамическим громкоговорителем выступает прибор, который преобразует электрические колебания звука в акустические волны.
На рисунке 1 изображена упрощенная схема функционирования громкоговорителя.

Рисунок 1. Упрощенная схема функционирования громкоговорителя В громкоговорителе присутствуют следующие подсистемы:
• ЭЛ – электрическая;
• ЭМ – электромеханическая;
• МА – механико-акустическая;
• АК – акустическая.
Подсистема электрического типа согласовывает входное сопротивление с входным сопротивлением усилителя в случае минимального согласования, либо вторичной обмотки трансформатора (повышающего) в использовании трансляционного усилителя.
Электромеханическая подсистема – это устройство, которое преобразует электрический сигнал в механические колебания.

Механико-акустическая подсистема имеет функцию согласования механического импеданса звуковоспроизводящего устройства с частотно-зависимой компонентой сопротивления излучения, которая формируется излучателем.
Акустическая подсистема (излучатель) формирует сопротивление излучения, определяющее акустическую мощность излучателя и в конечном итоге коэффициент полезного действия громкоговорителя.
В подавляющем большинстве АС категории Hi-Fi (самые высококачественные АС) используют электродинамические диффузорные громкоговорители (остальные виды излучателей – электростатические, пьезо-пленочные, электретные и т.д. – используются гораздо реже).
Основы устройства конусного (диффузорного) электродинамического громкоговорителя прямого излучения со звуковой катушкой показаны на рисунке 2. Громкоговоритель состоит из трех основных частей: подвижной системы, магнитной цепи и диффузородержателя.

Краткое описание принципа работы громкоговорителя можно сформулировать

следующим образом. При прохождении переменного электрического тока через

 

звуковую катушку громкоговорителя магнитное поле катушки взаимодействует с постоянным магнитным полем его магнитной системы. Это заставляет звуковую катушку либо втягиваться внутрь зазора при одном направлении тока в катушке, либо выталкиваться из него при другом. Механические колебания звуковой катушки передаются диффузору, который начинает колебаться в такт с частотой переменного тока, создавая при этом акустические волны.

• Низкочастотный громкоговоритель

Низкочастотные акустические системы, в большинстве своем, обладают более низкой чувствительностью в сравнении в системами большей частоты ввиду более тяжелой подвижной системы. В данной связи для достижения требуемого звукового давления в области низких частот, они должны выдерживать мощность 200 и более Вт с сохранением механической и тепловой прочности.

АЧХ низкочастотного громкоговорителя показана на рисунке 3.

Рисунок3. АЧХ низкочастотного громкоговорителя

Для обеспечения расчетов параметров акустической системы с применением конкретного низкочастотного громкоговорителя обычно в каталогах указываются параметры Смолла-Тиле (Small-Thiele):

• резонансная частота громкоговорителя без оформления, Гц — (FreeAirResonanceFrequency);
• общая добротность (TotalQtsfactor) — электрическая и механическая добротность;

 

• КПД,% (RelativeEfficiency);
• максимально допустимое     смещение      звуковой     катушки,                   мм (MaximumLinearExcursion).

 

• Обзор существующих моделей низкочастотных звуковоспроизводящих устройств
  • Динамическая головка «Visaton B 200/6»

«Visaton B 200/6» – высококачественная широкополосная динамическая головка немецкой фирмы, отличающаяся высокой чувствительностью и сбалансированной частотной характеристикой. Это достигнуто благодаря использованию легкого бумажного диффузора, тканевого подвеса и оптимизированной каптоновой звуковой катушки диаметром 25 мм (остальные размеры показаны на рисунке 4). Литая алюминиевая корзина с отверстиями для вентиляции звуковой катушки позволяет уменьшить физические потери до минимума. Искажения приведены к очень низкому, равномерному уровню. B 200/6 идеально подходит для использования в высококачественных однополосных акустических системах. Номинальное звуковое давление 96 дБ (2,83 В /1 м) Максимальное смещение диффузора ±3,5мм.

Рисунок 4. Основные размеры динамика «Visaton B 200/6» Технические данные динамика «Visaton B 200/6» представлены в таблице 1.

 

 

Таблица 1.Технические характеристики динамика «Visaton B 200/6»

АЧХ и импедансная характеристика динамика «Visaton B 200/6» изображены на рисунке 5.

Рисунок 5. АЧХ и импедансная характеристика динамика «Visaton B 200/6»

• Динамик «Wavecor SW178WA01-01»
• Динамик «SW178WA01-01» китайского производителя Wavecor является низкочастотным   громкоговорителем,  спроектированным      для       качественного

 

воспроизведения низкочастотного сигнала. Он подходит для использования как в составе качественной стереосистемы, так и в составе домашнего кинотеатра. Жесткий алюминиевый конус, длинный линейный ход диффузора, качественная система вентиляции и специальная динамическая линеаризация позволили получить громкоговоритель, обладающий низкими искажениями даже на очень высоких уровнях сигнала.

Основные технические параметры динамика представлены в таблице 2

 

 

Таблица 2.Технические характеристики динамика «SW178WA01-01»

 

Внешний вид и основные размеры динамика «SW178WA01-01» изображены на рисунке 6, а его АЧХ и импедансная характеристика – на рисунке 7.

Рисунок 6. Внешний вид и основные размеры динамика «SW178WA01-01»

Рисунок 7. АЧХ и импедансная характеристика динамика «SW178WA01-01»

1.2.3 Громкоговоритель «Fostex FW800HS»

Динамик «FW800HS» представляет собой низкочастотный громкоговоритель японской компании Fostex с большим диаметром для воспроизведения сверхнизких частот.
Высокая жесткость диафрагмы достигнута благодаря специальной технологии производства и гибридным материалам, которые позволяют воспроизводить сверхнизкие частоты.
Внешний вид и основные размеры динамика «FW800HS» представлены на рисунке 8, а АЧХ и импедансная характеристика динамика – на рисунке 9.
Для реалистичного воспроизведения «FW800HS» содержит:
— износоустойчивые диафрагму и корпус;
— 4х-слойную звуковую катушку с высоким уровнем сигнала на входе;
— большой алюминиевый теплопоглотитель на магните;
— двойную паучковую центрирующую шайбу.
Акустические параметры «FW800HS» подобраны таким образом, что динамик имеет возможность работы с более мелким корпусом.

 

Основные технические параметры громкоговорителя указаны в таблице 3.

 

 

Таблица 3.Технические характеристики динамика «FW800HS»

Рисунок 8.Внешний вид и основные размеры динамика «FW800HS»

 

 

 

Рисунок 9. АЧХ и импедансная характеристика динамика «FW800HS»

 

• Громкоговоритель « MAG M0830»

 

 

Динамик « MAG M0830»   – низкочастотный    динамик для компактных двухполосных и многополосных акустических систем, выпущенный компанией

«Магнет»    —    крупнейшим   в    Украине    производителем                    профессиональных динамических головок и акустических систем.

Конструктивные особенности «MAG M0830»:

• алюминиевый литой   диффузородержатель с   улучшенной              вентиляцией звуковой катушки и малыми установочными размерами;
• съемная самоцентрирующаяся ферритовая магнитная система;

• звуковая катушка с двусторонней намоткой высокотемпературным проводом внутри и снаружи каркаса.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10. Внешний вид динамика «MAG M0830»

Рисунок 11. Амплитудно-частотная характеристика динамика «MAG M0830»

 

• Динамик «BEYMA 12BR70»

Громкоговоритель «BEYMA 12BR70» – низкочастотный громкоговоритель, разработанный испанской компанией Acustica Beyma, для исключительного воспроизведения низких частот, с высокой чувствительностью и низким искажением. Он состоит из криволинейного диффузора, каучукового подвеса, чтобы обеспечить стабильность приостановки и позволять максимальную линейность отклонения. Комбинируя мощную магнитную конструкцию с алюминиевой рамой, динамик 12 BR70 достигает высокой мощности, и следовательно, способствуют уменьшению теплового сжатия.

Технические характеристики профессионального динамика «Beyma 12BR70» представлены в таблице 5, внешний вид и основные размеры – на рисунке 12, АЧХ и импедансная характеристика – на рисунке 13.

 

Таблица 5.Технические характеристики динамика «Beyma 12BR70»

Рисунок 12. Внешний вид и основные размеры характеристика динамика «Beyma 12BR70»

Рисунок 13. АЧХ и импедансная характеристика динамика «Beyma 12BR70»

 

• Динамическая головка «НОЭМА 600ГДН14-8»

Громкоговоритель «600ГДН14-8» – профессиональная динамическая головка с длинным ходом. Она является детищем ЗАО «НОЭМА» – одного из старейших российских предприятий, основанного в 1929 году в г. Новосибирске.

Со дня основания его профильным направлением является звукомузыкальное.

«600 ГДН14» – сабвуферный динамик, мощностью 600 Вт, длиной катушки 24мм. Динамическая головка способна передавать глубину и прозрачность низких частот, естественность звуков природы, концертной музыки и современных спецэффектов.

Технические характеристики динамика «600 ГДН14» представлены в таблице 6, его внешний вид и размеры – на рисунке 14, его АЧХ – на рисунке 15.

Рисунок 14 .Внешний вид и основные размеры динамика «600 ГДН14»

 

Рисунок 15. Амплитудно-частотная характеристика динамика «600 ГДН14»

 

 

 

 

Таблица 6.Технические характеристики динамика «600 ГДН14»

 

В таблице 7 представим сравнительную характеристику всех рассмотренных систем по основным критериям.

 

 

Таблица 7. Сравнительная характеристика рассмотренных систем

 

Выводы

Таким образом, в рамках главы изучены понятие и сущность акустических систем, определены основные характеристики громкоговорителей, проведен обзор и сравнительный анализ низкочастотных акустических систем.

Страницы: 1 2