Громкоговорители с плоскими диафрагмами

Справочник радиолюбителя

Т. РОМАНОВА, А. БОЖКО, В. ПОПОВ, г. Санкт-Петербург
Радио, 1998 год, №8

Разработка головок громкоговорителей с плоскими сотовыми диафрагмами началась а 80-х годах, однако выпускать АС с их использованием стали сравнительно недавно. В прошлом году наш журнал неоднократно знакомил радиолюбителей с АС различного класса на базе сотовых головок, производством которых занимается Санкт-Петербургская фирма «Звук». Эта информация заинтересовала многих читателей, которые просили подробнее рассказать о достоинствах таких головок, привести параметры. Идя навстречу их пожеланиям, публикуем статью бывших работников ВНИИРПА им. А. С. Попова, занимавшихся разработкой головок с сотовыми диафрагмами.

Известно, что на качество звучания АС оказывают влияние многие факторы, но, в первую очередь, оно зависит от применяемых в них головок громкоговорителей. Учитывая эти обстоятельства, специалисты по электроакустике самое пристальное внимание обращают не только на совершенствование конструкций подвижных систем головок, но и на материалы излучающих элементов. В результате в последние годы наряду с традиционными конусными диффузорами широкое распространение получили головки с плоскими диафрагмами.

Основными требованиями к физико-механическим параметрам материалов излучающих элементов являются, как известно, большая жесткость на изгиб, малая плотность и большие внутренние потери. Чем выше первый из названных параметров, тем шире частотный диапазон головки и меньше вносимые ею в сигнал амплитудно-частотные искажения. Плотность материала излучающего элемента в большой степени определяет чувствительность головки и, наконец, внутренние потери способствуют демпфированию колебаний на резонансных частотах.

В течение десятков лет для изготовления конусных диффузоров динамических головок использовалась в основном бумажная масса. С развитием Hi-Fi техники ведущие фирмы-производители высококачественных АС с целью увеличения модуля упругости и внутренних потерь диффузоров головок стали применять для их изготовления всевозможные композитные материалы на основе целлюлозы (например, целлюлозу с угольными или металлическими волокнами). Однако существенно повысить жесткость таких материалов не удалось из-за малых внутренних упругих сил, связывающих компоненты.

По этой причине для изготовления излучателей НЧ, СЧ, ВЧ головок высококачественных АС начали применять полимерные материалы, такие как майларовая, полиамидная, полипропиленовая, поливинилхлоридная, олефиновая пленки, тергаль, супронил, керамический олефин, полимерный графит и т. д. Не менее широко используются для этих целей композитные (бекстрен, кобекс, каптон), а также слоистые материалы (майлар и полиэстер с напылением алюминия, двухслойный полипропилен). Развитие технологии химического вакуумного напыления позволило получить и ряд слоистых металлов (титан-карбид бора, алюминий-магний, алюминий-сапфир и др.). Для куполообразных диафрагм СЧ и ВЧ головок применяют и просто металлы: алюминий, титан, бериллиевые сплавы, пористый никель.

Однако производство многих из перечисленных выше материалов требует весьма сложных и дорогостоящих технологических процессов. Кроме того, они не универсальны, т. е. не могут быть использованы для изготовления излучающих элементов всех звеньев АС (НЧ, СЧ и ВЧ головок).

По этой причине головки с излучающими элементами из перечисленных выше материалов так и не смогли заменить головки с бумажными конусными диффузорами и до последнего времени остаются всего лишь отдельными удачными достижениями ведущих зарубежных фирм.

Анализом свойств материалов излучающих элементов и направлений конструирования головок громкоговорителей для АС класса Hi-Fi постоянно занимались и специалисты ВНИИРПА им. А. С. Попова [1 — 3, 4]. Результаты фундаментальных исследований, проведенных ими в 1980 — 1990 гг. [5 — 8], показали, что весьма интересным и перспективным направлением конструирования динамических головок громкоговорителей является использование в качестве излучающего элемента плоских сотовых диафрагм.

Одним из основных преимуществ этого направления является пригодность таких диафрагм для конструирования НЧ, СЧ, ВЧ и даже широкополосных головок громкоговорителей, а также возможность создания на них акустических систем всех назначений, от автомобильных до АС класса Hi-Fi и High End.

Известно, что плоская сотовая диафрагма имеет трехслойную конструкцию: основу в виде пчелиных сотов из алюминиевой фольги, покрытую с двух сторон обшивками из листовых материалов.

Трехслойные материалы на основе сотового заполнителя уже много лет используются в авиационной промышленности. Однако специфика работы головок громкоговорителей потребовала создания новых технологических процессов и специального оборудования для производства сотовых диафрагм [9].

Многолетний опыт конструирования головок с плоскими сотовыми диафрагмами позволил выявить ряд их преимуществ перед традиционными головками с бумажными диффузорами.

Прежде всего, головки с сотовыми диафрагмами воспроизводят более широкий диапазон частот при минимальных амплитудно-частотных искажениях звукового сигнала, что позволяет создавать на их базе АС с неравномерностью АЧХ в рабочем диапазоне ±1,5 дБ. Использование сотовых диафрагм дает возможность существенно снизить и нелинейные искажения. На их базе можно создать более мощные головки громкоговорителей, поскольку тепло от звуковых катушек рассеивается в них через диафрагму в окружающее пространство, в то время как в головках с бумажными диффузорами через детали магнитопровода оно поступает внутрь АС.

Плоская поверхность сотовых излучателей не требует принятия специальных мер для выравнивания центров излучения, что существенно упрощает конструкции АС. Электроакустические параметры сотовых головок менее подвержены влиянию температуры и влажности воздуха, более стабильны при серийном производстве.

В настоящее время фирмой «Звук» разработана линейка сотовых динамических головок громкоговорителей. Их основные технические характеристики приведены в таблице. Внешний вид одной из головок (ЮОГДН) показан на рис. 1, а АЧХ (с третьоктавным сглаживанием) другой (75ГДС) — на рис. 2. На базе представленных в таблице головок выпускается ряд АС («Лира», «Нева», «Русь»), с которыми читатели уже знакомы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Демидов О. Ф., Романова Т. П. Анализ современных материалов и направлений конструирования зарубежных головок громкоговорителей с куполообразными диафрагмами. — «Техника средств связи», сер. ТРПА, 1979, вып. 3.
2. Белогородский Б. А., Коренькова Т. П. Вынужденные колебания куполообразных диафрагм громкоговорителей. — «Техника средств связи», сер. ТРПА, 1976, вып. 1.
3. Романова Т. П., Полякова И. Б. Расчет куполообразных диафрагм новых головок громкоговорителей для воспроизведения средних и высоких частот. — «Техника средств связи», сер. ТРПА. 1980, вып. 1.
4. Демидов О. Ф., Романова Т. П. Разработка новых головок громкоговорителей с куполообразными диафрагмами для воспроизведения средних и высоких частот. — «Техника средств связи», сер. ТРПА, 1980, вып. 1.
5. «Опыт, результаты, проблемы». Сборник статей. — Изд. «Валгус», Таллинн, 1985, с 95—163.
6. Кореньков А. Н., Романова Т. П. Расчет конструкции плоских сотовых диафрагм с ребрами жесткости. Труды Всесоюзной научно-технической конференции «Перспективы развития техники радиовещания, звукоусиления и акустики». Ленинград, 1988.
7. Кореньков А. Н. Колебания круглых и квадратных сотовых диафрагм с ребрами жесткости. —»Техника средств связи», 1990, вып. 2.
8. Кореньков А. Н., Товстик П. Е. Вынужденные колебания и излучение звука плоской сотовой диафрагмой громкоговорителя. — «Техническая акустика», том II, вып.З, 1993.
9. Романова Т. П., Тарасов Ю. В. и др. Производство сотовых диафрагм для динамических головок громкоговорителей. — «Техника средств связи», сер. ТРПА, 1990, вып. 2, с. 37 — 55.