Электроакустические системы

Введение

Все, что воспринимается органом слуха, имеет общее название "звук". Звук, как физическое явление, представляет собой колебательное движение какого-нибудь тела - источника звука(струны, воздушного столба, пластины, мембраны, металла и т. д.), создающего звуковые волны в упругих средах (газах, жидкостях в твердых телах).

Действие звуковых волн на органы слуха, передающееся посредством слухового нерва в головной мозг, порождает ощущение звука. Таким образом, звук - это слуховое ощущение, вызываемое у нас более или менее частыми колебаниями упругого тела.

Звук разделяется на две группы: шумы, т. е. звуки, не имеющие достаточно определенных отличительных признаков, трудно поддающиеся сравнению и изучению, и тоны, или музыкальные звуки, имеющие определенные отличительные признаки и более доступные изучению.

К первой группе могут быть отнесены, например, такие звуки, как гром, выстрел, шелест, шорох, стук, скрип и т. п., ко второй - звуке музыкальных инструментов и специальных приспособлений, а также пение. Нас в дальнейшем будут интересовать только звуки музыкальных инструментов (в частности, язычковых музыкальных инструментов). Поэтому под общим: названием "звук" мы будем иметь в виду музыкальный звук.

Музыкальные звуки, в отличие от шумовых, обладают особыми свойствами. Они отобраны и организованы в определенную систему, выработанную в процессе многовекового развития музыкальной культуры и служащую для выражения музыкальных мыслей, музыкальных образов.

В своем реферате я уделю внимание электрическое преобразованию электрических звуковых сигналов в акустические.

Глава 1. Электроакустические системы и их классификация

Электроакустика — раздел акустики, занимающийся вопросами приёма, записи и воспроизведения звука при помощи электрических приборов, также электроакустика изучает электрические колебания и их преобразования в звук.

Под "электроакустической системой" (ЭС) в широком смысле слова будем понимать электромеханический преобразователь электрических звуковых сигналов в акустические. В подавляющем большинстве современных ЭС (более 90%) это преобразование осуществляется при помощи электродинамических головок, принцип действия которых основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с проводом звуковой катушки. При протекании токов звуковой частоты по проводу под влиянием электродинамической силы катушка громкоговорителя попеременно втягивается и выталкивается из кольцевого зазора магнита в зависимости от направления электрического тока. Ну, а дальше все просто: звуковая катушка механически соединена с излучателем - диффузором, который, собственно, и создает в пространстве сгущения и разрежения воздуха, т.е. акустические волны.

Так как звуковая волна, излучаемая передней (фронтальной) поверхностью диффузора, находится в противофазе с акустической волной, излучаемой тыльной стороной диффузора, обе эти волны при работе динамической головки в открытом пространстве могут гасить друг друга, что носит название "акустическое короткое замыкание" (по аналогии с КЗ в электрических сетях). Чтобы избежать этой неприятности, головки помещают в корпус, основным назначением которого и является исключить это самое взаимодействие звуковых волн от фронтальной и тыловой поверхностей диффузора. Динамики, установленные в корпус вместе с разделительными фильтрами, образуют акустическую систему, называемую иногда звуковой колонкой или попросту громкоговорителем. В относительно небольшом количестве акустических систем используются излучатели, основанные на других физических принципах (электростатические, пьезоэлектрические, изодинамические, плазменные излучатели). Так как эти типы "экзотических" громкоговорителей практически не применяются в массовых акустических системах, рамки нашей сегодняшней беседы ограничим рассмотрением только ЭС с электродинамическими головками.

«ЭС устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько головок громкоговорителей (ГГ), необходимые акустическое оформление (АО) и электрические устройства, переходные фильтры (ПФ), регуляторы, фазовращатели и т.п.

Головка громкокоговорителя - это пассивный электро акустический преобразователь, предназначенный для преобразования сигналов звуковой частоты из электрической формы в акустическую.

Электроакустическое оформление - это конструктивный элемент, обеспечивающий эффективное излучение звука ГГ. Иными словами, в большинстве случаев ЭО – это корпус ЭС, который может иметь вид акустического экрана, ящика, рупора.

Электроакустические системы имеют свою классификацию главное их отличие, в том что они могут преобразовать электрическую энергию в акустическую.

ЭС однополосная: фактически то же самое, что и широкополосная. Это ЭС, все ГГ которой (обычно одна) работают в одном и том же диапазоне частот (т.е.фильтрация входного напряжения при помощи ПФ, равно как и сами фильтры отсутствуют).

Многополосная ЭС: это ЭС, ГГ которой (в зависимости от их числа) работают в двух или более разных диапазонах частот. Однако непосредственный подсчет количества ГГ в ЭС (особенно выпуска прошлых лет) может ничего не сказать о реальном числе полос, поскольку на одну и ту же полосу может выделяться несколько ГГ.»(1)

«Идеальная акустическая система должна иметь только один широкополосный громкоговоритель, воспроизводящий полную полосу частот 20-20000 Гц. Однако, так как к громкоговорителю предъявляют различные, а зачастую взаимоисключающие требования при работе его в различных полосах частот, сделать такой идеальный громкоговоритель практически невозможно, по крайне мере за приемлемую цену. Поэтому подавляющее большинство современных акустических систем имеют по две и более головки, работающих в различных полосах частот. Современные ЭС среднего класса обычно выполняются двухполосными и имеют по одному низкочастотному (НЧ) и одному высокочастотному громкоговорителю (ВЧ). Так как в "двухполосниках" низкочастотный громкоговоритель отвечает также и за воспроизведение средних частот, низкочастотные громкоговорители в таких системах обозначают как НЧ/СЧ-громкоговорители. Более сложные трехполосные ЭС имеют дополнительно еще и 1-2 среднечастотных (СЧ) громкоговорителя. Электроакустические системы с 4 и более частотными полосами хотя и присутствуют на рынке, однако в очень ограниченном количестве, поэтому в данном обзоре не будут рассматриваться.

Итак, оба типа: двух- и трехполосные громкоговорители имеют свои достоинства и недостатки. Очевидным преимуществом двухполосных акустических систем является их более простая и дешевая конструкция, так как в них используются обычно всего два громкоговорителя и сравнительно простые разделительные фильтры. Поэтому их переходная характеристика в общем случае лучше, а согласованность излучения НЧ- и ВЧ-головок выше, чем в многополосных системах. Благодаря этому они получили сегодня широкое распространение. Однако и у "двухполосников", к сожалению, есть определенные недостатки. С учетом необходимости согласования диаграмм направленности НЧ/СЧ и ВЧ-динамиков в полосе частот их совместного излучения отношение диаметров соответствующих диффузоров не может быть очень большим. Поскольку типовые диаметры купольных излучателей современных твитеров (ВЧ-головок) составляют 19-25 мм, приемлемые результаты могут быть получены при размерах диффузоров НЧ/СЧ-динамиков не более 150-200 мм в диаметре. Поэтому при использовании больших диффузоров в звучании будет хорошо слышимый "скачок" на частоте раздела полос громкоговорителей, который приводит к заметным нарушениям "виртуальной" сцены. По этой причине в большинстве современных двухполосных ЭС используют НЧ/СЧ-динамики с диффузорами 100-180 мм. Но "вытащив хвост", у конструкторов ЭС тут же "увяз клюв", так как такие низкочастотники имеют заметно меньшую отдачу при излучении нижних басов по сравнению с "настоящими" басовиками (диаметр 315-400 мм). Кроме того, так как единственная частота раздела в двухполосных громкоговорителях выносится выше области максимальной чувствительности слуха, НЧ/СЧ-головки этих систем должны хорошо воспроизводить не только низкие, но и средние частоты. Это предъявляет повышенные требования к качеству НЧ/СЧ-головок. Создание по настоящему качественных динамиков предполагает широкое применение современных методов измерения, компьютерное моделирование и использование новейших материалов с уникальными механическими свойствами (кевлар, армирование диффузоров углеродными волокнами и т.д.).

Но любая двухполосная акустика всегда является серьезным компромиссом в стремлении удовлетворить одновременно множеству противоречивых требований. Никто не спорит, что компромисс может быть найден очень удачно и воплощенный в конструкцию хороших двухполосных ЭС баланс этих требований способен обеспечить очень и очень неплохие результаты. Однако, если конструктор акустической системы поставил себе целью добиться выдающегося качества звучания, ему намного проще добиться поставленной цели использовав трех- (или даже более) полосную конструкцию. В этом случае у него появляется гораздо больше свободы, например, в выборе типа и размера НЧ-громкоговорителя. Так как размеры типовых СЧ-динамиков всегда значительно больше, чем у твитеров, требование по соблюдению заданных соотношений размеров НЧ- и СЧ-громкоговорителей (в данном случае) легко выполняются даже для самых больших НЧ-громкоговорителей диаметром 315-400 мм. Представляете, какой глубокий и мощный бас выдаст такая "шляпа" в соответствующем акустическом оформлении? От появления
в акустической системе третьего громкоговорителя существенно выигрывает и качество звучания средних частот, так как в этом случае их воспроизводит специально разработанный и оптимизированный для этой цели динамик. Однако и у трехполосных акустических систем есть своя "ахиллесова пята" (точнее, несколько "пят"). Во-первых, для того чтобы каждый громкоговоритель уверенно воспроизводил только "свой" звуковой сигнал, в трехполосных ЭС применяют довольно сложные схемы разделительных фильтров. Эти фильтры, в свою очередь, вносят фазовые и временные искажения, приводящие к размыванию фронта звуковой волны. Поэтому в общем случае многополосные акустические системы имеют худшие переходные характеристики, чем двухполосные ЭС. Во-вторых, частоты раздела полое сигналов громкоговорителей, как правило, выбираются в диапазонах 300-700 Гц и 4,5-7 кГц, которые попадают в область высокой чувствительности слуха человека, что предъявляет особые требования к качеству исполнения разделительных фильтров и самих громкоговорителей. Так что и у многополосных систем свои проблемы. Как говорится, "нет в жизни аудиофила счастья".»(2)

ЭС открытого типа - это такая ЭС, в которой влияние упругости воздуха в объеме ЭО пренебрежимо мало, а излучения передней и тыльной сторон подвижной системы ГГ не изолированы друг от друга в области НЧ. Представляет собой плоский экран или ящик, у которого задняя стенка или полностью отсутствует, или же имеет ряд сквозных отверстий. Наибольшее влияние на частотную характеристику ЭС с ЭО открытого типа оказывают передняя стенка (в которой смонтированы ГГ) и ее размеры. Вопреки распространенному мнению, боковые стенки ЭО открытого типа влияют на характеристики АС крайне мало. Таким образом важен не внутренний объем, а площадь передней стенки. Даже при сравнительно небольших ее размерах воспроизведение НЧ значительно улучшается. Вместе с тем в области СЧ и, особенно, ВЧ экран уже не оказывает существенного влияния. Существенным недостатком таких систем является их подверженность акустическому «короткому замыканию», которое приводит к резкому ухудшению воспроизведения НЧ.

ЭС закрытого типа - это такая ЭС, в которой упругость воздуха в объеме ЭО соизмерима с упругостью подвижной системы ГГ, а излучения передней и тыльной сторон подвижной системы ГГ изолированы друг от друга во всем диапазоне частот. Иными словами, это ЭС, корпус которой выполнен герметично закрытым. Преимущество таких ЭС в том, что задняя поверхность диффузора не излучает и, таким образом, акустическое «короткое замыкание» полностью отсутствует. Но закрытые системы имеют другой недостаток – при колебаниях диффузора он должен превозмогать дополнительную упругость воздуха в ЭО. Наличие этой дополнительной упругости приводит к тому, что повышается резонансная частота подвижной системы ГГ, в результате чего ухудшается воспроизведение частот,  лежащих ниже этой частоты.

ЭС с фазоинвертором (ФИ) - стремление получить достаточно хорошее воспроизведение НЧ при умеренном объеме ЭО довольно хорошо достигается в так называемых фазоинверсных системах. В ЭО таких систем делается щель или отверстие, в которое может быть вставлена трубка. Упругость объема воздуха в ЭО резонирует на какой-то частоте с массой воздуха в отверстии или трубке. Эта частота называется резонансной частотой ФИ. Таким образом, ЭС в целом становится состоящей как бы из двух резонансных систем – подвижной системы ГГ и ЭО с отверстием. При правильно выбранном соотношении резонансных частот этих систем воспроизведение НЧ значительно улучшается по сравнению с ЭО закрытого типа с таким же объемом ЭО. Несмотря на очевидные преимущества ЭС с ФИ, очень часто такие системы, изготовленные даже опытными людьми, не дают ожидаемых от них результатов. Причина этого в том, что для получения необходимого эффекта ФИ должен быть правильно рассчитан и настроен.

Рабочая плоскость ЭС - это плоскость, в которой расположены излучающие отверстия ГГ ЭС. Если ГГ многополосной ЭС расположены в разных плоскостях, то за рабочую принимается та, в которой расположены излучающие отверстия ГГ.

Рабочий центр ЭС - это точка, лежащая на рабочей плоскости, от которой производится отсчет расстояния до ЭС. В случае однополосных ЭС за него принимают геометрический центр симметрии излучающего отверстия. В случае многополосных ЭС за него принимается геометрический центр симметрии излучающих отверстий ГГ или проекций этих отверстий на рабочую плоскость.

Рабочая ось ЭС - это прямая, проходящая через рабочий центр АС, и перпендикулярная рабочей плоскости.

Номинальное сопротивление ЭС - это заданное в технической документации активное сопротивление, которым замещают модуль импеданса ЭС при определении подводимой к нему электрической мощности. Согласно стандарту DIN минимальное значение модуля импеданса ЭС в заданном диапазоне частот не должно быть менее 80% от номинального.

«Импеданс ЭС без углубления в основы электротехники можно сказать, что импедансом называется ПОЛНОЕ электрическое сопротивление ЭС (включая и кроссоверы, и ГГ), в состав которого в виде довольно сложной зависимости входит не только привычное всем активное сопротивление R (которое можно измерить обычным омметром), но также и реактивные компоненты в лице емкости C (емкостное сопротивление, зависящее от частоты) и индуктивности L (индуктивное сопротивление, также зависящее от частоты). Известно, что импеданс является комплексной величиной (в смысле комплексных чисел) и, вообще говоря, предствляет собой трехмерный график (в случае ЭС он часто похож на «поросячий хвост») в координатах «амплитуда-фаза-частота». Именно по причине его комплексности, когда говорят об импедансе как о численной величине, говорят о его МОДУЛЕ. Наибольший интерес с точки зрения исследований представляют проекции «поросячьего хвоста» на две плоскости: «амплитуда-от-частоты» и «фаза-от-частоты». Обе этих проекции, представленные на одном графике, носят название «графика Боде». Третья проекция «амплитуда-от-фазы» носит название «графика Найквиста».

С появлением и распространением полупроводников усилители звуковой частоты стали вести себя более менее как источники «постоянного» напряжения, т.е. они, в идеале, должны поддерживать на выходе одно и то же напряжение вне зависимости от того, какая нагрузка на него повешена, и какова потребность в токе. Поэтому если предположить, что усилитель, приводящий ГГ ЭС в движение, представляет собой источник напряжения, то импеданс ЭС четко покажет, каков будет потребляемый ток. Как уже было сказано, импеданс не только реактивен (т.е. характеризуется ненулевым углом сдвига фаз), но еще и изменяется с частотой. Отрицательный угол сдвига фаз, т.е. когда ток опережает напряжение, обусловлен емкостными свойствами нагрузки. Положительный угол сдвига фаз, т.е когда ток отстает от напряжения, обусловлен индуктивными свойствами нагрузки.

Каков же импеданс типичных ЭС? Стандарт DIN требует, чтобы величина импеданса ЭС не отклонялась от указываемого номинала более чем на 20%.Однако на практике все обстоит гораздо хуже – отклонение импеданса от номинала составляет в среднем +/-43%! До тех пор, пока усилитель характеризуется низким выходным сопротивлением, даже такие отклонения не привнесут каких либо слышимых эффектов. Однако как только в игру вводится ЛАМПОВЫЙ усилитель с выходным сопротивлением порядка нескольких Ом(!), результат может быть весьма плачевным– окраска звучания неизбежна.

Измерение импеданса ЭС является одним их наиболее важных и мощных диагностических средств. По графику импеданса можно очень много сказать о том, что представляют собой данные ЭС, даже не видя их в глаза и не слыша. Имея перед глазами график импеданса, можно сходу сказать, какого типа данные ЭС – закрытого (один горб в области баса), фазоинверторного или трансмиссионного (два горба в области баса) или же какой либо разновидности рупорных (последовательность равномерно разнесенных пиков). Судить о том, насколько хорошо будет воспроизводиться бас (40-80Гц) и самый нижний бас (20-40 Гц) теми или иными ЭС можно по форме импеданса в этих областях, равно как и по добротности горбов. «Седло», образованное двумя пиками в низкочастотной области, типичными для фазоинверторной конструкции, указывает на частоту, на которую «настроен» фазоинвертор, каковая обычно является частотой, на которой отдача НЧ ГГ падает на 6дБ, т.е. приблизительно в 2 раза. Из графика импеданса можно также понять, есть ли в системе резонансы, и каков их характер. К примеру, если проводить измерения с достаточным разрешением по частоте, то, возможно, на графике появятся своего рода «зарубки», свидетельствующие о наличии резонансов в акустическом оформлении.

Ну и, пожалуй, самое важное, что можно вынести из графика импеданса, это то, насколько тяжела будет эта нагрузка для усилителя. Поскольку импеданс ЭС реактивен, ток будет либо отставать от напряжения сигнала, либо опережать его на фазовый угол. В худшем случае, когда фазовый угол составляет 90 градусов, от усилителя требуется выдать максимальный ток в то время как напряжение сигнала стремится к нулю. Поэтому знание «паспортных» 8 (или 4) Ом в качестве номинального сопротивления НЕ дает ровным счетом ничего. В зависимости от фазового угла импеданса, который будет на каждой частоте разным, те или иные АС могут оказаться тому или иному усилителю «не по зубам». Также очень важно отметить, что большинство усилителей не кажутся нам не справляющимися с ЭС лишь потому, что на типичных уровнях громкости, допустимых в типичных домашних условиях, типичные ЭС не требуют от типичного усилителя «пропитания» более чем всего несколько Ватт.»(1)

Номинальная мощность ГГ - это заданная электрическая мощность, при которой нелинейные искажения ГГ не должны превышать требуемые.

Максимальная шумовая мощность ГГ - это электрическая
мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений.

Максимальная синусоидальная мощность ГГ - это электрическая мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений.

Максимальная кратковременная мощность ГГ - это электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1с (испытания повторяют 60 раз с интервалом в 1 мин.)

Максимальная долговременная мощность ГГ - это электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1 мин. (испытания повторяют 10 раз с интервалом в 2 мин.)

Импульсная характеристика ЭС - это ее отклик на «идеальный» импульс.

«Идеальный» импульс - это мгновенный (время нарастания равно 0) рост напряжения до некоторого значения, «застревание» на этом постоянном уровне на короткий промежуток времени (скажем, доли миллисекунды) и затем мгновенный же спад обратно до 0В. Ширина такого импульса обратно пропорциональна ширине полосы частот сигнала. Если бы нам захотелось сделать импульс бесконечно коротким, то для того, чтобы передать его форму в полной неизменности, нам потребовалась бы система с бесконечной полосой пропускания.

Переходная характеристика ЭС - это ее отклик на сигнал типа «ступенька». Переходная характеристика дает наглядное представление о поведении всех ГГ АС во времени и позволяет судить о степени когерентности излучения ЭС.

Полярность ГГ - это определенная полярность электрического напряжения на выводах ГГ, вызывающая движение подвижной системы ГГ в заданном направлении. Полярность многополосной ЭС определяется полярностью ее НЧ.

«Условные части разделяющие частотный диапазон для удобства словесного описания:

1. 20-40Гц – нижний бас
2. 40-80Гц – бас
3. 80-160Гц – верхний бас
4. 160-320Гц – нижний мидбас
5. 320-640Гц – мидбас
6. 640-1.280Гц – верхний мидбас
7. 1.28-2.56кГц – нижняя середина
8. 2.56-5.12кГц – середина
9. 5.12-10.24кГц – верхняя середина
10. 10.24-20.48кГц – верх» (3)

«Чувствительность ЭС - чувствительность ЭС часто и повсеместно путают с КПД. КПД определяется как отношение выдаваемой ЭС акустической мощности к потребляемойэлектрической. Т.е. вопрос формулируется так: если я засажу в ЭС 100 электрических Ватт, сколько Ватт акустических (звуковых) я получу? А ответ на него – «немного, мало». КПД типичной ГГ с подвижной катушкой составляет порядка1%.» (1)

КПД обычно дается в виде уровня звукового давления, создаваемого ЭС на заданном расстоянии от рабочего центра ЭС при подводимой мощности в 1 Вт, т.е. в Децибелах на Ватт на метр (дБ/Вт/м). Тем не менее, знание этой величины полезным никак не назовешь, поскольку определить, что такое для данных конкретных ЭС подводимая мощность в 1 Вт, крайне сложно. Почему? Потому что налицо зависимость как от импеданса, так и от частоты. Подайте на ЭС с импедансом 8 Ом на 1 кГц сигнал этой же частоты и уровнем в 2.83 Вольта, и да, вне всякого сомнения, вы запитаете ЭС мощностью в 1 Вт (по закону Ома «мощность» = «напряжение в квадрате» / «сопротивление»). И вот здесь всплывает большое «НО» - мало того, что импеданс ЭС непостоянен и зависит отчастоты, на более низких частотах он может драматически снижаться. Скажем, до 2 Ом на 200 Гц. Запитав теперь ЭС все теми же 2.83 Вольтами, но на частоте 200Гц, мы тем самым потребуем от усилителя отдать нам в 4 раза больше мощности. Для одного и того же уровня звукового давления ЭС на 1 кГц оказываются работающими вчетверо более эффективно, чем на 200 Гц.

А почему, собственно, КПД вообще имеет значение? Если полвека назад аудиоинженеры были сильно озабочены проблемой передачи мощности(а инженеры-телекоммуникационщики заинтересованы в этом и по сей день!) то с приходом полупроводниковых устройств усилители звуковой частоты стали вести себя более менее как источники «постоянного» напряжения – они поддерживают одно и то же напряжение на выходе вне зависимости от того, какая нагрузка на него повешена, и каков потребляемый ток. Вот поэтому-то на передний план и выходит НЕ КПД, а чувствительность по напряжению, т.е. то, как громко играет ЭС при заданном напряжении на выходе усилителя. Чувствительность по напряжению обычно определяется как уровень звукового давления, развиваемого ЭС на расстоянии в 1 метр от рабочего центра ЭС при напряжении на клеммах в 2.83 Вольта (т.е. напряжении, необходимом для рассеивания 1 Ватта на 8-ми омном резисторе).

Преимущество указания чувствительности вместо КПД состоит в том, что она всегда остается постоянной вне зависимости от импеданса ЭС, поскольку предполагается, что усилитель всегда сможет обеспечить ток, достаточный для поддержания 2.83 Вольт. Чем ближе приближается модуль импеданса ЭС к оному чистого 8-ми омного резистора, тем выше степень эквивалентности этих двух критериев. Однако в случае, когда импеданс ЭС существенно отличается от 8Ом, польза от знания КПД сводится на нет.
Чувствительность ЭС по напряжению важна в частности при подборе пары «усилитель – ЭС». Если у вас есть усилитель мощностью в 20 Вт, вам лучше крепко подумать об АС с ОЧЕНЬ высокой чувствительностью, поскольку в противном случае громко музыку вам никогда не слушать. И обратно, если вы возьмете ЭС с достаточно высокой чувствительностью – скажем, 100 дБ/2.83В/м, то может оказаться, что и 5-ти ваттного усилителя вам хватит за глаза в том смысле, что тратить 10.000 $ на усилитель мощностью в 600 Вт при таких ЭС было бы швырянием денег на ветер.

Однако, не смотря на то, что всем совершенно очевидно, что чувствительность по напряжению является более чем важным параметром ЭС, многие люди все равно не хотят приводить ее как следует. Проблема заключается в том, что ЭС имеют тенденцию характеризоваться неровной АЧХ.

В ЭС вообще используется несколько ГГ (две или более) так как прежде всего потому, что качественное излучение звука в различных частях спектра предъявляет слишком различные требования к ГГ, полностью удовлетворить которым одна единственная ГГ (широкополосная) не в состоянии уже хотя бы чисто физически (в частности см. предыдущий пункт). Одним из ключевых моментов является существенное увеличение направленности излучения любой ГГ с ростом частоты. В идеале ГГ в АС должны не только работать в поршневом режиме каждая, что, вообще говоря, влечет за собой резкое увеличение общего числа ГГ в системе (и, соответственно, увеличение числа переходных фильтров, что автоматически вызывает резкий рост сложности и стоимости изделия), но также характеризоваться всенаправленностью излучения, что возможно только при том условии, что линейный размер ГГ много меньше длины волны излучения, которое она испускает. Только в этом случае ГГ будет отличаться хорошей дисперсией.

Пока частота достаточно низка, это условие выполняется, и ГГ является всенаправленной. С ростом частоты длина волны излучения уменьшается и, рано или поздно, становится сопоставимо с линейными размерами ГГ (диаметром). Это, в свою очередь, приводит к резкому увеличению направленности излучения – ГГ в конце концов начинает излучать как прожектор, строго вперед, что совершенно неприемлемо. Возьмем для примера басовик-лопух диаметром 30см. На частоте 40Гц длина волны излучения равна 8.6м, что в 28 раз превышает его линейный размер – в этой области такой басовик является всенаправленным. На частоте 1.000Гц длина волны уже составляет 34см, что уже буквально сопоставима с диаметром. На этой частоте дисперсия такого басовика будет радикально хуже, излучение - предельно направленно. Традиционные двухполосные АС с частотой перехода в районе 2-3кГц – что соответствует длинам волн 11-17см – оснащаются басовиками с линейными размерами точно такого же порядка, что приводит к резкому ухудшению полярной характеристики ЭС в указанной области, имеющей форму провала или ущелья. Провал обусловлен тем, что в то время как НЧ ГГ в данной области становится резконаправленной, пищалка (обычно диаметром 1.5-2см) в той же самой области является практически всенаправленной.

В частности именно поэтому хорошие трехполосные ЭС всегда лучше хороших двухполосных.

В акустике было вызвано потребностями морского флота ведущих держав - Англии и Франции, т.к. акустический – единственный вид  сигнала, способный далеко распространяться в воде. В 1826 году французский учёный Колладон определил скорость звука в воде. Эксперимент Колладона считается рождением современной гидроакустики. Удар в подводный колокол в Женевском озере происходил с одновременным поджогом пороха. Вспышка от пороха наблюдалась Колладоном на расстоянии 10 миль. Он также слышал звук колокола при помощи подводной слуховой трубы. Измеряя временной интервал между этими двумя событиями, Колладон вычислил скорость звука - 1435 м/сек. Разница с современными вычислениями только 3 м/сек.  

«В 1838 году, в США, звук впервые применили для определения профиля морского дна с целью прокладки телеграфного кабеля. Источником звука, как и в опыте Колладона, был колокол, звучащий под водой, а приёмником большие слуховые трубы, опускавшиеся за борт корабля. Результаты опыта оказались неутешительными. Звук колокола (как, впрочем, и подрыв в воде пороховых патронов), давал слишком слабое эхо, почти не слышное среди других звуков моря.  Надо было уходить в  область более высоких частот, позволяющих создавать направленные звуковые пучки.

Первый генератор ультразвука сделал в 1883 году англичанин Гальтон. Ультразвук создавался подобно свисту на острие ножа, если на него дуть. Роль такого острия в свистке Гальтона играл цилиндр с острыми краями. Воздух или другой газ,
выходящий под  давлением через кольцевое сопло, диаметром таким же, как и кромка цилиндра, набегал на кромку, и возникали высокочастотные колебания.  Продувая свисток водородом, удалось получить колебания до 170 кГц. В 1880 году Пьер и Жак Кюри сделали решающее для ультразвуковой техники открытие. Братья Кюри заметили, что при оказании давления на кристаллы кварца генерируется электрический заряд, прямо пропорциональный прикладываемой к кристаллу силе. Это явление было названо "пьезоэлектричество" от греческого слова, означающего "нажать". Кроме того, они продемонстрировали обратный пьезоэлектрический эффект, который проявлялся тогда, когда быстро изменяющийся электрический потенциал применялся к кристаллу, вызывая его вибрацию. Появилась техническая возможность изготовления малогабаритных излучателей и приёмников ультразвука.»(4)

Глава 2. Примеры реализации электроакустических систем (ЭС)

Настенный громкоговоритель, 2x6"/1"

«Громкоговоритель имеет два шестидюймовых НЧ-динамика и однодюймовый титановый ВЧ-динамик с волноводом. EVID 6.2 идеален для инсталляций, требующих образцовое качество звука для заполнения больших пространств. Уникальная система монтажа Strong-Arm-Mount™ (SAM™) обеспечивает гибкую установку в любых инсталляциях. Система из двух шестидюймовых НЧ-динамиков выдает четкое и чистое звучание независимо от месторасположения слушателя. EVID 6.2 воспроизводит достаточно высокий уровень звукового давления и потрясающие низкие частоты, что необходимо для больших помещений (торговые комплексы, стадионы, здания аэропортов и т.д.).

Громкоговорители EVID можно применять в любом месте, где необходимо высокое качество звучания. Буфер дает больше баса, что значительно улучшает акустические характеристики и обеспечивает более сбалансированное звуковое покрытие. Высокий уровень чувствительности обеспечивает больший уровень звукового давления и снижает требования к усилителям мощности. Возможность регулирования положения колонки по горизонтали и вертикали делает нацеливание излучения колонки в необходимую зону более точной и эффективной. В сабвуфере для улучшенного воспроизведения НЧ установлен динамик 12” и внутренний пассивный фильтр, таким образом стерео-усилитель может питать один сабвуфер и до четырех сателлитных колонок EVID™.»(5)

Электро-акустический аппарат BTL-5000 для неинвазивной подтяжки кожи

ИСпользуеться в медицине:

• Борется с результатами старения и помогает регенерации и омоложению пораженной мягкой ткани.
• Основана на совместном эффекте акустической и электрической волны.
• Ключевое прибавление к каждому эстетическому центру.
• Неинвазивное, быстрое, эффективное и уникальное лечение вялости кожи, целлюлита рубцов и растяжек.

ЭС волны

Это пневматически генерируемые механические волны с характерными импульсами высокого давления. Энергетическая волна является результатом кинетической энергии, выданная датчиком акустического массажа высокого воздействия. Датчик введен в действие сжатым воздухом. Энергия, проникающая в ткань в форме сфокусированной акустической волны, передается через специально разработанный датчик в конце аппликатора.»(8)

Специальные электрические волны

Датчик электроакустического массажа используется как проводящий электрод, через который выбранные электрические волны передаются в ткань. Стимулирующие волны выбраны соответственно диагнозу и нужному протоколу лечения.

Ультразвуковое устройство, отпугивающее насекомых

Ультразвук широко применяется в терапии — при лечении люмбаго, миалгии и контузий. Еще одним полезным качеством ультразвукового излу#чения является борьба с летающими насекомыми.

Рассмотрим устройство, схема которого представлена на рисунке.

Основная функция этого аппарата в том что насекомые на подлетают ближе чем на 10 метров к излучателю» (9)

Заключение

В своем реферате я рассматривал электроакустические системы и выяснил, что основной их особенностью является, то, что ЭС осуществляют преобразование электрических сигналов в акустические. Так же благодаря примерам, приведённым в моём реферате можно отметить, что ЭС имеют весьма широкую классификацию и диапазон применения в различных областях.

С течением времени и усовершенствования технологий и появления новых, увеличиваются возможности у ЭС множество фирм и корпораций разрабатываемые современные образцы конкурируют с собой так как, электроакустические системы распространены в нашей жизни и насчет них есть спрос. Но как бы время не шло в перед, открывало нам более усовершенствованные технологии основной принцип работы ЭС останется тем же.

Список используемой литературы

1. http://www.globalaudio.ru/gl436.shtml
2. О. П. Галкин, С. Д. Сабинин, Акустический институт
3. Учебное пособие для высших учебных заведений «Акустика» автор Ш.А.Вахитов
4. http://ultra-zvuk.narod.ru/
5. Журнал "Stereo&Video" 1997 #11 (01.11.1997)
6. Сайт www.mailshop.ru\sound\speak.htm
7. Сайт www.hi-fi.ru
8. http://ru.wikipedia.org/wiki/Акустические
9. http://www.radiosait.ru/page_292.html