ДИНАМИК ДЛЯ СИГНАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

Громкоговорители для систем оповещения: параметры, классификация, выбор и размещение

Системы речевого оповещения

Громкоговоритель – это электроакустическое или механическое устройство, служащее для громкого воспроизведения звукового сигнала. Громкоговорители преобразуют электрический сигнал в звуковые волны, распространяющиеся в воздушной среде, с помощью механической подвижной системы (диафрагмы или диффузора).

В системе оповещения о пожаре громкоговоритель является конечным, и его параметры оказывают решающее влияние на качество передачи аудиоинформации, а в конечном итоге и на жизни людей.

Виды громкоговорителей для систем оповещения

По способу преобразования сигнала громкоговорители делят на электродинамические, рупорные, электретные, пьезоэлектрические и другие. В системах оповещения чаще всего используются электродинамические диффузорные громкоговорители (настенные, потолочные, звуковое колонны) и рупорные громкоговорители.

Электродинамические диффузорные громкоговорители

Основным рабочим узлом электродинамического громкоговорителя является диффузор, который выполняет преобразование механических колебаний в акустические.

Диффузор громкоговорителя приводится в движение силой, действующей на жестко скрепленную с ним катушку, находящуюся в радиальном магнитном поле. В катушке течет переменный ток, соответствующий аудиосигналу, который должен воспроизвести громкоговоритель.

Магнитное поле в громкоговорителе создается кольцевым постоянным магнитом и магнитной цепью из двух фланцев и керна.

Катушка под действием силы Ампера свободно движется в пределах кольцевого зазора между керном и верхним фланцем, а ее колебания передаются диффузору, который в свою очередь создает акустические колебания, распространяющиеся в воздушной среде.

Рупорные громкоговорители

По сравнению с электродинамическими громкоговорителями, рупорные громкоговорители обладают такими преимуществами, как высокая направленность излучения звуковых волн и высоким КПД (до 20%).

Рупор служит для согласования сопротивлений механической системы и окружающей среды и концентрации звуковой энергии громкоговорителя в определенном направлении.

Обычно применяют рупоры, площадь поперечного сечения которых изменяется по экспоненциальному закону.

Основные характеристики громкоговорителей

Используемые в системах оповещениягромкоговорители характеризуются целым рядом параметров. Технические характеристики громкоговорителей регламентируются ГОСТ 16122-78 и ГОСТ 9010-78.

Следует заметить, что список параметров, указываемых в спецификациях на громкоговорители зарубежных производителей, несколько отличается от характеристик, соответствующих ГОСТам.

Это связано прежде всего с разницей в определении этих параметров для зарубежных и отечественных громкоговорителей и акустических систем.

Для того чтобы ликвидировать разночтения в определении различных видов мощности громкоговорителя, Международный Электротехнический Комитет (МЭК) опубликовал рекомендации 268-5 “Элементы электроакустических систем. Громкоговорители” и 581-7 “Минимальные требования к аппаратуре Hi-Fi.

Громкоговорители”. В этих рекомендациях всем странам-участницам предлагается указывать в документации на громкоговоритель следующие виды мощности: характеристическую, шумовую, максимальную, синусоидальную, долговременную и кратковременную.

Ниже приведены определения для этих видов мощности громкоговорителей:

• Характеристическая мощность громкоговорителя – это мощность, при которой громкоговоритель создает характеристический уровень звукового давления 94 дБ на расстоянии 1 м в диапазоне частот 100…8000 Гц. Чем выше чувствительность громкоговорителя, тем ниже его характеристическая мощность.
• Шумовая мощность определяется по результатам испытаний громкоговорителя на специальном шумовом сигнале в течение 100 ч. Значение шумовой мощности громкоговорителя совпадает со значением паспортной мощности, определяемой по ГОСТ 16122-78, поскольку при определении этих видов мощности используется один и тот же сигнал.
• Максимальная синусоидальная мощность громкоговорителя – это мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель может выдержать без механических и термических повреждений в течение промежутка времени (не менее 1 часа), указанного в спецификации.
• Номинальная мощность громкоговорителя – это электрическая мощность, при которой нелинейные искажения громкоговорителя не превышают требуемых значений.
• Паспортная мощность громкоговорителя определяется как наибольшая электрическая мощность, при которой громкоговоритель может длительное время удовлетворительно работать на реальном звуковом сигнале без тепловых и механических повреждений.

Другие технические характеристики громкоговорителей:

• Номинальное электрическое сопротивление громкоговорителя – заданное в нормативно-технической документации активное сопротивление громкоговорителя при определении подводимой к нему электрической мощности.
• Частотная характеристика громкоговорителя по звуковому давлению – это графическая или численная зависимость от частоты сигнала уровня звукового давления, развиваемого громкоговорителем в определенной точке свободного поля, находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра, при постоянном значении напряжения на выводах громкоговорителя.
• Характеристическая чувствительность громкоговорителя – это среднее звуковое давление, развиваемое громкоговорителем в заданном диапазоне частот на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1 м от рабочего центра громкоговорителя и электрической мощности 1 Вт.
• Неравномерность частотной характеристики звукового давления – это разность максимального и минимального значений уровней звукового давления громкоговорителя (в дБ) в заданном диапазоне частот.
• Приведенный коэффициент полезного действия громкоговорителя – это отношение акустической мощности, излучаемой громкоговорителем на данной частоте, к подводимой электрической мощности.
• Собственная резонансная частота головки громкоговорителя – частота, при которой абсолютное значение полного электрического сопротивления достигает своего первого максимума.
• Максимальный уровень звукового давления громкоговорителя служит для оценки способности громкоговорителя воспроизводить без искажений динамический диапазон музыкального или речевого сигнала.

Расчет количества громкоговорителей для системы оповещения

Количество и мощность громкоговорителей рассчитывается исходя из геометрических параметров помещения. При этом, как правило, учитывается только площадь той части помещения, где находятся слушатели.

В закрытых помещениях рекомендуется устанавливать потолочные громкоговорители, поскольку они позволяют добиться наиболее равномерного распределения звука. При озвучивании галерей, коридоров и открытых площадей используются рупорные громкоговорители благодаря высокой степени направленности звука и высокому КПД.

При озвучивании помещений необходимо учитывать, что звуковая волна от потолочного громкоговорителя на высоте ушей слушателей покрывает собой площадь, радиус которой принимается равным разности высоты крепления громкоговорителя и расстояния от пола до ушей слушателей. Для равномерного озвучивания помещения следует устанавливать громкоговорители так, чтобы эти площади слегка перекрывали друг друга.

При высоте потолков до 5 м расчет необходимого количества потолочных громкоговорителей производится по упрощенным формулам.

Расстояние между громкоговорителями не должно превышать расчетного значения; в противном случае звуковое давление будет распределяться неравномерно, и в некоторых областях помещения может значительно ухудшиться качество звука от громкоговорителей.

При повышении мощности звука в этом случае не только повышается полезная громкость, но также возрастает уровень реверберационного фона (эхо). Чтобы компенсировать этот эффект, пол и стены помещения покрывают коврами или другими звукопоглощающими материалами.

Еще одна проблема связана с размещением громкоговорителей в помещениях с высокими потолками. Близко расположенные громкоговорители являются источником мощной помехи друг для друга.

Если расположить громкоговорители на большем расстоянии и увеличить мощность звука, то возрастет реверберационный фон.

В таких случаях часто опускают громкоговорители на шнурах или устанавливают настенные громкоговорители, врезные громкоговорители или звуковые колонны.

Если ширина помещения меньше 5 м, то громкоговорители располагаются по длине помещения с шагом 4-6 м (не рекомендуется устанавливать громкоговорители в углах помещения).

Если же ширина помещения больше 5 м, то громкоговорители располагаются на противоположных стенах в шахматном порядке, с шагом 8-12 м.

В коридорах, галереях и других протяженных помещениях рекомендуют устанавливать рупорные громкоговорители. Такие громкоговорители располагают в середине коридора и направляют в противоположные стороны. Дальность звучания рупорного громкоговорителя составляет несколько десятков метров.

Выбор громкоговорителя по динамическому диапазону

Требования к динамическому диапазону громкоговорителей формируются исходя из реальных условий прослушивания. При проектировании системы оповещения следует учитывать общий уровень шума, характерного для помещения, в котором планируется разместить громкоговорители. Ниже приведены значения уровня шума для некоторых помещений:

• Завод – 100 дБ
• Супермаркет – 65 дБ
• Больница – 30 дБ

Специалисты рекомендуют выбирать громкоговорители таким образом, чтобы обеспечиваемый ими уровень звукового давления на 3 – 10 дБ превышал уровень общего шума в помещении. Тогда сообщения, которые передают громкоговорители, будут слышны на уровне шума. Следует также учитывать, что в экстренной ситуации уровень шума в помещении может значительно возрасти.

Источник: https://www.tinko.ru/articles/item/8/

Устройство динамика: схема, размеры, назначение

Электродинамический громкоговоритель – это устройство, преобразующее электрический сигнал в звуковой посредством движения катушки с током в магнитном поле постоянного магнита. С этими устройствами мы сталкиваемся повседневно.

Даже если вы не большой поклонник музыки и не проводите в наушниках по полдня. Динамиками оснащаются телевизоры, радиоприемники в автомобилях и даже телефоны.

Этот привычный для нас механизм на самом деле является целым комплексом элементов, а его устройство – это настоящее произведение инженерного искусства.

В этой статье подробнее рассмотрим устройство динамика. Обсудим, из каких составных частей состоит этот прибор и как они работают.

История

Дня начала небольшой экскурс в историю изобретения электродинамика. Громкоговорители похожего типа использовались еще в конце 20-х годов прошлого века. Телефон Белла работал по схожему принципу. В нем была задействована мембрана, которая перемещалась в магнитном поле постоянного магнита.

У этих динамиков было множество серьезных недостатков: частотные искажения, потери звука. Чтобы решить проблемы, связанные с классическими громкоговорителями, Оливер Лордж предложил использовать свои наработки. Его катушка двигалась поперек силовых линий.

Чуть позднее двое его коллег адаптировали технологию для потребительского рынка и запатентовали новую конструкцию электродинамиков, которая задействована и по сей день.

Динамик имеет довольно сложную конструкцию и состоит из множества элементов. На схеме устройства динамика (см. ниже) изображены ключевые детали, благодаря которым громкоговоритель функционирует правильно.

Устройство акустического динамика включает в себя следующие составные части:

• подвес (или краевой гофр);
• диффузор (или мембрана);
• колпачок;
• звуковая катушка;
• керн;
• магнитная система;
• диффузородержатель;
• гибкие выводы.

В разных моделях динамиков могут быть использованы разные уникальные элементы конструкции. Классическое же устройство динамика выглядит именно так.

Рассмотрим каждый отдельный элементы конструкции более подробно.

Краевой гофр

Этот элемент также называют «воротником». Это пластиковая или резиновая окантовка, описывающая электродинамический механизм по всей площади.

Иногда в качестве основного материала применяют натуральные ткани со специальным, ослабляющим колебания покрытием. Гофры делятся не только по типу материала, из которого они изготовлены, но и по форме.

Самый популярный подтип – полутороидальные профили.

К «воротнику» предъявляют ряд требований, соблюдение которых говорит о его высоком качестве. Первое требование – высокая гибкость. Резонансная частота гофра должно быть низкой.

Второе требование – гофр должен быть хорошо закреплен и обеспечивать только один тип колебаний – параллельный. Третье требование – надежность.

«Воротник» должен адекватно реагировать на перепады температуры и «нормальный» износ, сохраняя свою форму длительное время.

Для достижения наилучшего баланса звучания в низкочастотных колонках используют резиновые гофры, а в высокочастотных – бумажные.

Диффузор

Основным излучающим объектом в электродинамике является диффузор. Диффузор динамика представляет собой некий поршень, который двигается по прямой вверх-вниз и поддерживает амплитудно-частотную характеристику (далее АЧХ) в линейном виде. При повышении частоты колебаний диффузор начинает изгибаться.

Из-за этого появляются так называемые стоячие волны, которые, в свою очередь, приводят к провалам и подъемам на графике АЧХ. Для минимизации этого эффекта конструкторы используют более жесткие диффузоры, изготовленные из материалов меньшей плотности.

Если размер динамика составляет 12 дюймов, то диапазон частот в нем будет варьироваться в пределах 1 килогерца для низких частот, 3 килогерц для средних и 16 килогерц для высоких.

• Диффузоры могут быть жесткими. Они сделаны из керамики или алюминия. Такие изделия обеспечивают наименьший уровень искажения звука. Динамики с жесткими диффузорами стоят гораздо дороже аналогов.
• Мягкие диффузоры делают из полипропилена. Такие образцы обеспечивают наиболее мягкое и теплое звучание за счет поглощения волн мягким материалом.
• Полужесткие диффузоры представляют собой компромиссный вариант. Они делаются из кевлара или стеклоткани. Искажения, провоцируемые таким диффузором, выше, чем у жестких, но ниже, чем у мягких.

Колпачок

Колпачок представляет собой оболочку из синтетики или ткани, основная функция которой – защита динамиков от пыли. Помимо этого, колпачок играет немаловажную роль в формировании определенного звучания. В частности, при воспроизведении средних частот.

С целью наиболее жесткого закрепления колпачки делают округлой формы, придавая им небольшой изгиб. Как вы наверняка уже поняли, разнообразие материалов как раз-таки связано с тем, чтобы достичь определенного звучания. В ход идет ткань с различным пропитками, пленки, композиции целлюлозы и даже металлические сетки.

Последние, в свою очередь, выполняют еще и функцию радиатора. Алюминиевая или металлическая сетка отводит излишки тепла от катушки.

Шайба

Иногда её также называют «пауком». Это увесистая деталь, расположенная между диффузором динамика и его корпусом. В задачи шайбы входит поддержание стабильного резонанса для низкочастотных динамиков.

Это особенно важно, если в помещении наблюдаются резкие перепады температуры. Шайба фиксирует положение катушки и всей подвижной системы, а также закрывает магнитный зазор, предотвращая попадание пыли в него. Классические шайбы представляют собой круглый гофрированный диск.

Более современные варианты выглядят немного иначе. Некоторые производители намеренно меняют форму гофр так, что повысить линейность частот и стабилизировать форму шайбы. Такая конструкция сильно влияет на цену динамика. Шайбы изготавливают из нейлона, бязи или меди.

Последний вариант, как и в случае с колпачком, выполняет функцию мини-радиатора.

Звуковая катушка и магнитная система

Вот мы и добрались до элемента, который, собственно, и отвечает за воспроизведение звука. Магнитная система располагается в небольшом зазоре магнитной цепи и вместе с катушкой преобразует электрическую энергию. Сама магнитная система – это система из магнита в виде кольца и керна.

Между ними в момент воспроизведения звука перемещается звуковая катушка. Важная задача конструкторов – создание равномерного магнитного поля в магнитной системе. Для этого производители динамиков досконально выверяют полюса и оснащают керн медным наконечником.

Ток в звуковую катушку поступает через гибкие выводы динамика – обычную проволоку, намотанную поверх синтетической нитки.

Принцип работы

С устройством динамика разобрались, переходим к принципу работу. Принцип работы динамика заключается в следующем: ток, идущий на катушку, заставляет ее совершать перпендикулярные колебания в пределах магнитного поля.

Эта система увлекает за собой диффузор, заставляя его колебаться с частотой подаваемого тока, и создает разряженные волны. Диффузор начинает колебаться и создает звуковые волны, которые могут быть восприняты человеческим ухом.

Они в виде электрического сигнала передаются в усилитель. Отсюда и появляется звук.

Диапазон воспроизводимых частот напрямую зависит от толщины магнитопроводов и размера динамика. При большей величине магнитопровода увеличивается зазор в магнитной системе, а вместе с ним увеличивается и эффективная часть катушки.

Именно поэтому компактные динамики не справляются с низкими частотами в пределах 16-250 герц. Их минимальный порог частотности начинается с 300 Герц и заканчивается на 12 000 герц.

Вот почему динамики хрипят, когда вы выкручиваете звук на максимум.

Номинальное электрическое сопротивление

Провод, подающий ток на катушку, обладает активным и реактивным сопротивлением.

Для выяснения уровня последнего инженеры измеряют его на частоте в 1000 герц и прибавляют к получившейся величине активное сопротивление звуковой катушки.

В большинстве динамиков уровень сопротивления составляет 2, 4, 6 или 8 Ом. Этот параметр необходимо учитывать при покупке усилителя. Важно согласовать уровень нагрузки.

Диапазон частот

Выше уже было сказано, что большая часть электродинамикой воспроизводит лишь часть частот, которые может воспринимать человек.

Сделать универсальный динамик, способный воспроизводить весь диапазон от 16 герц до 20 килогерц невозможно, поэтому частоты поделили на три группы: низкие, средние и высокие. После этого конструкторы начали создавать динамики отдельно для каждой частоты.

Среднечастотные динамики работают в диапазоне 200 герц – 7 килогерц. Инженеры все еще предпринимают попытки создать качественный широкополосный динамик. Увы, цена динамика идет вразрез с его качеством и совершенно не оправдывает его.

Немного о мобильных динамиках

Динамики для телефона отличаются от «взрослых» моделей конструктивно. Расположить такой сложный механизм в мобильном корпусе нереально, поэтому инженеры пошли на хитрость и заменили ряд элементов. Например, катушки стали неподвижными, а вместо диффузора используется мембрана. Динамики для телефона сильно упрощены, посему ожидать от них высокого качества звучания не стоит.

Диапазон частот, который способен охватить такой элемент, значительно сужен. По своему звучанию он ближе именно к высокочастотным устройствам, так как в корпусе телефона нет дополнительного пространства для установки толстых магнитопроводов.

Устройство динамика в мобильном телефоне отличается не только размерами, но и отсутствием независимости. Возможности устройства ограничиваются программным обеспечением. Это сделано для защиты конструкции динамиков. Многие снимают этот лимит вручную, а потом задаются вопросом: “Почему хрипят динамики?”

В среднестатистическом смартфоне устанавливают два таких элемента. Один разговорный, другой музыкальный. Иногда их объединяют для достижения эффекта стерео. Так или иначе, достичь глубины и насыщенности в звучании можно лишь с полноценной стереосистемой.

Источник: https://FB.ru/article/329593/ustroystvo-dinamika-shema-razmeryi-naznachenie