Reproduktory a reproduktorové sústavy doc. Ing. Jozef Juhár, CSc.

Úvod - reproduktory Reproduktory sú elektroakustické vysielače, ktoré premieňajú elektrický signál na zodpovedajúci signál akustický a vyžarujú ho do okolitého, obyčajne plynného prostredia.

Rozdelenie reproduktorov Podľa spôsobu interakcie s okolím priamovyžarujúce – akustická energia je vyžarovaná kmitajúcou membránou priamo do okolitého prostredia, nepriamovyžarujúce – medzi kmitajúcu membránu a okolité prostredie je vložený zvukovod Podľa použitých elektromechanických meničov elektrodynamické cievkové páskové priezoelektrické, elektrostatické ... Podľa šírky prenášaného pásma frekvencií nízkotónové stredotónové vysokotónové širokopásmové

Elektrodynamický priamovyžarujúci reproduktor

Elektrodynamický priamovyžarujúci reproduktor Skladá sa z troch hlavných podsystémov: Elektrodynamického elektromechanického meniča, tvoreného magnetickým obvodom reproduktora (permanentný magnet, pólové nástavce, predná a zadná platňa) a cievkou; Akustického vysielača - membrány v tvare zrezaného kužeľa alebo v tvare guľového vrchlíka; Zavesenia membrány a cievky, ktoré pozostáva zo strediacej membrány - pavúka (spider) a poddajného zavesenia na okrajoch (surround).

Analýza reproduktora v nekonečnej ozvučnici doc. Ing. Jozef Juhár, CSc.

Úvod akustický skrat medzi prednou a zadnou stranou membrány – nekonečná ozvučnica dokonalá tuhosť ozvučnice (žiadne vlastné kmity), rozmery reproduktora sú oveľa menšie, než je vlnová dĺžka vysielaného zvukového vlnenia, reproduktor môžeme považovať za zdrojom guľovej zvukovej vlny, kónickú membránu reproduktora v teoretických úvahách nahradíme ideálnou piestovou membránou, reproduktorová sústava je elektro-mechanicko-akustickou sústavou so sústredenými parametrami,

Náčrtok reproduktora v nekonečnej ozvučnici MMD mechanická hmotnosť kmitajúcich častí reproduktora (membrány a cievky); CMS mechanická poddajnosť reproduktora (strediaca membrána, vlnkový záves); RMS mechanický odpor viskózneho trenia membrány a telesa cievky;

Symbolická schéma sústavy

Prvky symbolickej schémy Rg vnútorný odpor zdroja elektrického signálu; REVC elektrický odpor cievky elektromechanického meniča; LEVC elektrická indukčnosť elektromechanického meniča; Bl transformačná konštanta elektromechanického meniča; MMD mechanická hmotnosť kmitajúcich častí reproduktora (membrány a cievky); CMS mechanická poddajnosť reproduktora (strediaca membrána, vlnkový záves); RMS mechanický odpor viskózneho trenia membrány a telesa cievky; RARD akustický vyžarovací odpor reproduktora; MARD akustická vyžarovacia hmotnosť (membrány) reproduktora; SD efektívna vyžarovacia plocha membrány reproduktora.

Elektro-mechanicko-akustická analogická schéma Vyžarovacia impedancia ideálneho piestu v nekonečnej stene:

Zjednodušená analogická schéma sústavy

Elektrická náhradná schéma

Elektrická impedancia

Elektrická impedancia

Elektrická impedancia

Analýza prenosových vlastností sústavy prenosová charakteristika reproduktora - pomer medzi výstupnou akustickou veličinou (akustický tlak, akustická objemová rýchlosť, akustický výkon) a vstupnou elektrickou veličinou (elektrické napätie, elektrický prúd, elektrický výkon) najčastejšie - pomer výstupného akustického tlaku ku vstupnému napätiu v uvažovanom pásme akustických frekvencií reproduktor považujeme za zdroj guľovej zvukovej vlny v blízkom poli reproduktora platí:

Akustická náhradná schéma

Objemová rýchlosť v akustickom poli

Akustický tlak v akustickom poli reproduktora

Prenosová funkcia reproduktora

Amplitúdová frekvenčná charakteristika

Fázová frekvenčná charakteristika

Thiele-Small (TS) parametre reproduktora rezonančná frekvencia: "mechanický" činiteľ kvality: "elektrický" činiteľ kvality: celkový činiteľ kvality: ekvivalentný objem:

Menovitá účinnosť reproduktora Pomer činneho akustického výkonu k menovitému elektrickému príkonu: Po úprave:

Charakteristická tlaková citlivosť Akustický tlak v osi reproduktora vo vzdialenosti 1m od jeho ústia pri elektrickom príkone 1W: Rýchly odhad akustického tlaku z charakteristickej tlakovej citlivosti:

Výchylka reproduktora Lineárna výchylka membrány reproduktora:

Výchylková citlivosť Amplitúda výchylky membrány reproduktora na 1W elektrického príkonu:

Frekvenčná charakteristika amplitúdy výchylky

Maximálnou výchylkou limitovaný elektrický príkon

Maximálnou výchylkou limitovaný akustický výkon

Analýza reproduktora v zatvorenej ozvučnici doc. Ing. Jozef Juhár, CSc.

Symbolická schéma sústavy

Náhradná schéma

TS parametre sústavy

Elektrická impedancia

Amplitúdová frekvenčná charakteristika

Amplitúdová frekvenčná charakteristika

Dolná medzná frekvencia AFCH

Maximálna účinnosť, šírka pásma a objem ozvučnice

Amplitúda výchylky reproduktora

Amplitúda výchylky reproduktora

Analýza reproduktora v basreflexovej ozvučnici doc. Ing. Jozef Juhár, CSc.

Objemové rýchlosti v akustickom poli sústavy

Symbolická schéma sústavy

Náhradná schéma sústavy

rezonančna frekvencia: TS parametre sústavy rezonančna frekvencia:

Elektrická impedancia sústavy

Elektrostatické reproduktory Rozdelenie podľa typu meniča: jednočinné, dvojčinné, Konštruujú sa obyčajne ako malé vysokotónové, pre hornú časť frekvenčného počuteľného pásma, alebo širokopásmové veľkoplošné. vyžaruje iba jedna strana membrány, druhá je uzavretá dutinou.

membrána nevyžaruje priamo do prostredia, je s ním spojená zvukovodom, Tlakové reproduktory membrána nevyžaruje priamo do prostredia, je s ním spojená zvukovodom, vstupný prierez zvukovodu je oveľa menší než aktívna plocha mebrány, tlaková komôrka – medzi membránou a hrdlom reproduktora,

Analogická schéma Odpor rv prestavuje reálnu záťaž sústavy. Sila F1 na tomto odpore je F1 = p1 . Sm, kde p1 je akustický tlak na vstupe zvukovodu.

Náhradná schéma Mechanický obvod reproduktora sa skladá z týchto častí: kmitacia cievka s telieskom kmitacej cievky, ktorá prestavuje hmotnosť mc, strediaca membrána, ktorá prestavuje poddajnosť cs, a mechanický odpor trenia rs, vlastná membrána, ktorá predstavuje v mechanickom obvode hmotnosť membrány mm, poddajnosť membrány cm, a mechanický odpor trenia rm. Všetky uvedené prvky môžeme v prvom priblížení považovať za sústredené a zapojené na spoločnú rýchlosť

Celková náhradná schéma V elektrodynamickom reproduktore sa využíva elekromechanický menič s magnetickým poľom. Transformačný obvod tohto meniča je gyrátor.

Elektrická impedancia okrem el. prvkov Lo, Ro v nej vystupujú aj prvky C, L, R, Cv a Rv. zanedbaním stratových prvkov Ro, R a Rv, bud Ze predstavovať reaktančný dvojpól, ktorého absolútna hodnota reaktancie je:

Frekvenčná charakteristika účinnosti elektrod. repr. účinnosť – pomer zdanlivého výkonu Ne, a Na úpravou, účinnosť elektrodynamického reproduktora je:

Charakteristická citlivosť je definovaná ako akustický tlak v osi vo vzdialenosti 1m pri príkone 1W. Obyčajne sa udáva jeho hladina v dB oproti Po= 2.10-5 Pa zo vzťahu je zrejmé, že za účelom dosiahnutia vysokej charakteristickej citlivosti (a tiež účinnosti) reproduktora je potrebné, aby mal malú celkovú hmotnosť na plochu membrány, t.j. malé (m1+mv)/Sm, malý odpor kmitacej cievky Ro a vysoký súčin B.l.

Skreslenie Elektrodynamický reproduktor nie je menič úplne lineárny z dvoch dôvodov: vplyvom nelinearity poddajného uloženia kmitacieho systému, pretože magnetická indukcia vo vzduchovej medzere nie je úplne homogénna a navyše sa kmiacia cievka pri veľkých výchylkách vysúva čiastočne zo vzduchovej medzery. Vplyvom nelineárnej frekvencie vzniká skreslenie tvaru, ktoré vyjadrujeme najčastejšie harmonickým skreslením. Okrem toho aj skreslenie subharmonickými tónmi s frekvenciou f/2.

Ozvučnice priamovyžarujúcich reproduktorov u priamovyžarujúcich reproduktorov vyžaruje tak predná, ako aj zadná strana membrány, pričom fáza akustického tlaku pred reproduktorom a za ním je opačná. ozvučniče sú riešené tak, že zväčšujú akustickú impedanciu medzi prednou a zadno stranou membrány buď predĺžením dráhy medzi jej oboma stranami, alebo skrytím zadnej strany reproduktora uzavretou skriňovou ozvučnicou, prípadne iným vhodným prvkom pôsobiacim ako akustický obvod. Požiadavky: dostatočná tuhosť, vylúčenie alebo obmedzenie ich vlastných kmitov.

najjednoduchšie ale najmenej vhodné umiestnenie reproduktora, Otvorená ozvučnica najjednoduchšie ale najmenej vhodné umiestnenie reproduktora, dosková, skriňová, pohyb membrány – pretlak na prednej strane (+), na zadnej strane podtlak (-), akustický skrat.

podstatne výhodnejšia skriňová, používa sa výplň – tlmiaci materiál, Zatvorená ozvučnica podstatne výhodnejšia skriňová, používa sa výplň – tlmiaci materiál, rozmery ozvučnice voliť aby boli navzájom nesúdeliteľné - pomer strán 1 : 1,4 : 1,9.

Bass – reflexová ozvučnica samotná ozvučnica predstavuje v oblasti nízkych frekvencií akustický obvod zatažujúci zadnú stranu membrány, dutina ozvučnice je spojená s vonkajším priestorom otvorom, ktorý vyžaruje akustickú energiu, volí sa rezonančná frekvencia ozvučnice wrx rovná, rezonančnej frekvencii reproduktora, t.j. wrx = wr akustická energia je vyžiarená plochou otvoru ozvučnice, nelineárne skreslenie s ohľadom na malú výchylku membrány reproduktora je malé.