Głośniki niskotonowe i nisko-średniotonowe
udowa dynamicznego głośni- cowana jest membrana. Zawiesze- a w ślad za tym zmniejszenie
ka niskotonowego może słu- nia: dolne (przyklejane do cewki l i zmniejszenie Bxl. Układ działałby
B
B
żyć jako ilustracja klasycznej w pobliżu połączenia z membraną) nieliniowo, co powodowałoby po-
budowy głośnika dynamicznego. i górne (przyklejane do obrzeża wstawanie dużych zniekształceń.
Głośnik nisko-średniotonowy nie membrany) pozwalają na osiowy Sposobem zapobieżenia temu zjawi-
różni się poważnie w swojej kon- ruch cewki z membraną. Układ ma- sku jest zastosowanie albo szczeliny
strukcji od niskotonowego; zdolność gnetyczny i zawieszenia mocowane znacznie dłuższej od cewki (w ra-
przetwarzania średnich częstotliwo- są do kosza, stanowiącego szkielet mach dopuszczalnej amplitudy cała
ści uzyskuje przede wszystkim dzię- całej konstrukcji
ki mniejszej średnicy, jak również Układ magnetyczny, zbu-
poprzez zoptymalizowanie właści- dowany najczęściej na
wości membrany (materiał, geome- bazie ferrytowego pier-
tria) pod kątem przetwarzania szer- ścienia, ma za zadanie
szego zakresu częstotliwości. Więk- wytworzyć jak najsilniej-
szość głośników średniotonowych sze pole magnetyczne
także bardzo przypomina klasyczny w szczelinie. Ale ostate-
głośnik niskotonowy - mają one cznie siła, z jaką będzie
oczywiście odpowiednio małe śre- poruszana cewka, zależy
dnice membran (o związku między od iloczynu Bxl, gdzie
wielkością głośnika a pasmem, B jest gęstością strumie-
które ma zadanie przetwarzać, nia magnetycznego
wspominaliśmy miesiąc temu), w szczelinie, a l długością
a także nie są przystosowane do przewodnika (drutu
pracy przy dużych amplitudach uzwojenia cewki), znajdu-
(których przetwarzanie średnich czę- jącego się w tym stru-
stotliwości nie wymaga). Dopiero mieniu.
zdecydowana większość współcze- Wraz z przepływem prą-
snych głośników wysokotonowych du przez cewkę, będzie
(i niewielka część średniotonowych) się ona poruszać. Gdyby
odbiega w swojej konstrukcji od wysokość uzwojenia (wy-
schematu głośnika ze stożkową me- sokość cewki) była dokła-
mebraną, jako że mają one membra- dnie taka jak wysokość
ny kopułkowe, i w ślad za tym rów- szczeliny, co zmaksymali-
nież inną konstrukcję pozostałych zowałoby iloczyn Bxl
elementów. w stanie spoczynku, na-
wet mały ruch cewki po-
W układzie magnetycznym, a dokła- wodowałby zmniejszenie Rysunek 1. Konstrukcja głośnika
R
y
s
u
n
e
k
1
.
dnie w szczelinie magnetycznej, się liczby zwojów pozo- niskotonowego
znajduje się cewka, do niej przymo- stających w szczelinie,
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/99 67
cewka znajduje się w szczelinie, i materiały. Amplituda, jaką może ki częstotliwościowej głośnika w za-
w polu magnetycznym o stałej gę- znieść układ drgający głośnika bez kresie niskich częstotliwości zależy
stości), albo cewki znacznie dłuższej uszkodzenia, nawet po przekrocze- nie tylko od częstotliwości rezonan-
niż szczelina (w ramach dopuszczal- niu amplitudy liniowej, nazywa się sowej, ale i od dobroci układu rezo-
nej amplitudy w szczelinie znajduje amplitudą maksymalną. nansowego:
się zawsze ta sama liczba zwojów). Parametry zawieszeń membrany
Qms x Qes
To drugie rozwiązanie jest znacznie decydują o bardzo ważnym para-
Qts =
Qms + Qes
częściej spotykane. W obu przypad- metrze głośnika - podatności ukła- 2)
kach w ramach dopuszczalnej ampli- du drgającego, który wraz z masą
tudy wartość Bxl pozostaje stała, co drgającą określa z kolei częstotli- Qts - dobroć całkowita układu rezo-
jest warunkiem liniowej pracy. Ma- wość rezonansową (częstotliwość nanso-wego głośnika swobodnie za-
ksymalną amplitudę, przy której podstawowego rezonansu mecha- wieszonego.
spełniony jest ten warunek, nazywa nicznego) układu drgającego, jeden Qms - dobroć części mechanicznej
się (maksymalną) amplitudą liniową. Qes - dobroć części elektrycznej
Kosztem uzyskania dużej liniowej
amplitudy jest obniżenie wartości Powyższy wzór nie będzie miał wiel-
współczynnika Bxl (choć pozostaje kiego znaczenia praktycznego,
on na stałym poziomie w ca- w odróżnieniu od samego pa-
łym zakresie pracy), i wsku- rametru Qts.
tek tego obniżenie efek- Wprowadz
my jeszcze je-
tywności, bowiem przy den parametr:
układzie z wysoką cew-
ką dużą część zwojów, Vas - objętość ekwi-
a więc dużą część prze- walentna, czyli objętość
wodnika i płynącego powietrza, które poddane
w nim prądu "skazujemy" sprężaniu przez powierzch-
na pracę jałową - pozostawa- nię membrany danego głośnika
nie poza szczeliną i nieuczestni- ma podatność taką samą, jak
czenie w tworzeniu siły, podobnie zawieszenia tego głośnika.
w przypadku z wysoką szczeliną ca-
ły czas "marnuje się" duża część po- W ten sposób skompletowaliśmy
la magnetycznego. Tymczasem, jak trzy parametry (Fs, Qts, Vas), nazy-
już wspominaliśmy, głośniki niskoto- wane parametrami Thiele'a - Smal-
nowe wymagają dużych amplitud. la. Zrozumienie istoty tych parame-
Konstruktor głośnika niskotono- trów i swobodne posługiwanie
Fot.1 Nowoczesny 22-cm głośnik niskotonowy
F
o
t
.
1
wego musi więc wybrać jakiś się nimi jest niezbędne do umie-
VIFA Premium Line PL22WR09
kompromis - czy da duży zapas jętności projektowania obudów
cewki po obu stronach szczeliny, głośnikowych. Do tego tematu
pozwalając w ten sposób na linio- wrócimy za miesiąc, tutaj przed-
wą pracę przy dużych amplitudach, z najważniejszych parametrów gło- stawmy jeszcze kilka ważnych cech
ale redukując efektywność, czy od- śnika niskotonowego. głośników niskotonowych.
wrotnie. Oczywiście w praktyce
1
szuka się "złotego środka". Pole ma- Fs = Rm to parametr mechanicznych
2Ą Cs x Ms
newru jest tym większe, im... więk- 1) strat w głośniku. Im niższy, tym le-
szy i silniejszy układ magnetyczny. piej, zwłaszcza dla głośników nisko-
Przy bardzo dużym B można bo- Fs - częstotliwość rezonansowa gło- tonowych. Zależy w dużej mierze od
wiem pozwolić sobie na mniejsze l, śnika swobodnie zawieszonego materiału, z jakiego wykonany jest
czyli pozostawienie nawet większej Cs - podatność zawieszeń karkas cewki. W nowoczesnych gło-
części uzwojenia poza szczeliną, Md - masa drgająca śnikach jest on wykonany najczę-
i uzyskać wystarczającą wartość ściej z aluminium albo z kaptonu.
Bxl i zadowalającą efektywność. Potocznie uważa się, że częstotli- Aluminium jest lżejsze i ma większą
Przy skromnych układach magne- wość rezonansowa określa dolną pojemność cieplną, a więc głośnik
tycznych trzeba oszczędzać i tu, częstotliwość graniczną głośnika. może znieść większe obciążenie ter-
i tam. Tak więc duże układy magne- Z grubsza rzecz biorąc tak jest, jed- miczne, jednak w przypadku głośni-
tyczne nie powinny się kojarzyć wy- nak po pierwsze - parametr Fs okre- ków niskotonowych ograniczenie ich
łącznie z dużymi efektywnościami. śla częstotliwość rezonansową gło- mocy znamionowej jest raczej natu-
W głośnikach niskotonowych służą śnika swobodnie zawieszonego (bez ry amplitudowej, niż cieplnej (głośni-
w równej mierze dopuszczeniu do obudowy), natomiast w obudowie ki niskotonowe na skutek przeciąże-
dużych amplitud liniowej pracy. Do zamkniętej rezonans ten nieuchron- nia zostają najczęściej uszkodzone
możliwości układu magnetycznego nie przesunie się w stronę wy- mechanicznie, podczas gdy średnio-
i cewki muszą być jednak dostoso- ższych częstotliwości (o ile, zależy tonowe i wysokotonowe najczęściej
wane możliwości zawieszeń. One od objętości obudowy), a w obudo- zostają "spalone"). Natomiast kapton
również powinny pracować liniowo wie bass-reflex nastąpią jeszcze bar- ma niższą przewodność, i w kapto-
w założonym zakresie, co uzyskuje dziej skomplikowane zjawiska; po nowym karkasie powstają mniejsze
się stosując ich specjalne profile drugie, nawet kształt charakterysty- prądy wirowe, które powodują
68 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/99
2
S
d
[
c
m
]
zwiększanie strat. Rm nie jest para- nad układem magnetycznym, którą Sd [cm2] - efektywna powierzchnia
metrem Thiele'a - Smalla, nie jest uchodzi powietrze spod dolnego za- membrany
M
d
[
g
]
brany pod uwagę przy obliczeniach, wieszenia. Wysokiej jakości głośniki Md [g] - masa drgająca
R
m
[
N
s
/
m
]
w ramach podstawowej teorii, nie - nisko i średniotonowe - mają kosze Rm [Ns/m] - straty mechaniczne
wpływa ani na charakterystrykę czę- odlewane z metali lekkich. Mają one
stotliwościową, ani impulsową, jed- kilka przewag nad koszami wytłacza- Dla oceny obciążalności głośnika ko-
nak doświadczenia prowadzą do nymi z blachy. Po pierwsze nie wy- nieczna jest znajomość:
M
o
c
z
n
a
m
i
o
n
o
w
a
[
W
]
wniosku, że ma wpływ na słyszalną kazują silnych rezonansów (nie Moc znamionowa [W]
D
o
p
u
s
z
c
z
a
l
n
e
w
y
c
h
y
l
e
n
i
a
jakość przetwarzania niskich często- "dzwonią", jak kosze blaszane), po Dopuszczalne wychylenia, liniowe
tliwości. Dlatego optymalnym mate- drugie są sztywne, i stanowią lepsze i maksymalne (+/-) [mm]
riałem na karkas głośnika niskotono- oparcie dla ciężkich układów magne-
wego jest kapton, a na karkasy śre- tycznych i precyzyjnego dopasowa- Do dopasowania do pozostałych gło-
dnio- i wysokotonowych - alumi- nia szczeliny magnetycznej i cewki śników zespołu głośnikowego i pro-
nium. drgającej, po trzecie są niemagne- jektowania zwrotnicy musimy znać:
E
f
e
k
t
y
w
n
o
ś
ć
Wśród konstruktorów panuje dzisiaj tyczne, po czwarte są... estetycz- Efektywność (2,83V/1m) [dB]
R
e
zgoda co do tego, że membrana gło- niejsze, nie wymagają po zainstalo- Re - rezystancję cewki drgającej [&!]
L
e
śnika niskotonowego powinna być waniu stosowania pierścieni ozdob- Le - indukcyjność cewki drgającej
maksymalnie sztywna (nie ma już ta- nych. Niestety, są dość kosztowne, [mH]
kiej zgody co do właściwości mem- tak więc niespotykane w tanich gło-
bran głośników średniotonowych, śnikach. Coraz częściej wprowadza Z takim kompletem parametrów
a tym bardziej wysokotonowych). się też kosze z tworzyw sztucznych możemy ruszać w drogę. Pierwszy
Dlatego najchętniej stosowane tu - znacznie tańsze od odlewanych, etap - projektowanie obudowy za-
materiały to sztywne struktury wie- a lepsze od blaszanych, jednak rzad- mkniętej - za miesiąc.
lowarstwowe, metale, utwardzana ko są one spotykane w głośnikach
A
n
d
r
z
e
j
K
i
s
i
e
l
celuloza. Dodatkowe usztywnienie niskotonowych dużego kalibru. Andrzej Kisiel
można wprowadzić dzięki zastoso-
waniu nakładki przeciwpyłowej o du-
Przypomnijmy:
żej średnicy (centralna, najczęściej
doklejana część membrany, wklęsła Podstawowe parametry głośnika ni-
lub wypukła). skotonowego, niezbędne do projek-
Uzyskaniu dużej sztywności służy towania obudowy, to parametry
duża masa membrany (poprzez od- Thiele'a -Smalla:
F
s
[
H
z
]
powiednią jej grubość). Niektóre no- Fs [Hz] - częstotli-
woczesne materiały pozwalają uzy- wość rezonanso-
skać dużą sztywność już przy rela- wa (głośnika swo-
tywnie małej masie. Małą masę bodnie zawieszo-
drgającą utożsamia się z "szybko- nego)
Q
t
s
(
p
a
r
a
m
e
t
r
n
i
e
ścią" głośnika. Jednak głośnik jest Qts (parametr nie-
m
i
a
n
o
w
a
n
y
)
układem elektromagnetomechanicz- mianowany) - do-
nym, i jego właściwości impulsowe broć całkowita
zależą od czynników zarówno me- układu rezonanso-
chanicznych, takich jak masa mem- wego (głośnika
brany, i elektromagnetycznych, ta- swobodnie zawie-
kich jak wspominany współczynnik szonego)
siły Bxl. Jeśli dużej masie membra- gdzie na dobroć
ny towarzyszy odpowiednio silny całkowitą składają
magnes i wysoka wartość iloczynu się:
Q
e
s
Bxl, to można uzyskać bardzo dobre Qes - dobroć czę-
charakterystyki impulsowe; jeśli na- ści elektrycznej
Q
m
s
wet lekka membrana napędzana Qms - dobroć czę-
jest przez bardzo słaby układ magne- ści mechanicznej
tyczny, to charakterystyki impulso-
3
V
a
s
[
d
m
]
we nie będą najlepsze. Jednocze- Vas [dm3] - obję-
śnie w konstrukcji głośników nisko- tość ekwiwalent-
tonowych wcale nie należy dążyć do na
s
i
ł
a
u
k
ł
a
d
u
n
a
p
ę
minimalizowania masy membrany - siła układu napę-
d
o
w
e
g
o
im większa masa drgająca, tym niż- dowego wyrażana
sza częstotliwość rezonansowa. jest iloczynem:
Nowoczesne głośniki niskotonowe Bxl [Txm]
pozwalają na redukcję ciśnienia wy-
twarzanego pod nakładką przeciw- Inne parametry,
pyłową, poprzez kanał w nabiegun- związane z prze-
niku i otwór z tyłu układu magne- twarzaniem ni-
tycznego. Niektóre konstrukcje mają skich częstotliwo-
również szczelinę biegnącą dookoła ści, to:
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/99 69