مبانی آکوستیک

بلندگوها

بخش اول

 عملا در تمام کارهای جدید مربوط به آكوستيك، نوسانهای فشار صوتی بوسیله نوعی دستگاه گیرنده الکترو آکوستیکی به نام تراگذار گرفته می شود، مثلا میکروفونی که این نوسانها را به نوسانهای کوچکتر از نوع جریان یا ولتاژ تبدیل می کند. نوسانهای اخیر یا بطریق الکتریکی برای تبدیل فوری به مکالمه به شکل انرژی صوتی تقویت می گردند ، یا ممکن است آنها را به نوعی ذخیره کرد؛ نظیر آنچه روی نوار مغناطیسی ضبط می کنند که برای تجزیه بعدی یا برای برگرداندن صدا معمول است. نوسانها پس از تقویت ممکن است بوسيله نوعی فرستنده تراگذار الکترو آکوستیکی به نام بلندگو به ارتعاشهای صوتی تبدیل شوند.

برای طرحریزی يك تراگذار مؤثر جهت تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی صوتی که باید در هوا منتشر شود لازم است چند عامل مربوط به یکدیگر را در نظر بگیریم. این عاملها شامل کارآیی الکترو آکوستیکی، یکنواخت بودن پاسخ دستگاه به فرکانس، خطی بودن پاسخ دامنه، پاسخ عبوری، قدرت و استحکام برای کار، اندازه، دوام، و قیمت است. بلندگوی ایده آل دارای مشخصات زیر است:

(1) باید دارای کار آیی الکترو آکوستیکی نزديك به صددرصد باشد.

(2) پاسخ صوتی که از آن خارج می شود ( باز داده) در فاصله کامل فرکانسهای قابل شنیدن مستقل از فرکانس باشد.

(3) در باز داده هارمونيك داخل نسازد، همچنين بواسطة مدولاسیون داخلی در آن تا دیدگی ایجاد نکند.

(4) سیگنالهایی را که در آن وارد می شوند (درداده) خواه عبوری یا پایدار باشند بتواند عينة به همان شکل دوباره بسازد.

(5) قادر باشد صوت را در اطراف خود مستقل از راستای بخصوصی منتشر کند.

(6) با در نظر گرفتن باز داده آکوستیکی که از آن انتظار داریم، تا حد امکان از لحاظ اندازه کوچک باشد. تاکنون حتی يك تراگذار که دارای تمام خواص بالا باشد طراحی نشده است. از میان بسیاری اسبا بهایی که برای تشعشع انرژی صوتی در هوا ساخته شده اند دو نوعی که بیش از همه به کار می روند عبارتند از بلندگوی دینامیکی یا بلندگوی با تابش مستقیم و بلندگوی بوقدار . هر دو این بلندگوها از تروش الکترودینامیکی که بین حرکت صفحه ای مرتعشه به نام مخروط بلندگو یا دیافراگم ، و جریان موجود در پیچك صوتی بر قرار است، استفاده می کنند. انواع دیگر روش الکترومکانیکی که برای این مقصود به کار می روند عبارتند از فروش الکتروستاتيك در بلندگوهای الکتروستاتيك و تروش الكترومانيتيك در گیرنده های تلفونی. در این فصل، نخست توجه خود را به خصوصیتهای بلندگوهای با تابش مستقیم معطوف می دادیم و با بسط کمتری به شرح بلندگوهای بوقدار می پردازیم.

بلندگوی با تابش مستقیم ایده آل

برای آشنایی خواننده با مسائل موجود در طرح بلندگوی با تابش مستقیم که بطور رضایت بخش کار کند، ابتدا مخروط بلندگو را به شکل پیستون صلبی به شعاع a فرض می کنیم که تابش خود را به يك طرف دیوار بیکران مسطحی که بلندگو روی آن نصب شده می فرستد. جعبه بلندگویی را که در دیوار اتاقی نصب شده می توان تقريبا نمایشگر این وضع دانست. جمع كل امپدانس مکانیکی مخروط چنین بلندگویی میشود

 با بار تابش آکوستیکی مربوط به مخروط بلندگو همراه است،  جمع کل امپدانس مکانیکی سیستم مخروطی بلندگو بطور سر بسته است. این امپدانس را می توان با رابطه زیر نشان داد

 مقاومت مکانیکی است و اساسا با اتلاف انرژی همراه است. این اتلاف مربوط به انعطاف مکانیکی ماده چین داری است که برای محدود کردن حرکت مخروط در لبه خارجی آن، و نیز در نزدیکی پیچك صوتی نصب شده و سبب می شود که حرکت آزاد مخروط فقط در امتداد محور آن باشد (شکل 10.1 ). mجرم كلي متحرك متعلق به دستگاه مخروط را نشان می دهد، و آن حاصل جمع جرم پيچك صوتی و جرم مخروط بلندگو است. s سختی دستگاه در مقابل حرکت محوری است که از طرفی مواد چین داری که در حلقه خارجی یا در مرکز مخروط قرار داده شده به مخروط وارد می شود. وقتی فرکانس حرکت دهنده بالا باشد مخروط بلندگو دیگر به شكل يك واحد حرکت نمی کند، بلکه به منطقه های مختلف تقسیم می گردد؛ یعنی وقتی که بعضی از این منطقه های رو به بیرون در حرکتند منطقه های دیگر حرکت رو به درون خواهند داشت. وقتی این عمل روی داد تجزیه و تحلیل مقدار ثابت امپدانس سر بسته نیز باید تغییر یابد. امپدانس تابشی  با را بطۀ زیر داده می شود .

 عبارت است از مقاومت تابش پیستون دایره ای به بار وارد بر آن که با فرمول 7.79 بیان گردیده و  راكتانس تابش پیستون به بار وارد بر آن است که با فرمول 7.80 بیان شده. بسیاری از انواع بلندگوهای با تابش مستقیم طوری سوار شده اند که بار تابش به جلو و عقب مخروط، یعنی به هر دو طرف آن، وارد می گردد. با وجود این در نوع ساده مورد بحث ما از باری که به سطح عقبی مخروط وارد می شود صرف نظر میکنیم .

چنانکه در شکل 10.1 نموده شده ، پيچك صوتی در این نوع بلندگو مستقیما به صفحه لرزان اتصال دارد و می تواند در میدان شعاعی مغناطیسی که امتداد آن عمود بر پیچش پیچك قرار گرفته به جلو و عقب حرکت کند. اگر میدان مغناطیسی را که در آن پیچک حرکت می کند یکنواخت فرض کنیم، نیروی راننده f که به مخروط بلندگو وارد می شود متناسب است

با جریان i که در داخل پیچك جاری است و این نیرو با رابطه زیر نموده می شود

در معادله بالا B چگالی شار میدان مغناطیسی است و بر حسب و بر بر مترمربع بیان می شود،  طول سیم در پیچك بر حسب متر است، ، برحسب آمپر، و  بر حسب نیوتن حساب می شود. سادگی این فرمول و سایر فرمولهای اضافی مر بوط به تروش الکترومكانيك در صورتی که در سیستم MKS محاسبه شوند سبب گردیده که در این کتاب سیستم MKS را به کار بریم.

اگر شدت   را مختلط بدانیم، یعنی

و این شدت در پیچك جريان داشته باشد، این جریان سرعت مختلط پایداری در بلندگو ايجاد می کند که معادل آن چنين است

از آنجا که  Z نیز عموم مختلط است، می توان انتظار داشت که سرعت لحظه ای با جریان راننده اختلاف فازی داشته باشد. هر زمان که بلندگو به وسیله جریان متناوبی که ریشه دوم متوسط مربعات دامنه آن با داده شده تغذیه شود معادله 10.5 می تواند برای محاسبه ریشه دوم متوسط مربعات دامنه سرعت مخروط V بلندگو در هر فرکانسی به کار رود. مقدارهای لا را به نوبه خود می توان در قالب ریشه دوم متوسط مربعات در معادله 7.85 ، یعنی در رابطه   گذاشت، و بدین طریق بازداد؛ آکوستیکی بلندگو را بر حسب فرکانس حساب کرد. حال ببینیم هرگاه به طرفین مدار پیچك صوتی بلندگوی نامبرده ولتاژی به شکل

وارد سازیم چه روی می دهد. ضمنا فرض کنیم که امپدانس معمولی الکتریکی پیچک صوتی ZE بوسيله رابطه زیر داده شده است

 مقاومت اهمی و  القای مدار الکتریکی پیچك هستند که به ترتیب بر حسب اهم و هنری بیان می شوند. حال اگر ولتاژ e را به طرفین مدار پیچك صوتی متصل کنیم مشاهده می گردد که جريان حالت پایدار بوسیله معادله ساده  داده نمی شود. این مطلب بواسطة این است که وقتی پیچك صوتی در میدان مغناطیسی بلندگو حرکت کند حرکتش سبب می شود که در آن نیروی ضد محرکه الکتریکی به معادله زیر ایجاد گردد

B برحسب و بر بر متر مربع،  بر حسب متر، و  برحسب متر بر ثانیه است. وقتی مقدار v معادله 10.5 را در معادله بالا بگذاریم خواهیم داشت

پایای  که برابر است با

عامل تبدیل (یا ترادیسش) نامیده می شود، و بر حسب و بر بر متر است و کمیتهای الکتریکی را به کمیتهای مکانیکی ارتباط میدهد. وقتی این نیروی محرکه الکتریکی را منظور داریم معادله ای که از آن برای محاسبه شدت جریان استفاده می کردیم به شکل زیر در می آید

که چون با معادله 10.8 ترکیب گردد و بر حسب i حل شود خواهیم داشت

از معادله 10.10 چنين استنباط می شود که جمله  از جنس امپدانس الکتریکی است. در نتیجه برای ما امکان دارد که به جای  امپدانس حرکتی ZM را که با رابطه زیر تعریف می شود بگذاریم

باید در نظر داشت که امپدانس حرکتی ماهیت امپدانس الکتریکی دارد، و بر حسب اهم الکتریکی اندازه گیری می شود؛ و بر عکس آن  امپدانس مکانیکی است که بر حسب کیلوگرم بر ثانیه بیان می گردد. هر زمان لازم شود که ماهیت امپدانس را با زیر نویس مشخص گردانیم حروف بزرگی را برای امپدانسهای الکتریکی و حروف کوچک را برای امپدانسهای مکانیکی به شکل زیر نویس به کار می بریم.

معادله ی 10.11 نشان می دهد که هر اندازه امپدانس مکانیکی بلندگو بزرگتریعنی اشکال حرکت بلندگو زیادتر باشد امپدانس حرکتی  کوچکتر خواهد بود، و در نتیجه نیروی ضدمحرکه الکتریکی کمتری تولید می شود. کمی اندیشه ، منطقی بودن این استنتاج را نشان می دهد، زیرا اگر امپدانس مکانیکی بینهایت زیاد گردد نتیجه اش این خواهد بود که حرکت مخروط و بالاخره نیروی ضدمحرکه الکتریکی صفر شود؛ نتیجه ای که معادل است با صفر بودن امپدانس حرکتی  وقتی مخروط بلندگو را متوقف کنیم وساکن نگاهداریم، تنها امپدانس الکتریکی در پیچك صوتی وجود خواهد داشت. بدین جهت این امپدانس را معمولا امپدانس باز داشته می نامند.

دیدگاهتان را بنویسید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. زمینه وب سایت اختیاری است.

دیدگاهپیغام شما
نامنام شما
ایمیلایمیل
وب سایتوب سایت