Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы
Самая простая из популярных систем объемного звука называется системой ЗД (рис. 73). Ее можно встретить во многих магнитофонах, радиоприемниках и радиолах, выпускаемых в настоящее время.
Но бывает и так, что направленность громкоговорителя является его достоинством. В основном это относится к мощным источникам звука, установленным в больших залах или на площадях. Здесь зачастую приходится излучать звуковые волны в одном определенном направлении: например, от сцены в глубину зала. В этом случае обычно применяют рупорные громкоговорители или направленные звуковые колонки (табл. 9).
Рупорный громкоговоритель (рис. 14, 5) очень похож на уже знакомый нам диффузорный и в то же время принципиально отличается от него. Сходство в том, что и здесь и там источником звуковых колебаний является электродинамическая система (ее называют звуковой головкой), состоящая из магнита и звуковой катушки с диффузором. Главное различие связано с тем, что не только диффузор, но и сам рупор участвует в излучении звуковых волн и определяет главные характеристики громкоговорителя. Благодаря применению рупора, к. п. д. громкоговорителя значительно повышается и достигает 6–8 %.
рис. 14, 5
Долгое время среди рупорных динамических громкоговорителей самым популярным был десятиваттный Р-10. У любителей он получил название «колокольчик». Сейчас на смену ему пришел рупорный громкоговоритель 10ГРД-5 (первая цифра, как обычно, обозначает мощность). К этим громкоговорителям так же, как и к другим мощным излучателям, подводят низкочастотный электрический сигнал с напряжением 30 в, 120 в или 240 в (табл. 9). Это довольно большое напряжение, и его приходится подавать на звуковую катушку через понижающий трансформатор. В «колокольчике» и громкоговорителе 10ГРД-5 понижающий трансформатор находится прямо под кожухом и так же, как и другие ответственные детали, герметически закрыт. Это необходимо для того, чтобы громкоговорители, установленные на улице, безотказно работали при любой погоде.
Вас, по-видимому, интересует, зачем нужно подводить к громкоговорителю высокое напряжение, а затем понижать его с помощью трансформатора? Почему нельзя сразу подводить к громкоговорителю электрический сигнал с низким напряжением?
На второй вопрос хочется ответить вопросом: а для чего с электростанций мы передаем электроэнергию высокого напряжения и строим для этого специальные высоковольтные линии? Зачем сначала повышаем электрическое напряжение до десятков и сотен тысяч вольт, а затем понижаем его до 120 или 220 в? Делается все это для того, чтобы уменьшить потери энергии при передаче ее на большие расстояния.
Электрическая мощность в одинаковой степени зависит от тока и от напряжения. Поэтому одну и ту же мощность можно передать по линии при высоком напряжении и малом токе или, наоборот, при низком напряжении и большом токе.
Что выгоднее? Выгоднее передача энергии при небольшом токе: чем больше ток, тем сильнее он греет соединительные провода, тем больше электроэнергии теряется по пути и меньше ее приходит на конечную станцию. Перед тем как отправить электроэнергию в дальнее путешествие, мы для того и повышаем напряжение, чтобы уменьшить ток, а вместе с ним уменьшить и потери в линии передачи. Мощные рупорные громкоговорители, как правило, установлены на значительном расстоянии от источника электрического сигнала, и во избежание больших потерь этот сигнал выгоднее транспортировать, предварительно повысив его напряжение.
Тогда возникает другой вопрос: а почему нельзя это повышенное напряжение подавать сразу на звуковую катушку? Для чего нужен понижающий трансформатор? В качестве ответа проделаем небольшой расчет.
Если при мощности 10 вт подвести к звуковой катушке напряжение 120 в, ток в ней примерно будет равен 0,08 а (I = P: U, рис. 31, 8, б). По закону Ома определяем необходимое сопротивление катушки. Оно равно около 1500 ом (R = U/I), рис. 30, 5, ж).
рис. 30, 5
Сравнительно небольшой ток позволяет использовать для намотки весьма тонкий провод, например ПЭ = 0,05, каждый метр которого имеет сопротивление около 9 ом. Чтобы получить сопротивление 1500 ом на каркас звуковой катушки, нужно намотать более 170 м такого провода, и вся обмотка будет весить почти 3 г. Изготовить звуковую катушку с такими данными можно, но очень сложно. Куда проще применить трансформатор, который понизит напряжение, повысит ток и при этом во много раз уменьшит необходимую величину сопротивления звуковой катушки.
В качестве примера приводим данные звуковой катушки громкоговорителя Р-10: номинальная мощность 10 вт; номинальное напряжение на катушке около 4,5 в; номинальный ток в катушке около 2,2 а; сопротивление катушки zзв-1000 около 2 ом (для постоянного тока сопротивление катушки Rзв = 1,7 ом); провод ПЭ = 0,21; длина провода 3,5 м; вес обмотки 0,8 г; число витков 39.
Попутно прикинем, каковы будут потери, если подводить к громкоговорителю сигнал низкого напряжения, то есть отказаться от понижающего трансформатора. Двухпроводная линия из провода диаметром 1 мм протяженностью всего 50 м имеет сопротивление около 2 ом. При токе 2,2 а потери на этой линии составят почти 10 вт (P = I2·R). То есть для того чтобы громкоговоритель получил 10 вт, в линию нужно подать 20 вт — мы вынуждены мириться с потерей половины энергии. В то же время при напряжении 120 в при токе 0,08 а, потери не будут превышать 0,15 вт, то есть 1,5 % от передаваемой мощности.
Подведем итоги. При передаче электроэнергии, в том числе и низкочастотного сигнала для громкоговорителя, на большие расстояния нужно повышать напряжение, чтобы уменьшить потери. К громкоговорителю нужно подводить напряжение, пониженное с помощью трансформатора, так как только в этом случае можно применять простые по конструкции и надежные катушки с малым сопротивлением.
Кроме того, применение трансформатора дает еще одно преимущество: сделав первичную обмотку секционированной, можно подводить к ней различные напряжения; в нашем примере 30 в, 120 в, 240 в. Благодаря секционированной обмотке мы фактически имеем три трансформатора с разным соотношением витков, то есть с разными коэффициентами трансформации — 0,15 (при повышении напряжения 7), 0,04 (25) и 0,02 (50).
Некоторые рупорные громкоговорители (10ГДН-1, 25ГДН-1, ДГР-25) имеют круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, то есть равномерно излучают во все стороны (рис. 14, 7, а). Такие громкоговорители обычно устанавливают в парках, скверах, на стадионах.
рис. 14, 7
В последние годы наряду с мощными рупорными излучателями широко применяются направленные и ненаправленные звуковые колонки (рис. 14, 2, табл. 9). В них используются обычные диффузорные громкоговорители, подключенные ко вторичной обмотке понижающего трансформатора. Последняя буква в названии колонки означает вид внешнего оформления: 1 — металлическое оформление, 2 — деревянное.
рис. 14, 2
Звуковая колонка весьма проста по устройству, и ее довольно легко изготовить своими силами.
При подключении громкоговорителей звуковой колонки к трансформатору, точно так же, как и в любом другом случае включения совместно работающих громкоговорителей, необходимо произвести их фазировку (рис. 14, 3).
рис. 14, 3
Иными словами, нужно добиться того, чтобы диффузоры всех громкоговорителей двигались согласованно, синфазно. Фазировку можно выполнить, если подключать громкоговорители постепенно, по одному, и, меняя местами провода, по которым подводится низкочастотное напряжение, прислушиваться, в каком случае агрегат работает лучше. Фазировку можно осуществить и с помощью низковольтного источника постоянного тока, например с помощью гальванического элемента на 1,5 в. Громкоговорители между собой нужно соединить таким образом, чтобы при подключении к элементу все диффузоры отклонялись в одну и ту же сторону (рис. 14, 3, б).
Все члены «микрофонного семейства» — звукосниматели, магнитные головки, динамические, угольные, электромагнитные и другие типы микрофонов — дают на выходе электрический сигнал весьма небольшой мощности. Обычно мощность электрической копии измеряется тысячными, а чаще миллионными долями ватта. В то же время для нормальной работы воспроизводящих приборов — громкоговорителей — нужны мощности, измеряемые единицами, десятками, а иногда и сотнями ватт. Иными словами, для того чтобы «накормить» громкоговоритель, нужно иметь мощность в миллионы раз большую, чем может дать микрофон или кто-либо из его «родственников». Из этого трагического несоответствия вместо «ахов» и «охов» нужно сделать простой и деловой вывод — между переводчиками, воспринимающими звук, и переводчиками, воспроизводящими его, необходимо включить усилитель электрических сигналов.
