Рудольф Сворень - Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина
Если пропустить через звуковую катушку громкоговорителя переменный ток, то, взаимодействуя с постоянным магнитом, она будет двигаться то в одну, то в другую сторону, следуя за всеми изменениями тока. Совершенно очевидно, что вместе с катушкой будет двигаться и диффузор, увлекая за собой окружающий воздух. Движение диффузора создает колебания воздуха, которые по частоте и по силе будут соответствовать току в звуковой катушке.
Чем больше ток, протекающий по звуковой катушке, тем сильнее колеблется диффузор, тем громче создаваемый им звук. Однако беспредельно увеличивать ток в звуковой катушке нельзя: если превысить ток, допустимый для данного типа громкоговорителя, то громкоговоритель будет «перегружаться» и звук будет воспроизводиться с сильными искажениями. Очень большая перегрузка громкоговорителя может совсем вывести его из строя: может сгореть звуковая катушка, а при сильных «толчках» тока диффузор может повредиться.
Для каждого типа громкоговорителя существует максимальная электрическая мощность, которую можно подвести к звуковой катушке, не вызывая сильных искажений звука. Этой мощности, выраженной в ваттах, соответствует первая цифра в названии громкоговорителя.
Так, например, громкоговоритель 0,5ГД-5 имеет максимальную мощность 0,5 вт, 1ГД-9 — рассчитан на 1 вт, 5ГД-14 — на 5 вт, и т. д. Совершенно очевидно, что если громкоговоритель рассчитан на мощность 1 вт, то он будет работать без искажений и при меньшей мощности. Наиболее часто встречающиеся в наименовании громкоговорителя буквы «ГД» означают «громкоговоритель динамический», а последняя цифра указывает тип громкоговорителя (лист 127).
Однако не вся электрическая мощность, подводимая к громкоговорителю, расходуется на создание звуковых колебаний — часть ее теряется на нагревание проводов звуковой катушки, на механические потери в диффузоре и т. п. Для большинства типов громкоговорителей мощность звуковых колебаний в несколько десятков раз меньше, чем подводимая электрическая мощность.
Электрическая мощность, подводимая от усилителя к звуковой катушке громкоговорителя, — это и есть так называемая выходная мощность усилителя низкой частоты. Следует заметить, что первая цифра в названии громкоговорителя относится не к мощности звуковых колебаний, а именно к электрической мощности, которая от усилителя НЧ подводится к звуковой катушке.
При одной и той же выходной мощности преобразование электрической энергии в звуковые колебания происходит значительно эффективнее, когда громкоговоритель закреплен на акустическом экране — специальной доске из дерева или толстой фанеры, которую радиолюбители часто называют отражательной доской. Громкоговоритель, установленный на отражательной доске, работает не только громче, но и лучше воспроизводит все звуковые частоты, особенно низкие («басы»). Еще лучше и громче будет работать громкоговоритель, если его вместе с акустическим экраном («отражательной доской») установить в ящик.
Зная мощность Рзв, подводимую к громкоговорителю, и сопротивление его звуковой катушки Rзв, можно легко подсчитать ток в звуковой катушке Iзв и напряжение на ней Uзв (лист 128).
Вопрос о том, какой громкоговоритель применить в приемнике или усилителе и какую подвести к нему мощность, должен решаться в зависимости от требований, предъявляемых к данной установке. Так, например, головной телефон удовлетворительно работает при мощности менее 1 мвт (1 мвт = 0,001 вт).
Для карманного приемника с громкоговорителем можно ограничиться выходной мощностью 20–50 мвт. В небольшом помещении стационарный приемник звучит достаточно громко при выходной мощности 200 мет (0,2 вт). Простейшие промышленные приемники имеют выходную мощность 0,5–1 вт, а более дорогие — до 3–8 вт. В усилителях, предназначенных для озвучания больших помещений, например в установках звукового кино, выходная мощность может достигать нескольких сот ватт, а усилители низкой частоты на больших радиоузлах имеют мощность несколько киловатт (1 квт = 1000 вт).
Получение необходимой мощности — это лишь одно из требований к усилителю НЧ. Другое важнейшее требование можно коротко сформулировать так: усилитель должен работать без заметных искажений.
УСИЛИВАТЬ БЕЗ ИСКАЖЕНИЙ!
Вам, очевидно, приходилось слышать плохо налаженный приемник или усилитель, где воспроизводимая речь и особенно музыка сильно искажены: многие музыкальные инструменты звучат неестественно, а некоторые из них, например барабан, почти совсем не слышны. В таком усилителе периодически, особенно при больших уровнях громкости, вместе с музыкой слышатся неприятные хрипы и шорохи. Все эти искажения обычно возникают из-за плохой работы усилителя или повреждений в громкоговорителях. Правда, иногда сильные искажения могут возникать и на передающей стороне: в аппаратуре студий или на радиоперадатчиках.
Чаще всего нам приходится сталкиваться с двумя видами искажений: частотными и нелинейными.
Частотные искажения появляются тогда, когда усилитель по каким-нибудь причинам неодинаково усиливает или громкоговоритель неодинаково воспроизводит электрические колебания разных частот. Так, например, если перед микрофоном выступают два певца — бас и тенор, а усилитель НЧ приемника плохо усиливает низшие звуковые частоты, то в месте приема у слушателя создается впечатление, что певец-бас поет намного тише своего коллеги. Особенно заметны частотные искажения, когда воспроизводится музыка в исполнении оркестра.
В каждом усилителе имеются такие элементы, как трансформаторы, конденсаторы, катушки индуктивности, из-за которых и возникают частотные искажения. Это связано с тем, что сопротивление хL и хC, которое оказывают перечисленные элементы переменному току, зависит от частоты этого тока. Поэтому, когда сигнал проходит по тем цепям усилителя, где имеется индуктивность или емкость, может произойти ослабление низших частот, например из-за увеличения хC при уменьшении частоты, или высших частот, например из-за возрастания xL.
Можно избежать частотных искажений, если подобрать элементы усилителя с таким расчетом, чтобы он в одинаковое число раз усиливал электрические колебания всех звуковых частот от 30 гц до 10–15 кгц. Однако получить равномерное усиление в таком широком диапазоне частот довольно трудно, и поэтому в простых приемниках ограничиваются низшими частотами (50—150 гц) и высшими (6–7 кгц), что заметно упрощает схему и облегчает подбор деталей усилителя.
Для оценки частотных искажений обычно пользуются частотной характеристикой, которая показывает, какую величину имеет коэффициент усиления на различных частотах (рис. 84).
Рис. 84. Частотная характеристика усилителя показывает, как его коэффициент усиления зависит от частоты.
Коэффициент усиления k показывает отношение напряжения на выходе усилителя Uвыx к напряжению на входе Uвx, то есть фактически показывает, во сколько раз выходное напряжение больше входного.
Как правило, коэффициент усиления уменьшается на крайних — высших и низших — частотах. Сравнивая усиление на той или иной частоте с усилением на какой-нибудь средней частоте (обычно средней считают частоту 1000 гц), можно количественно оценить частотные искажения. Так, например, если сигнал с частотой 1000 гц усиливается в сто раз, а сигнал с частотой 50 гц — в пятьдесят раз, то на частоте 50 гц частотная характеристика «завалена» и коэффициент усиления снижается на этой частоте в два раза. Обычно завал или подъем частотной характеристики измеряют в децибелах (дб). На стр. 184 есть таблица, с помощью которой можно определить, какой подъем или завал частотной характеристики соответствует тому или иному числу децибел (лист 129).
Наряду с усилителем частотные искажения может вносить и громкоговоритель. Так, например, громкоговорители с малой площадью диффузора сильно заваливают низшие частоты, а большие громкоговорители плохо воспроизводят высшие частоты. Для того чтобы добиться равномерного воспроизведения широкой полосы частот, в приемниках высокого класса устанавливают несколько различных громкоговорителей.
Для полной оценки частотных искажений снимают частотную характеристику, измеряя не выходное напряжение Uвых, а звуковое давление, создаваемое громкоговорителем. Начинающим радиолюбителям подобные измерения проводить трудно, и поэтому им приходится оценивать работу приемника на слух.
Если внимательно прислушаться к передаче, особенно при воспроизведении музыки, то можно легко обнаружить завал низших частот (рис. 85, 87).
