тельным) либо выше головы слушателя. Чем больше этот разнос по высоте Н тем требуется меньшая величина направленного излучения громкоговорителя а вертикальной плоскости.

В случае использования вертикальной направленности для компенсацыи Ат , и ALx.v оба громкоговорителя должны быть идентичны. Оптимальная форма характеристики направленности каждого громкоговорителя в этом случае при значении Ял; 1,0 м показана на рис. 3.5 (с учетом допустимых отклоне-нии). Она должна удовлетворять следу, ющим требованиям: а) направленность излучения в вертикальной плоскости при угле от 15 до 60° желательно иметь около 12±4 дБ на частотах от 400-600 до 4000-5000 Гц; б) допускается сяи-жение направленности излучения в вертикальной плоскости на частотах 300-600 Гц и 3500-7000 Гц до 6-8 дБ; в) направленность излучения в горизонтальной плоскости прн угле ±45°, считая от акустической оси громкоговорителя, должна составлять не более 3 дБ вплоть до частот около 5000 Гц.

Заштрихованная область оптимальной характеристики направленности соответствует пределам ее изменения, указанным в п.а. Измерение характеристик направленности и получение перечисленных результатов должно обеспечиваться на полосах 1/3 октавного белого шума

-25 -20 -15 -10

5 дВ

Рис 3.5. Оптимальные характеристики направленности для вертикальной плоскости (направленность излучения в горизонтальной плоскости должна отсутствовать)

3.4. Общие сведения о синтезе направленного звена ДЛЯ акустических систем с расширенной зоной стереоэффекта

Выпускаемые отечественной промышленностью головки громко говорителей имеют недостаточную направленность излучения до частот око.ш 1000 Гц. Поэтому необходимы специальные фокусирующие устройства, в качестве которых чаще всего используют групповые излучатели, акустические линзы или их сочетания. Сложность создания таких устройств состоит в том, что они должны быть компактными, технологичными и обеспечивать постоянство требуемой формы характеристики направленности в широком диапазоне частот от 300-400 до 5000-7000 Гц. При этом особенно жесткие требования долж ны быть предъявлены к диапазону частот 600-3000 Гц. Не следует забывать что значительное изменение формы характеристики направленности громкогово рителей с частотой может вызвать не только перемещение, но и разрыв отдельных КИЗ, составляющих стереопанораму.

Линейные групповые излучатели. Чаще всего при разработке акустических систем с расширенной зоной стереоэффекта для создания фокусирующего звена с требуемой характеристикой направленности применяют наиболее прос тую их разновидность - угияейяыг групповые излучатели (ЛГИ), Линейные групповые излучатели представляют собой совокупность головок, центры изл)-чения которых лежат на одной прямой. Если допустить, что каждая такая го ловка является точечным излучателем и на расстоянии 1 м развивает одинако вое звуковое давление, а вся группа состоит из л излучателей, расположенньп с постоянным шагом do, то для полосы белого шума направленность ЛГИ мо жет быть рассчитана как

(3.4)

knAF-

- cos

- sintj)

(3.5)

здесь t) - угол, отсчитываемый от нормали к линии, соединяющей излучатели; д -полоса воспроизводимых частот; йо -средняя круговая частота этой полосы; с -скорость звука; ft - порядковый номер излучателя в ЛГИ [11].

На тех частотах (>600 Гц), где направленностью среднечастотной головки До(Ф), входящей в состав ЛГИ, уже пренебрегать нельзя, общая направленность всей конструкции может быть рассчитана как

(3.6)

Анализ выражения (3.4), выполненный с помощью ЭВМ Минск 22 показал, что: а) обострение характеристики направленности ЛГИ (при питании излучателей 1/3 и 1/2 октавными полосами щума) происходит с повыщением средней частоты Fa до тех пор, пока выполняется условие с(о<:Яв, где Хв - длина волны, соответствующая верхней граничной частоте полосы щума; б) при дальнейщем повыщении средней частоты fo щумового сигнала монотонность зависимостей Дгр(Ч)) теряется: в диапазоне рабочих углов (t)<:60°) при йо>Хв появляется глубокий провал и второй максимум характеристики направленности, мало отличающийся от основного; в) с еще большим повышением частоты fo излучение ЛГИ практически становится ненаправленным, в этой области с(оЗ>Хв. Эти результаты убедительно свидетельствуют, что о синтезе требуемой формы характеристики направленности акустической системы с расширенной зоной стереоэффекта можно говорить лишь при ds,<X. Поэтому чем меньше диаметр головки громкоговорителя, используемого для ЛГИ, тем выше может быть выбрана граничная частота. Эта частота F может быть найдена из условия

F=clK = clda.

(3.7)

В качестве примера в табл. 3.3 приведены предельные с этой точки зрения частоты для ряда наиболее распространенных среднечастотных громкоговорителей.

ТАБЛИЦА 33

Предельные частоты ЛГИ, выполненных с использованием электродинамических головок

Как показывают выполненные расчеты, фактический размер ЛГИ L (а следовательно, н число требуемых головок) может быть уменьшен в 2 раза при его расположении вплотную к жесткой отражающей поверхности (к полу или потолку - при создании направленного излучения в вертикальной плоскости и к стене помещения - при создании требуемой направленности в горизонтальной плоскости). Если допустить, что отражающая поверхность являет-

3-189 65

ся идеально жесткой, т. е. не изменяющей фазы звуковой волны при отражении, то выражения (3 4) и (3.5) могут быть преобразованы к виду

(3.8)

где /1,=- (1+Р); А,=

, а Ak={n/2-k){\+P)+k?,

при fe< /2, /5fe=(n -й)Р прн fe>n/2. (3.9)

Здесь р - коэффициент отражения звуковой волны.

Расчеты, выполненные для 1/3 октавных полос шума со средними частотами от 280 до 2800 Гц, показывают, что изменение коэффициента отражения р от 1 до 0,65 практически не влияет на форму характеристики направленности ЛГИ.

Анализ расчетных данных показывает также, что:

1. Если для расширения зоны стереоэффекта используется направленное излучение звука в горизонтальной плоскости, то для получения требуемого изменения направленности 6-8 дБ в угле 60°, считая от акустической оси, необходимо иметь линейный размер фактически действующей группы L = 0,6 м. Прн этом размер ЛГИ, установленного вплотную к стене, будет равен L = = L/2 = 0,3 м.

2. При использовании вертикальной направленности, где ее изменение в пределах угла от 15 до 60° должно составлять 12 дБ, размер L должен быть на частоте fH = 300 Гц уже 1,2 м, а при установке такого излучателя на полу жилой комнаты он может быть уменьшен до 0,6 м, что вполне допустимо.

3. Значение do определяет верхнюю рабочую частоту ЛГИ и находится при известном диаметре головок (головки следует располагать возможно ближе друг к другу) из (3.7), а требуемое количество головок рассчитывается как

n = L7do-fO,5 или n=L/do+l.

(3.10)

При достаточно большом диаметре головок их можно располагать в два ряда и зигзагообразно со сдвигом каждого ряда относительно другого на do/2. Этим можно уменьшить по высоте расстояния между соседними головками и тем самым повысить f в в 2 раза. Однако при этом возрастает направленность излучения в горизонтальной плоскости, что нежелательно.

4. Значение п(п) определяет уровень боковых лепестков, который не должен превышать -15 дБ по отношению к главному, принятому за О дБ. Это условие выполняется, если n>4-r-5.

Обеспечив путем выбора L требуемую (оптимальную) направленность ЛГИ на fH = 300-400 Гц и верхнюю граничную частоту F, где характеристика направленности еще монотонна в рабочем диапазоне углов (выбором do), следует принять специальные меры к стабилизации формы характеристики направленности, в противном случае будет происходить резкое ее обострение с повышением частоты. Существующие методы стабилизации формы характеристики направленности группового излучателя с повышением частоты будут изложены в следующем параграфе.

В заключение приведем необходимые сведения о конструктивных размерах такого ЛГИ, обеспечивающего постоянство формы характеристики направленности с повышением частоты. Это достигается уменьшением числа работающих головок я, причем способ их отключения с помощью фильтров здесь не приводится. Линейный групповой излучатель, параметры которого приведены в табл. 3 4, обеспечивает оптимальную направленность в горизонтальной плоскости. Не следует забывать, что его размеры могут быть уменьшены вдвое при установке излучателя вплотную к стене.

Пластинчатые акустические линзы. Для создания направленного излучения можно использовать конструкцию, состоящую из ЛГИ и пластинчатой акустической линзы (рис. 3.6а и б, вид сверху на левый громкоговоритель). Общая