Текст книги "Посвящение в радиоэлектронику"

Автор книги: Владимир Поляков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 17 (всего у книги 26 страниц)

Магнитный поток головки.

А зависят ли магнитные свойства ферромагнетика от величины приложенного магнитного поля? Оказывается, зависят, и очень сильно. Эту зависимость лучше всего изобразить – графически. Отметим по горизонтали напряженность внешнего магнитного поля Н. Она пропорциональна силе тока в катушке. А по вертикали отложим магнитную индукцию в магнитопроводе В. На начальном участке кривой при малом токе в катушке индукция возрастает не очень быстро. Домены поворачиваются в направлении поля как бы нехотя. Затем магнитная индукция возрастает быстрее. В этой части кривая намагничивания идет круто вверх. Наконец, все домены поворачиваются по полю и индукция перестает расти. Кривая намагничивания теперь идет почти горизонтально, и магнитная проницаемость резко падает. Это явление называется насыщением, а предельная величина индукции в магнитопроводе – индукцией насыщения В_НАС. То, что у нас получилось, называется основной кривой намагничивания.

Магнитное поле кругового тока.

Еще более интересные явления произойдут, если мы доведем ферромагнетик до насыщения и будем уменьшать внешнее поле. В этом случае разные ферромагнетики ведут себя по-разному. У магнитомягких материалов, к которым относится, например, железо, индукция будет уменьшаться и исчезнет вместе с внешним полем. Из магнитомягких материалов делают сердечники электромагнитов, используемых, например в реле. Пока в обмотке течет ток, магнитопровод намагничен и притягивает магнитные предметы. Но стоит ток выключить, как все магнитные свойства сердечника исчезают, и он остается таким же простым куском железа, каким и был раньше. Иначе обстоят дела у магнитотвердых материалов. Ток в катушке можно уменьшить до нуля, но намагниченность магнитопровода не исчезает! Он продолжает притягивать ферромагнитные предметы. Собственно, именно так и изготавливают постоянные магниты в форме подковы, бруска или магнитной стрелки компаса.

Круговые токи в атомах приводят к намагничиванию тела, как целого.

Магнитное поле катушки.

На нашей кривой линия раздваивается: при увеличении напряженности магнитного поля мы движемся по уже знакомой кривой намагничивания, а при уменьшении – по другой кривой, проходящей заметно выше. И когда ток в катушке, а следовательно, и Н обращаются в нуль, индукция магнитопровода не исчезает, а остается равной некоторой величине В_ост, которая так и называется – остаточная индукция. Чтобы размагнитить сердечник, надо пустить ток противоположного направления. Напряженность поля, при которой индукция В обратится в нуль, называется коэрцитивной силой Н_с. Чем больше коэрцитивная сила, тем труднее размагнитить данный ферромагнетик.

Кривая намагничивания.

Если еще увеличить в катушке ток противоположного направления, мы снова намагнитим магнитопровод, но его полюсы поменяются местами. Опять можно прийти к индукции насыщения В_нас, уменьшив ток до нуля, – к остаточной индукции В_ост, и т. д. Периодически перемагничивая магнитопровод, мы получаем некоторую замкнутую кривую, называемую петлей гистерезиса. Чем больше площадь петли, тем большую работу надо затратить на перемагничивание ферромагнетика.

Петля гистерезиса.

Доменная теория легко объясняет все описанные явления. Первоначально домены – элементарные магнитики вещества – расположены хаотично. Внешнее поле ориентирует их, и уже повернувшиеся домены помогают своим полем и остальным повернуться в том же направлении. Этим объясняется возрастание крутизны кривой намагничивания при умеренных полях. При насыщении все домéны повернулись по направлению поля и индукция возрастать более не может. Ну а когда внешнее поле исчезает, домены магнитотвердого ферромагнетика сохраняют свою ориентацию, создавая остаточную индукцию.

Теперь становится ясно, какой материал нужен для рабочего ферромагнитного слоя магнитной ленты. Магнитомягкий материал не подходит: запись на нем исчезает сразу, как только данный участок ленты пройдет мимо головки. Нужен магнитотвердый материал с большой остаточной индукцией. Чем она больше, тем большим может быть уровень записи.

Для стирания записи используют высокочастотный способ размагничивания ленты. В стирающую головку подается переменный ток высокой частоты 40… 100 кГц. Каждый участок ленты, проходя мимо зазора головки, несколько раз перемагничивается от насыщения до насыщения. Но затем, по мере удаления этого участка от зазора, перемагничивание будет происходить все в меньших пределах. На графике это можно изобразить спиралью сложной формы, состоящей из ряда все уменьшающихся петель гистерезиса. Для хорошего стирания необходимо, чтобы за время прохождения зазора головки пленка перемагнитилась много раз (не менее 100… 200). В результате остаточная индукция ленты станет равной нулю.

Запись с высокочастотным подмагничиванием.

Запись с подмагничиванием постоянным током.

Стереть запись с магнитной ленты можно и не перематывая ее лентопротяжным механизмом. Для этого достаточно поместить ленту (на катушке или в кассете) в сильное магнитное поле. Поэтому остерегайтесь оставлять кассету рядом с источниками постоянных или переменных магнитных полей: трансформаторами, магнитами, стабилизаторами напряжения, двигателями.

Теперь мы подошли к обсуждению самых главных процессов в магнитной записи – процессов собственно записи и воспроизведения. Казалось бы, чего проще – подать ток звуковой частоты в обмотку головки и получить запись. Запись, конечно, получится, но качество ее будет очень низким. Чтобы понять, в чем здесь дело, достаточно посмотреть на основную кривую намагничивания материала пленки.

Она показана для намагничивания в обоих направлениях. Поскольку начальный участок кривой пологий, намагничивание пленки при слабых сигналах происходит плохо. Если на головку подается синусоидальный звуковой сигнал, то остаточная индукция пленки оказывается далеко не синусоидальной. Исправить положение можно, подав в головку постоянный ток подмагничивания и сместив начальную точку на крутой и более или менее линейный участок кривой. Но это плохой выход, так как динамический диапазон записи получается небольшим, а в паузах записи возникает шум намагниченной пленки. Поэтому во всех современных магнитофонах применяют подмагничивание высокочастотным током, обычно той же частоты, которая используется и для стирания старой записи.

При высокочастотном подмагничивании в обмотку головки подаются сразу два сигнала: один звуковой частоты и переменной амплитуды, а другой – высокочастотный и постоянной амплитуды. Высокочастотное магнитное поле как бы раскачивает домены ферромагнетика, разрушая жесткие связи между ними и облегчая намагничивание пленки. Очень важен правильный выбор тока подмагничивания – высокочастотные колебания должны выводить наложенные на них звуковые на середину крутого участка кривой намагничивания.

Поскольку высокочастотные колебания успевают перемагнитить пленку несколько раз, пока она проходит мимо зазора головки, в записи этих колебаний практически не остается. К тому же их частота лежит в неслышимой ультразвуковой области и не пропускается усилителем воспроизведения.

Итак, пленка намагничена в соответствии с записываемым звуковым сигналом. Теперь надо воспроизвести запись. В профессиональных магнитофонах для воспроизведения используют отдельную головку, такую же по конструкции, как и записывающая головка, но с большим числом витков в обмотке. Кроме того, в записывающей головке делают еще один, задний зазор магнитопровода. Он непосредственно не участвует в процессе записи, но предотвращает насыщение и остаточное намагничивание магнитопровода головки. В бытовых магнитофонах предпочитают обходиться одной универсальной головкой и для записи, и для воспроизведения. Когда намагниченная пленка с записью протягивается мимо зазора воспроизводящей головки, часть магнитного потока ответвляется в ее магнитопровод. Магнитный поток изменяется в такт с записанными звуковыми колебаниями, а поэтому в обмотке головки возникает ЭДС индукции. По закону электромагнитной индукции Фарадея ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Поэтому чем быстрее протягивается пленка и чем выше частота записанных колебаний, тем больше ЭДС индукции.

Запись на магнитной ленте.

Магнитный поток ленты и воспроизводящей головки.

Действительно, при равномерно намагниченной ленте магнитный поток в воспроизводящей головке не изменяется при движении ленты и ЭДС на ее выводах равняется нулю. Это соответствует нулевой частоте записанного сигнала. По мере повышения частоты записанного сигнала длина волны записи укорачивается и направление магнитного потока в головке все чаще изменяется на обратное, а следовательно, возрастает и скорость изменения потока, а с ним – и ЭДС на выводах головки.

Если бы зазор головки был бесконечно узким, мы получили бы линейную зависимость ЭДС индукции на выводах головки U_воспр от частоты записанных колебаний. Но зазор нельзя сделать бесконечно узким. Во-первых, из механических соображений. В зазор между полюсами головки надо положить прокладку из твердого немагнитного материала, стачивающегося лентой примерно с той же скоростью, что и материал полюсных наконечников. Иначе зазор забьется ферромагнитной пылью от рабочего слоя ленты и головка вообще перестанет работать. Обычно для прокладки используют фосфористую бронзу, фольгу из которой трудно сделать тоньше нескольких микрометров. Впрочем, в последние годы разработаны головки с магнитопроводом из феррита. Зазором в них служит тонкий слой стекла. Эти материалы почти не подвержены абразивному действию магнитной ленты, поэтому стеклоферритовая головка служит гораздо дольше обычной. Во-вторых, при слишком узком зазоре уменьшится магнитный поток, ответвляющийся в магнитопровод, и уменьшится отдача головки. Следовательно, зазор имеет конечную толщину – несколько микрометров. Но как только при повышении частоты записанных колебаний на ширине зазора уложится более полуволны этих колебаний, ЭДС головки перестанет расти. А как только на ширине зазора уложится целая волна, т. е. один период колебаний, ЭДС головки упадет до нуля. Есть, правда, еще несколько максимумов отдачи головки, когда на длине зазора укладывается 3, 5, 7… или большее нечетное число полуволн записанного сигнала. Но практической пользы от этих максимумов нет, поскольку получить воспроизведение с приемлемым качеством при такой изрезанной, с нулями и максимумами, частотной характеристике просто нельзя.

Амплитудно-частотная характеристика головки с бесконечно узким зазором.

Изменение магнитного потока головки при увеличении ширины ее зазора.

Итак, мы имеем частотную характеристику воспроизведения сигналов с магнитной ленты. Как видим, она очень неравномерна. Со стороны низких частот диапазон ограничен линейным спадом (на низких частотах длина волны на ленте велика, поэтому скорость изменения магнитного потока в головке и ее ЭДС получаются малыми), а со стороны высоких частот – спадом, обусловленным конечной шириной зазора головки. Как часто случается в радиотехнике, приходится выбирать некоторый оптимум и так подбирать параметры ленты, толщину зазора и скорость протяжки, чтобы получать приемлемый частотный диапазон. Собственно, последние 20 лет в магнитной записи и решались преимущественно эти проблемы. Результаты достигнуты неплохие. Например, при скорости ленты 4,75 см/с на портативном кассетном магнитофоне хорошего качества удается записать диапазон звуковых частот 40 Гц… 12,5 кГц.

Разумеется, это невозможно было бы сделать без коррекции частотной характеристики усилителей как при записи, так и при воспроизведении. При записи в усилителе искусственно поднимают верхние звуковые частоты и тем самым компенсируют эффект саморазмагничивания ленты и частично – влияние конечной ширины зазора. При воспроизведении характеристику усилителя корректируют еще больше. Во-первых, поднимают нижние частоты, чтобы скомпенсировать падение ЭДС головки на этих частотах. Во-вторых, снова поднимают верхние частоты, чтобы скомпенсировать влияние ширины зазора головки. В результате стольких усилий получают примерно равномерную частотную характеристику сквозного канала – от входа усилителя при записи до выхода усилителя при воспроизведении.

Вид амплитудно-частотной характеристики головки при разной скорости движения носителя.

Амплитудно-частотная характеристика каналов записи и воспроизведения.

Но частотный диапазон канала записи-воспроизведения еще далеко не полностью определяет качественные показатели магнитофона. Нелинейные искажения (соответствие формы воспроизводимого сигнала форме записываемого) – еще один важный фактор. Сейчас научились делать очень хорошие электрические усилители – они вносят нелинейные искажения менее сотых долей процента. Остаются искажения сигнала от пленки. Их с очень большим трудом удается снизить до десятых долей процента. Здесь играет роль и качество ферромагнитного материала головок и правильный выбор частоты и амплитуды тока подмагничивания. Еще один важный параметр – отношение сигнал-шум. Шум, прослушиваемый в паузах записи, складывается из двух компонент: собственного шума очень чувствительного усилителя воспроизведения и шума размагниченной ленты.

Для снижения первой компоненты применяют специальные малошумящие транзисторы и тщательно согласовывают входные цепи усилителя с магнитной головкой, чтобы получить максимальную отдачу сигнала в усилитель. У хорошего магнитофона практически весь шум в паузах определяется шумом ленты.

Если вы хотите проверить свой магнитофон, поставьте кассету, на которой запись начинается не с самого начала ленты, прибавьте громкость и послушайте. Пока мимо головки движется ракорда, вы будете слышать только шум усилителя. Когда мимо головки будет протягиваться размагниченная лента, шум возрастет. Затем шум еще повысится – это начало записи. Добавится шум усилителя записи, микрофона или другого аппарата, с которого производилась запись. И наконец, появится звук записанной программы. Отношение сигнал-шум обычно определяют в децибелах по формуле

где U_{с макс}– максимальное напряжение воспроизводимого сигнала; U_ш – напряжение шума при протягивании размагниченной ленты.

Оба напряжения измеряют на выходах усилителя воспроизведения при одном и том же положении ручек регулятора громкости и тембра. У хороших бытовых магнитофонов отношения сигнал-шум достигает 50…60 дБ. У студийных магнитофонов оно выше. Для субъективной оценки заметим, что разность в 50 дБ это разность между сигналом, который «слышен довольно громко», и сигналом, который «почти не слышен».

Наконец, нельзя не упомянуть еще о нескольких параметрах магнитофона, целиком определяемых качеством лентопротяжного механизма. Сюда относятся стабильность скорости движения ленты, дополнительный шум и «рокот», создаваемые двигателем и другими вращающимися деталями. Эти помехи могут попадать в тракт воспроизведения как электрическим путем (электрические и магнитные наводки), так и чисто механическим. Последний, наверно, нуждается в разъяснении. Легонько стукните по воспроизводящей головке магнитофона, включенного в режим воспроизведения, каким-либо предметом. В громкоговорителе возникнет звук – это так называемый микрофонный эффект. Малейшие колебания витков обмотки, да и самой головки в магнитном поле, деталей механизма, имеющих остаточную намагниченность, приводят к возникновению ЭДС индукции, оказывающейся в данном случае помехой.

Кроме правильного проектирования (оно уже определено заводской конструкцией) важно размагнитить все детали лентопротяжного механизма и сердечники головок. Как это сделать, описано в специальной литературе по магнитофонам. Секретов тут нет. Достаточно взять катушку с железным сердечником, пропустить через нее достаточно большой ток от сети, медленно поднести катушку к лентопротяжному механизму, «поводить» над ним катушкой и также медленно отнести в сторону. Процессы, которые при этом произойдут, совершенно аналогичны процессам стирания записи с магнитной ленты высокочастотным полем.

О лентопротяжном механизме магнитофона можно рассказывать много, но, поскольку этот вопрос относится, скорее, к области механики, нежели радиоэлектроники, мы ограничимся лишь кратким описанием. Лента приводится в движение ведущим валом с обрезиненным прижимным роликом. Приемная катушка, или бобышка, в кассете подматывает ленту, создавая некоторое натяжение ее на выходе ведущего вала. Поскольку диаметр рулона ленты изменяется, подмотку осуществляют через фрикцион. Прижимается лента к головкам теперь чаще всего не за счет натяжения ленты, а примитивной фетровой подушечкой на плоской пружинке. Хорошую стабильность скорости ленты и малые детонации обеспечивает маховик, насаженный на ведущий вал. Такая конструкция лентопротяжного механизма выработалась за годы и годы экспериментов в области магнитной записи и пока представляется наилучшим решением.

Но неужели оно последнее в области техники магнитной записи? Наверное, нет. Совсем недавно появились крошечные микрокассеты, открыв дорогу производству карманных магнитофонов и магнитол. С микрокассетой удалось встроить магнитофон даже в рукоятку телефонной трубки! В то же время выпускаются и кассеты сравнительно больших размеров с широкой лентой. Это видеокассеты для видеомагнитофонов – одного из последних достижений техники магнитной записи.

Бытовые радиокомплексы и электроакустика

Если у вас нет видеомагнитофона, то прочей радиоаппаратуры обычно набирается немало. Это – радиоприемник, телевизор, проигрыватель и магнитофон. Среди них только телевизор стоит несколько особняком, а все остальные устройства имеют одинаковые выходы – усилители и громкоговорители. Напрашивается мысль о радиокомлексе. Ведь действительно нет никакого смысла иметь отдельные выходные устройства для каждого из приборов. За ту же стоимость можно получить единый усилитель с акустическими колонками значительно более высокого класса. Так и поступают.

Основу радиокомплекса составляют усилитель со многими переключаемыми входами и громкоговорители. Иногда универсальный усилитель сокращенно называют УКУ-усилительно-коммутационное устройство.

Радиокомплекс легко наращивать. Приобретя сначала усилитель с колонками, вы можете подключить его, например, к трансляционной радиосети. Но такое решение вряд ли доставит удовольствие. Зато, если усилитель достаточно высокого качества, вы усвоите одну очень простую истину: весь радиокомплекс работает не лучше, чем самый плохой его элемент. Послушав работу усилителя, Вы снова подключите к трансляционной сети «динамик», висящий на кухне, и поедете присматривать проигрыватель или магнитофон.

Выбор значительно облегчается благодаря разделению аппаратуры на классы. Проигрыватель второго класса «Аккорд» – нет никакого смысла подключать к усилителю высшего класса «Радиотехника 001». И наоборот, если у вас уже есть усилитель и колонки относительно невысокого класса, бесполезно приобретать дорогой и высококачественный проигрыватель. Часто радиоаппаратура выпускается подобранной в комплексы различного класса.

Мы уже обсудили возможности улучшения качества проигрывателей и магнитофонов. Пора перейти к оконечным устройствам радиокомплекса. Прежде всего надо заметить, что электроника в вопросах повышения качества продвинулась гораздо дальше смежных областей техники. Действительно, качественные показатели проигрывателей и магнитофонов определяются главным образом их механической частью, качеством грампластинки или ленты. Предварительные усилители электрических сигналов, вмонтированные в эти устройства, практически не вносят искажений. То же относится и к оконечным усилителям. Современные усилители мощностью несколько десятков ватт вносят нелинейные искажения в сотые доли процента и имеют практически равномерную частотную характеристику в диапазоне звуковых частот 20 Гц… 20 кГц, т. е. практически во всем диапазоне частот, слышимых человеческим ухом. Все чаще подобные усилители оформляются в виде одной интегральной микросхемы и кроме обычных выводов оснащаются крепежным винтом или металлической пластиной для крепления на радиаторе с целью отвода тепла от мощных оконечных транзисторов микросхемы.

Электрическая схема устройства получается предельно простой: два интегральных усилителя для двух стереоканалов да несколько навесных деталей – вот и все.

К сожалению, такими же успехами пока не может похвастаться электроакустика. И это не случайно. Спроектировать хорошую акустическую систему – очень сложная задача, связанная со многими чисто физическими ограничениями. Главной проблемой обычно является воспроизведение наинизших частот звукового спектра. На этих частотах громкоговоритель должен излучать довольно длинные звуковые волны. Длину звуковой волны можно рассчитать по обычной формуле λ = v/f, где v – скорость звука в воздухе, равная 330 м/с, а f – частота звуковых колебаний. Если на частоте 300 Гц длина звуковой волны чуть больше метра, то на частоте 30 Гц она составляет уже 11 м! Чем же это плохо? А вот чем. Устройство обычной динамической головки громкоговорителя вы наверняка знаете. Имеется звуковая катушка, скрепленная с диффузором и помещенная в поле сильного постоянного магнита. Когда по катушке проходит ток звуковой частоты, возникает сила Ампера, заставляющая двигаться катушку и диффузор. Двигаясь вперед, диффузор создает волну сжатия. По в то же самое время на задней стороне диффузора возникает волна разрежения, и если скорость движения диффузора невелика, то воздух просто перетекает от передней стороны диффузора к – задней, не создавая звуковой волны в окружающем пространстве.

Устройство и внешнее оформление динамической головки громкоговорителя:

_{1 – магнит; 2 – звуковая катушка; 3 – керн; 4 – центрирующая шайба; 5 – диффузор; 6 – диффузодержатель; 7 – отражательная доска}

Самый простой способ улучшить воспроизведение низших частот – поместить головку на акустический экран больших размеров, раньше такой экран называли «отражательной доской», подчеркивая этим тот факт, что экран, да и весь корпус громкоговорителя изготавливали из деревянных досок. Сейчас для этой цели чаще используют древесно-стружечные плиты. Экран эффективно действует до тех пор, пока расстояние от передней стороны диффузора до задней, измеренное в обход края экрана, будет больше половины длины звуковой волны. Итак, для воспроизведения частоты 30 Гц нужен экран со стороной 5,5 м!

Как же быть? Неприемлемый из бытовых соображений, но вполне разумный с физической точки зрения выход заключается в следующем: вы сверлите круглую дыру в стене, разделяющей две комнаты и вставляете в нее динамическую головку. Стена служит акустическим экраном. А вот решение, предложенное одним американским радиолюбителем; я видел этот рисунок в старом журнале. Автор приглашает в гости (наверное, на прослушивание) приятеля и обещает: «Боб, ты не слышал Hi-Fi, пока не слышал моего!».

Кстати, тут следовало бы объяснить этот, получивший широкое распространение термин «Hi-Fi»(начальные буквы английских слов high fidelity – высокое качество, высокая верность воспроизведения звука).

«Возможный» вариант акустической системы.

Но, оставив полушутливые решения, как же все-таки добиться воспроизведения низших частот из корпуса громкоговорителя, ограниченного по размерам? Сначала шли на компромисс и корпус делали побольше, а те низкие частоты, которые все-таки воспроизводились плохо, как говорят, «заваливались» громкоговорителем, искусственно «поднимали» в усилителе звуковой частоты. Так удавалось понизить диапазон воспроизводимых частот до 100 и даже 60 Гц. Более радикальное решение проблемы пришло в 60-х годах. А что если вообще устранить излучение задней стороны диффузора? Тогда не будет и акустического «короткого замыкания» на низших частотах. Сделали закрытый ящик и набили его звукопоглощающим материалом (хотя бы ватой). Результаты получились хорошие. Несмотря на то что КПД громкоговорителя упал вдвое, диапазон воспроизводимых частот расширился. Теперь практически все акустические системы делают закрытыми. Иногда, правда, вводят еще трубку так называемого фазоинвертора. Длину ее подбирают так, чтобы объем воздуха в ящике и трубке резонировал на самой низшей частоте звукового диапазона. Тогда колебания воздуха на передней стороне и диффузора головки, и трубки получаются синфазными и складываются в излучаемой звуковой волне.

Закрытая акустическая система и ее амплитудно-частотная характеристика (________ – без звукопоглощающего материала; ―――― – со звукопоглотителем в корпусе).

Фазоинвертор и его амплитудно-частотная характеристика.

Специально для закрытых акустических систем были разработаны головки с очень мягким подвесом диффузора. Без закрытого корпуса такую головку вообще нельзя включать – ход диффузора при номинальной мощности получится чрезмерно большим, что приведет к ее поломке. Но когда головка установлена в закрытом корпусе, упругость замкнутого объема воздуха удерживает диффузор и не даст ему перемещаться с большой амплитудой. Но здесь возникает новое явление (уже знакомое нам) – явление резонанса.

Диффузор, опираясь на замкнутый объем воздуха, ведет себя подобно грузику на пружинке: он может совершать затухающие колебания. Так же как и маятник, он обладает некоторой резонансной частотой и добротностью. Чем выше добротность колебательной системы, тем сильнее она подчеркивает частоты, совпадающие с резонансными или близкие к ним. У ящика небольших размеров резонансная частота попадает в область 100…200 Гц. На этих частотах появляется пик частотной характеристики громкоговорителя и звучание приобретает неприятный, «бубнящий» оттенок. Поэтому конструкторы акустических систем стремятся понизить резонансную частоту, сместив ее в ту область, где отдача громкоговорителя падает, в область десятков герц. Это можно сделать несколькими способами: увеличить объем корпуса, максимально уменьшить упругость подвеса диффузора, установить настроенную на частоту резонанса трубу фазоинвертора. Сделать резонансный пик менее острым и высоким можно, уменьшив добротность системы. Здесь помогает заполнение объема ящика звукопоглощающим материалом. Комплекс перечисленных мер позволяет создавать акустические системы с приемлемыми размерами и неплохими параметрами.

К другим факторам, определяющим качество звучания акустической системы, относятся нелинейные искажения и так называемые интермодуляционные искажения. И те и другие зависят главным образом от конструкции головок. Если в звуковую катушку полается синусоидальный ток, то это еще не значит, что излучаемое звуковое колебание будет синусоидальным. Чем жестче подвес диффузора, чем неоднороднее магнитное поле в зазоре магнитной системы, тем больше нелинейные искажения, вносимые головкой. Интермодуляционные искажения возникают тогда, когда в звуковой катушке текут одновременно токи нескольких звуковых частот. Представьте, например, такую ситуацию. Громкоговоритель воспроизводит одновременно низкий звук барабана и высокий звук скрипки. В момент, когда низкочастотное колебание проходит через нуль, звуковая катушка находится в нормальном положении и без искажений воспроизводит высокий тон. Но когда низкочастотное колебание проходит через максимум, звуковая катушка выдвигается из магнитного зазора, подвес диффузора напряжен и высокий тон воспроизводится уже совсем по-другому, с большими искажениями и меньшей громкостью. Таким образом, низкочастотные колебания диффузора как бы модулируют высокочастотные. Это и есть интермодуляционные искажения.

Создать головку, хорошо работающую во всем широком диапазоне звуковых частот, – очень сложная задача. Да и требования к подвижной системе головки при воспроизведении различных частот будут совершенно разными. На низких частотах диффузор должен двигаться как поршень и иметь большую площадь и мягкую подвеску. На высоких частотах, как показали исследования, вся площадь диффузора не участвует в колебательном движении, а работает только его центральная часть. Ведь длина высокочастотной волны очень мала на частоте 12 кГц она не достигает и 3 см и поэтому просто не успевает пройти по всему радиусу диффузора.

Для улучшения воспроизведения верхних частот центральную часть диффузора делают жесткой, пропитывая ее лаком, или вклеивая дополнительный жесткий маленький диффузор, или, что еще лучше, прикрепляя легкую и достаточно жесткую металлическую полусферу (купол). Головки с купольным диффузором хороши еще и тем, что имеют широкую диаграмму направленности на высоких частотах, что благоприятно сказывается на качестве звучания. Но самое лучшее решение, которому и следуют в конструкциях высококачественных акустических систем, – это использовать для воспроизведения различных частотных участков звукового диапазона разные головки.

Простейшая двухполосная акустическая система содержит две головки: одну для воспроизведения низких и средних частот, а другую – высоких. Низкочастотная головка имеет большой диффузор и мягкую подвеску, а высокочастотная – маленький жесткий купол вместо диффузора. Еще совершеннее трехполосные акустические системы, где отдельные громкоговорители воспроизводят низкие, средние и высокие звуковые частоты. Благодаря значительному снижению интермодуляционных искажений (ведь сигналы с разными частотами подаются на разные головки) звук их отличается особой чистотой и «прозрачностью».

Но многополосная система не оправдывает надежд, если электрический звуковой сигнал перед подачей его на головки не разделять фильтрами. Весь диапазон звуковых частот делят фильтрами на три частотных поддиапазона, например: 40…400 Гц (выделяется фильтром нижних частот), 400…5000 Гц (фильтром средних частот) и 5000… 20000 Гц (фильтром верхних частот). Фильтры содержат катушки индуктивности и конденсаторы, причем для уменьшения искажений в катушках даже избегают применять ферромагнитные магнитопроводы. Важен вопрос и согласования фильтров по их фазовым характеристикам. Ведь надо, чтобы сигналы подавались на головки в одной и той же фазе, иначе головки будут звучать «в разнобой», что опять-таки приведет к искажению звука.

Кажется, я достаточно напугал вас, читатель, сложностью проблем, стоящих перед создателями электроакустической аппаратуры. А может быть, вы сами займетесь ее конструированием? Я до сих пор не могу забыть впечатления, которое произвел на меня обычный четырехваттный динамик, когда я закрыл им отверстие старого полиэтиленового ведра, а внутрь ведра затолкал еще обрезки поролона и старую зимнюю шапку (для звукопоглощения). Смею вас заверить, этот динамик никогда раньше, ни в каком акустическом оформлении так хорошо не звучал. К сожалению, он не звучал так и потом, когда, окрыленный успехом, я изготовил вполне приличный ящик, который можно было поставить в комнате. Вмонтировал туда динамик, и. очень пожалел, что шапка и ведро были уже выброшены. Оставалось констатировать, что в электроакустике еще много неясных, а порой и вообще необъяснимых феноменов. А теперь…