Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы

При воспроизведении речи или сольного пения звук, идущий из одной точки, — естественное явление. Иногда даже кажется, что диктор или певец находится именно в том углу комнаты, где установлен громкоговоритель. А вот при воспроизведении музыки в исполнении ансамблей (оркестр, хор) трудно представить себе, что все музыканты и певцы сгрудились на небольшом пятачке сцены. В этом случае более естественным будет казаться объемный звук, не привязанный к той точке, где находится диффузор громкоговорителя.

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 z зв-1000 около 2 ом (для постоянного тока сопротивление катушки R зв = 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= I 2· 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.