Замечено, что громкоговорители с почти аналогичными техническими характеристиками звучат далеко не одинаково. Связано это с тем, что общепринятые параметры АС (частотная характеристика, коэффициенты нелинейных и интермодуляционных искажений, мощность, направленность излучения) не дают полного представления о фактическом ее звучании.

Важнейшим показателем, определяющим качество звучания громкоговорителя, является его поведение при переходе подвижной системы из состояния покоя к состоянию воспроизведения сигнала и наоборот, что зависит от переходных характеристик, входящих в громкоговоритель головок, и его сквозной фазочастотной характеристики (ФЧХ). И хотя влияние последней на качество звуковоспроизведения в настоящее время оценивается неоднозначно, замечено, что при испытаниях АС с близкими техническими характеристиками эксперты-музыканты отдают предпочтение АС с хорошими фазовыми характеристиками и с малым временем перехода из спокойного состояния в рабочее и наоборот.

Причем особенно важно сохранить имеющиеся фазовые и временные сдвиги между сигналами стереофонических каналов. Рядом исследований [1, 2] установлено, что существенно влияют на качество стереовоспроизведения фазовые сдвиги в диапазоне 100...1600 Гц. Неравномерность временных частотных характеристик (ВЧХ) стереоканалов в этом диапазоне не должна превышать 200 мкс. При неравномерности менее 30 мкс фазовые искажения незаметны. Последняя цифра характеризует разрешающую способность органов слуха в определении положения кажущегося источника звука в пространстве.

Идеальная ВЧХ излучения АС представляет собой прямую горизонтальную линию, а соответствующая ей ФЧХ - прямую наклонную линию. Угол наклона ФЧХ, характеризующий величину задержки сигнала в системе, может быть любым, и при этом в воспроизведенном звуковом сигнале сохранятся такие же фазовые соотношения, какими они были в исходном электрическом сигнале.

Фазовая характеристика однополосного громкоговорителя в диапазоне частот выше 150 Гц определяется параметрами установленной в нем головки, а многополосного зависит еще и от взаимного пространственного положения отдельных полосных головок, их фазировки, суммарной ФЧХ разделительных фильтров, т. е. в значительной степени от конструкции АС. Достаточно подробно о влиянии перечисленных факторов на качество многополосной АС рассказано в [3]. Там же сформулированы рекомендации для конструкторов многополосных громкоговорителей. В частности, чтобы сконструировать хорошую АС, следует соблюсти одинаковую фазировку полосных головок (особенно НЧ и СЧ), применить разделительные фильтры с гладкими суммарными АЧХ и ФЧХ, добиться пространственного согласования полосных головок по глубине, которое в первом приближении достигается расположением звуковых катушек полосных головок в одной плоскости, перпендикулярной акустической оси громкоговорителя.

Последняя рекомендация часто оказывается недостаточной по причинам, указанным в [4]. С целью уточнения величины относительного пространственного смещения полосных головок по глубине были проведены экспериментальные измерения этого параметра у ряда отечественных головок. Результаты этих измерений сведены в таблицу, в которой указана величина смещения (приближение к слушателю) звуковых катушек головок по глубине относительно звуковой катушки головки 10ГД-35 (наименования головок указаны в соответствии состарым ГОСТ 9010-84).

Согласование, например, головок 10ГД-34 и ЗГД-31 достигается расположением звуковой катушки головки 10ГД-34 на 1,5 см ближе к слушателю по отношению к звуковой катушке головки ЗГД-31.

Если ФЧХ головок известна, то по их линейности в диапазоне частот выше 150 Гц можно оценить качество, а по углу наклона - величину пространственного смещения по глубине. Особенно важны сведения о форме фазовой характеристики головки при конструировании систем с датчиковой ЭМОС. С учетом последнего обстоятельства ФЧХ излучения головки удобно представить состоящей из двух слагаемых: φ₁ (f) (ФЧХ ускорения звуковой катушки) плюс φ₂ (f) (ФЧХ диффузора).

Такое разграничение носит условный характер, поскольку многие параметры диффузора (эффективная площадь излучения, эффективная масса подвижной системы) оказывают влияние и на φ₁ (f), но оно оправдано тем, что в системах с ЭМОС ФЧХ сигнала обратной связи по ускорению совпадает с φ₁ (f).

На слагаемое φ₁ (f) влияют размеры и форма диффузора, скорость распространения механических колебаний в материале диффузора и характер их затухания, локальные резонансы небольших участков диффузора и ряд других факторов. В пределах диапазона поршневой работы диффузора характеристика φ₂ (f) линейна, а за его пределами может стать нелинейной, причем нелинейность тем больше, чем больше изрезана АЧХ излучения головки на этих частотах.

Поскольку рабочий диапазон частот охваченной петлей ЭМОС головки выбирают в пределах диапазона поршневой работы диффузора (условие обеспечения линейности АЧХ излучения системы с ЭМОС), то снимаемую с датчика ФЧХ ускорения звуковой катушки с полным правом можно отождествить с ФЧХ излучения головки, т. е. происходящее в результате действия обратной связи сглаживание φ₁ (f) однозначно приводит к сглаживанию ФЧХ излучения головки, что положительно сказывается на верности звуковоспроизведения.

Таким образом, конструкторам систем с ЭМОС можно ограничиться измерением формы φ₁ (f) головки, что значительно проще, так как при этом не требуется специально оборудованного помещения, как при измерении ФЧХ излучения головки.

Для измерения φ₁ (f) микрофонный капсюль малых размеров, например, встраиваемый в переносные магнитофоны, размещают на расстоянии 2...5 мм от центральной части поверхности диффузора и снимают ФЧХ напряжения микрофона по отношению к фазе приложенного к головке напряжения синусоидальной формы. С достаточной для практики точностью измерить характеристику этим способом можно с помощью осциллографа. Для этого подводимый к головке сигнал одновременно подают на вход внешней синхронизации, а снимаемый с микрофона - на вход “Y”. При правильной фазировке головки на ее резонансной частоте фазовый сдвиг составляет +90°, а с повышением частоты уменьшается до нуля и далее изменяет свой знак.

Одновременно с измерением ФЧХ измеряют и АЧХ снимаемого с микрофона сигнала, которая в диапазоне частот 500... 1000 Гц совпадает с АЧХ излучения головки. Если головку расположить в свободном пространстве, то измеренные таким способом характеристики будут соответствовать АЧХ и ФЧХ излучения головки, установленной в бесконечном экране. На рис. 1 и 2 приведены характеристики некоторых типов головок, измеренные приведенным выше способом.

Поскольку АЧХ и ФЧХ громкоговорителя на низких частотах в сильной степени зависят от акустического оформления, то для получения достоверных результатов измерения следует проводить после установки головки в штатное оформление. Однако в радиолюбительской практике часто возникает потребность иметь представление о форме АЧХ излучения и ФЧХ громкоговорителя до его изготовления. В этом случае можно воспользоваться следующим приемом. Эквивалентную схему головки представляют состоящей из двух последовательно включенных слагаемых - фильтра ВЧ (ФВЧ) и линии задержки. При этом на низших частотах параметры громкоговорителя описываются ФВЧ, а линия задержки определяет форму ФЧХ излучения (ее наклон) на более высоких частотах.

Параметры ФВЧ (частота среза, добротность, порядок) зависят как от применяемой головки, так и от оформления. Их можно найти по методикам, используемым при расчете громкоговорителей со сглаженными АЧХ [5, б], в основе которых лежит представление о громкоговорителе как о ФВЧ второго (закрытый ящик) или четвертого (фазоинвертор) порядка. Параметр линии задержки (время задержки) зависит только от типа используемой головки (у головок с более тяжелой подвижной системой время задержки больше).

По найденным параметрам ФВЧ легко построить АЧХ и ФЧХ излучения громкоговорителя на низших частотах, а на более высоких частотах (начиная с частоты, на которой φ₁ (f) = 0) акустическое оформление на их форму влияния почти не оказывает, поэтому форма АЧХ и ФЧХ излучения громкоговорителя на этих частотах совпадает с характеристиками головки, измеренными по приведенной выше методике.

Построенные таким способом АЧХ и ФЧХ излучения (сигнала с датчика по ускорению диффузора) будущего громкоговорителя позволяют выбрать тип используемой в системе головки, вид оформления (закрытый ящик или фазоинвертор) и его габариты, отыскать параметры корректирующего устройства, правильно выбрать верхнюю частоту среза петлевого усиления системы, при которой сохраняется ее устойчивость.

Например, при установке головки 30ГД-1 в закрытый ящик функции корректора в прямой ветви петли ЭМОС может выполнять интегратор, а частоту среза петлевого усиления следует выбрать при этом равной 350...400 Гц (запас устойчивости по фазе-30...45°). Если петлей ЭМОС охвачена головка 6ГД-2 или блок из этих головок, то частоту среза выбирают равной 700...800 Гц.

В заключение следует сказать, что пользуясь приведенной выше методикой можно измерять АЧХ и ФЧХ излучения громкоговорителей-фазоинверторов. Для этого необходимы два микрофонных капсюля. Второй капсюль устанавливают в проходе инвертора, а сигналы с капсюлей подают на сумматор в соотношении, обратно пропорциональном площади диффузора НЧ головки и отверстия фазоинвертора. Точность измерений формы АЧХ излучения громкоговорителя этим способом в диапазоне частот до 500 Гц не уступает точности измерений в заглушенной камере.