ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ ДВУХПОЛОСНЫЕ РУПОРНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.395.623.8

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ ДВУХПОЛОСНЫЕ РУПОРНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

© 2018 А.С. Бадаев, А.С. Ковшарь

Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия

Аннотация: представлена методика расчёта рупорного акустического оформления. Показано, что максимально эффективным с точки зрения уровня характеристической чувствительности и КПД является экспоненциальный рупор. Для согласования входного сопротивления низкочастотного (НЧ) рупора с механическим сопротивлением головки громкоговорителя (ГГ) использован своеобразный понижающий акустический трансформатор, представляющий собой объем воздуха между горлом рупора и диффузором ГГ (предрупорная камера). Коэффициент трансформации такой камеры п равен отношению эффективной площади диффузора ГГ и площади горла рупора, при этом входное сопротивление рупора, приведенное к диффузору и, соответственно, излучаемая акустическая мощность увеличиваются в п2 раз. На основе предложенной методики разработаны высококачественные рупорные акустические системы (АС). Приведены их параметры и характеристики. Конструкция представляет собой два отдельных блока НЧ и средне-высокочастотный (СЧ-ВЧ). НЧ-блок является узкогорлым экспоненциальным сложенным рупором с предрупорной камерой, предполагающий установку устьем назад на определенном расстоянии от стены или угла помещения. В этом случае стены, угол и корпус АС являются продолжением рупора. СЧ-ВЧ-секция представляет собой широкогорлый экспоненциальный симметричный рупор цилиндрической волны. Передняя и задняя стороны ГГ нагружены на рупор и излучают "вперед - назад", формируя диаграмму направленности в виде восьмерки, что очень благоприятно при многоканальном воспроизведении. СЧ-ВЧ-блок свободно установлен на НЧ-блоке, его положение выбирается экспериментально, независимо от установки НЧ-блока. Анализ результатов измерений показывает высокую стабильность модуля полного сопротивления и приемлемую неравномерность АЧХ во всем диапазоне воспроизводимых частот. Отмечены высокий уровень звукового давления и хорошее качество звучания разработанных АС

Ключевые слова: акустические системы, рупорные акустические системы, головки громкоговорителей, КПД, уровень звукового давления

Введение

Основным недостатком головок громкоговорителей (ГГ), установленных в классических акустических оформлениях, является невысокая излучаемая акустическая мощность и очень низкий КПД, что обусловлено низким значением сопротивления излучения RИЗЛ ГГ, особенно на низких частотах, и несогласованностью механического сопротивления подвижной системы ГГ и окружающей среды. RИЗЛ - это акустическое сопротивление, в общем случае, комплексное, которое оказывает воздушная среда колеблющейся диафрагме (диффузору) ГГ. При увеличении площади излучателя RИЗЛ возрастает, но одновременно растет и его масса, что приводит к снижению КПД [1]. Решением проблемы является применение рупорного акустического оформления -рупорного громкоговорителя (РГ). РГ представляет собой устройство, в котором ГГ нагружена на вход рупора. Рупором называют трубу с постепенно возрастающим сечением. Входное отверстие рупора с меньшей

площадью называют «горлом», выходное, с большой площадью, «устьем» (рис.1).

5

л*

Рис. 1. Схема рупора: О - вершина рупора; х - координата; хГ - расстояние от вершины до «горла»; SГ- площадь горла; SУ - площадь устья; Ах - единица приращения длины

Размеры «устья» должны быть сравнимы с длиной волны колебаний самых низких воспроизводимых частот, что обеспечивает высокое, преимущественно активное RИЗЛ и отсутствие отражения звуковой волны от выходного отверстия. При этом рупор эффективно излучает звуковую энергию в окружающую среду. Небольшая площадь «горла» выбирается из расчета получения высокого активного входного сопротивления рупора, его согласования с механическим сопротивлением ГГ и обеспечения как можно

более низкого уровня нелинейных искажений звукового сигнала. РГ является эффективным акустическим трансформатором, преобразующим низкое RИЗл ГГ в высокое RИЗл «устья» рупора. Таким образом, ГГ, установленная на входе рупора, может быть сравнительно небольшой, и следовательно, с легкой подвижной системой, а излучатель РГ-«устье» сколько угодно большим. КПД РГ достигает 30%, тогда как КПД традиционных АС (закрытый ящик, фазоинвертор и т.д.) не превышает 1-2 % [2].

Методика расчета

При разработке РГ ставится задача получения максимально высокой излучаемой акустической мощности и высокого КПД в заданном диапазоне частот при низких нелинейных искажениях. Для этого необходимо определиться с выбором ГГ, рассчитать параметры «горла» и «устья» рупора, его длину и профиль - закон изменения площади поперечного сечения в зависимости от координаты х вдоль оси рупора S(x). Зависимость S(х) определяет закон убывания амплитуды колебаний звуковой волны в рупоре, форму излучаемой волны, а следовательно, RИЗЛ и акустическую мощность.

На сегодняшний день не существует единого подхода к выбору формы рупора, применяют конструкции с различным законом изменения поперечного сечения:

экспоненциальные, конические, рупоры с трактрисой и т.д. Для описания волновых процессов и определения характеристик звукового поля в рупоре (линейных: звукового давления, колебательной скорости частиц среды, акустического сопротивления; энергетических: акустической мощности, интенсивности или силы звука и т.д.) следует рассмотреть решения волновых уравнений для рупоров различных конфигураций. Строгое решение трехмерного волнового уравнения связано со значительными трудностями. Поэтому будем рассматривать уравнения средних значений, вводя некоторые упрощающие допущения. Во-первых, будем предполагать, что звуковое давление незначительно меняется вдоль поперечного сечения рупора (т.е. от стенок до оси); форму звуковой волны, распространяющейся в рупоре, будем считать неизменной; предположим, что площадь «устья» настолько

велика, что отражением волны можно пренебречь, что характерно для бесконечного рупора; и, наконец, будем рассматривать одномерный случай, так называемое волновое уравнение Вебстера, которое имеет вид [3]

д2р(х) 1 ЭБ(х) Эр(х)

Эх2

Б(х) Эх Эх

+ к2р(х)=0,

(1)

где р = р(х)е ]°ю- переменное звуковое давление вдоль оси рупора; S(х) - площадь поперечного сечения вдоль оси рупора; k = ю/с - волновое число; ю - круговая частота звуковых колебаний; с - скорость звука в воздухе.

Рассмотрим три наиболее распространенных профиля рупоров: экспоненциальный, конический и параболический.

Экспоненциальный рупор обеспечивает пропорциональное увеличение площади сечения рупора S(х) со скоростью возрастания сечения dS/dх:

а$(х)

dx

= pS(x);

(2)

где в - коэффициент расширения рупора, определяющий относительное изменение площади сечения при изменении осевой длины на единицу.

В экспоненциальном рупоре площадь сечения увеличивается по экспоненте

Б(х) = БГеРх;

(3)

где SГ - площадь «горла» при х = 0; х -координата, отсчитываемая от «горла».

В этом случае уравнение (1) принимает

вид

^ + Р + к2р(х) = 0, ёх2 ёх

Решением уравнения (4) будет [3]:

(4)

Р„

Р2

Р(х) = А1е 2 • ехР ,1(-к^/1 -—т) +

4к2

Р„

)2

-х В2

+ А2е 2 • expj(kxJl - ^у)

где А1- амплитуда звукового давления прямой волны; А2 - амплитуда отраженной волны.

После умножения на ехр jюt решение принимает вид

Р„

Р2

р(х^) = А1е 2 • expj(ш t - кх.1---) +

4к2

-В х

Р2

(6)

+ А2е 2 • ехР .К® t + к^1 - 4к2)

Поскольку мы допускали отсутствие отражения от «устья» рупора (случай бесконечного рупора), выражение (6) можно представить в виде:

Р.,

Р2

р(М) = А1е 2 • ехр j(ш t - кх^1 - 4к_). (7)

Среднее значение р и колебательной скорости $ будут [1]:

- ёр . . -Рх

р = р—= jшp А1е 2 • expj(ш t-кх ё \

где р - плотность воздуха.

Р2

1-^Т), (8) 4к2

Р^ 2

f =

1КР

Р^ 4л

(12)

¿ВХ носит чисто реактивный характер и рупор не излучает. Частота ./Кр называется критической частотой, она определяет нижнюю границу полосы частот, пропускаемых рупором

УГР .

С учетом (12) выражение (11) приобретает

вид

2вх =рс8г(| - ф2 + jf^) .

(13)

Волновые процессы в экспоненциальном рупоре возможны только на частотах выше _/Кр. С ростом частоты RВХ быстро растет и через 4 октавы достигает максимального значения RВХ=pcSГ, равного чисто активному сопротивлению для плоской волны, реактивное сопротивление ХВХ при этом стремится к 0 (рис.2). Поэтому р и $ в плоской волне совпадают по фазе, их амплитуды не меняются с расстоянием от излучателя, форма и площадь фронта также не меняется, следовательно, энергия, приходящаяся на единицу площади фронта, неизменна на любом расстоянии.

Конический рупор раскрывается по закону

^ ёр Р ^ Р2 -2х $ =—- = - + jkJ1 - А1е 2 ёх 2 V 4к2 1

х

. (9)

Р2

ехрХш t - к^1 - —)

Входное сопротивление рупора, которое является нагрузкой для RИЗЛ ГГ:

2вх = р( ) = рсБг

$(о) Г Г

jk

Р

Р2

. (10)

+ jkJl - 2

2 V 4к2

Разделив действительную и мнимую часть, получим

2 вх = рс8Г ( При

02 0 1 -0 + j0) - +• 'ХВ* . (11)

4к2

Р2 = 1 Р 2 = Р = 2ю кр

8(х) = Бг(—)

(14)

х

где SГ - площадь «горла»; х -отсчитываемая от вершины с х = 0; хГ -расстояние от вершины до «горла»; S(х) -площадь поперечного сечения рупора в координате х.

Б(х) = БГ (1 + ■^х)2, коэффициент -1 хГ хг

характеризует скорость раскрыва конического рупора (рис.1).

Волновое уравнение (1) в этом случае имеет вид

д2р(х) 2 др(х)

дх2

■ + —• х

дх

+ к2р(х) = 0. (15)

Решая уравнение (14), определяя р и 3 аналогично случаю экспоненциального рупора, получим

Юкр =

2

с

с

_ к zвх = рсаг(

Ч1 + к2 х2

+ j

кх т-

1 + к2 х2

) =

(16)

= ^Х +

ВХ

что аналогично сопротивлению излучения для сферической волны [1]. В такой волне интенсивность или сила звука убывает с увеличением расстояния от излучателя по квадратичному закону. Частотная зависимость ¿ВХ конического рупора приведена на рис. 2.

Параболический рупор. В этом случае зависимость 8(х) имеет вид

X

Б(х) = БГ — .

(17)

хт

Ах

1

Б(х) = БГ(1 +--), — определяет скорость

хт

хт

возрастания 8.

Волновое уравнение для параболического рупора представляет собой уравнение Бесселя первого порядка

д 2р(х) 1 др(х)

+---

дх2 х дх Решение этого уравнения дает

+ к2р(х) = 0. (18)

Zвx == jpcSI

Н02)(кхг) Н((2)(кхг)

(19)

где Н0(2)(кхГ) и Н\2)(кхГ) функция Ханкеля второго рода нулевого и первого порядка

Н02)(кхг) = Jo(kXг) - jYo(kXг), (20)

Н(2)(кхг) = J1(kxг) - jY1(kXг)

(21)

где кхГ) - функция Бесселя первого рода порядка п; Уп(кхГ) - функция Бесселя второго рода порядка п.

Подставляя (20) и (21) в (19) и разделяя действительную и мнимую части, получим

Zвx ==рс8Г(

2

лкхГ[112(кхГ) + У12(кхГ)]

+

+)

. 10 (кхг ^ (кхг ) + ¥0 (кхг )¥1(кх^) = (22)

1!(кхг) + ¥12(кхг)

= Rвx +

что является RИЗЛ для цилиндрической волны. Для этого типа волны интенсивность звука убывает обратно пропорционально расстоянию от источника излучения, а звуковое давление обратно пропорционально квадратному корню расстояния.

Используя табличные значения бесселевых функций, построим частотную зависимость Rвx параболического рупора, которая приведена на рис.2.

Рис. 2. Частотные зависимости активной и реактивной составляющих входного сопротивления различных рупоров: 1, 2 - активная и реактивная составляющие 2ВХ бесконечного экспоненциального рупора; 3 - активная составляющая 2ВХ конечного экспоненциального рупора; 4 - активная составляющая 2ВХ параболического рупора; 5 - активная составляющая 2ВХ конического рупора

Сравнительный анализ зависимостей, представленных на рис. 2, показывает, что в области высоких частот характеристики рупоров близки. Совсем иная картина наблюдается на низких частотах в области уКР и ниже, где Rвx мало или равно нулю. Но в экспоненциальном рупоре, в отличие от остальных, выше уКР Rвx резко возрастает и в пределах 3-4 октав от уКР достигает максимума, становится чисто активным, постоянным и равным сопротивлению излучения для плоской волны. Это обуславливает оптимальную, в случае согласования сопротивлений, нагрузку для ГГ, установленной на входе рупора. При выполнении вышеупомянутого условия о сравнимости периметра контура «устья» с длиной волны X, соответствующейуКР, т.е.

с _ ^ _ с

8У = = ^

У 4л 4л f2

ВХ

«устье» экспоненциального рупора будет излучать плоскую волну, для которой RИЗЛ = pсSУ - активно и максимально из всех типов звуковых волн. Таким образом, экспоненциальный рупор эффективно излучает акустическую энергию на низких частотах, это является его основным и главным преимуществом по сравнению с другими типами рупоров.

В реальных конечных рупорах наблюдается отражение звуковой волны от «устья», что приводит к возникновению в рупоре стоячих волн, вследствии чего частотная характеристика RВХ и АЧХ по звуковому давлению имеет волнообразный вид (кривая 3 на рис.2). Для выравнивания АЧХ следует покрывать стенки рупора, особенно вблизи «горла», звукопоглощающим материалом.

Анализ результатов работы [3] показывает, что уровень нелинейных искажений экспоненциального рупора незначительно уступает аналогичному параметру

параболического, сравним с коническим и значительно ниже, чем у рупоров более высоких порядков расширения, например, гиперболических. Таким образом, при разработке конструкции высококачественных рупорных АС мы остановим свой выбор на экспоненциальном профиле.

Расчет рупора начинается с определения нижней граничной частоты воспроизведения Угр, равной уКр. Эта частота выбирается равной частоте основного резонанса ГГ в воздухе Т0, которая приводится в паспорте ГГ или измеряется [4], или частоте резонанса ГГ, установленной в замкнутом объеме (компрессионной камере объемом УКК) ТР, которая равна

f = f

V.

Ук

-+1,

(24)

где УЭ - эквивалентный объем (параметр, характеризующий гибкость подвижной системы ГГ, который приводится в паспорте, а лучше - измеряется [4]).

Затем из формул (12) вычисляется коэффициент расширения рупора

Р =

4л и

Площадь «устья» SУ определяется по формуле (23), площадь «горла» SГ равна эффективной площади диффузора ГГ в широкогорлых РГ или площади выхода предрупорной камеры в случае узкогорлых РГ. Предрупорная камера представляет собой объем воздуха УК между «горлом» рупора и диффузором ГГ и является своеобразным акустическим трансформатором для согласования входного сопротивления РГ и механического сопротивления ГГ [2]. Коэффициент трансформации такой камеры равен отношению эффективной площади диффузора Sд и площади горла SГ, т.е. п = Sд / SГ. При этом входное сопротивление РГ, приведённое к диффузору, увеличивается в п2 раз, соответственно в п2 раз увеличивается изучаемая акустическая мощность.

Коэффициент акустической трансформации увеличивается при уменьшении площади горла рупора, но это допустимо в определенных пределах, так как приводит к увеличению нелинейных искажений. Обычно коэффициент акустической трансформации выбирают порядка 2-10 [1]. В работе [2] с использованием метода электромеханических аналогий было показано, что

V.

V.

14

(26)

где УЭКК - эквивалентный объем ГГ, установленной в компрессионной камере,

У =. УккУэ

' отуту"

укк + уэ

(27)

Осевая длина рупора может быть определена из (3) при х = L по формуле

ь = 1пБу / Бг

в

(28)

(25)

Длина рупора при низких значениях ТГР и, соответственно, в может достигать нескольких метров, что составляет определенную проблему при размещении рупорных АС в жилых помещениях. Решением этой проблемы может являться применение «свернутых» рупоров, у которых часть, прилегающая к горлу, формируется с помощью перегородок подобно акустическому лабиринту [5].

с

Излучатели, конструкция

и характеристики разработанных АС

Для получения широкополосных рупорных систем с максимально линейной АЧХ следует выбирать излучатели с определенными значениями параметров Тиля -Смолла. Желательно, чтобы ГГ, установленная в низкочастотный рупор, обладала помимо легкой подвижной системы низкой резонансной частотой ^ и полной добротностью QП, высоким значением сопротивления и небольшой индуктивностью звуковой катушки, в то же время не очень большим Уэ. Методика определения этих параметров приводится в [4]. Как видно, требования, предъявляемые к параметрам головок, весьма противоречивы, поэтому выбор излучателя представляет определенную проблему.

Мы остановили свой выбор на ГГ отечественного производства. Для

низкочастотного (НЧ) звена были выбраны 2 ГГ 6ГД-2, для средне-высокочастотного СЧ-ВЧ звена - 1 ГГ - 8 ГДШ-1. ГГ 8 ГДШ-1 была доработана: вместо пылезащитного колпачка был вклеен ВЧ-рупорок, для расширения диапазона ВЧ, диффузор был пропитан раствором изобутилового каучука для выравнивания АЧХ.

НЧ-головка имеет следующие параметры: номинальная мощность - 6 Вт; паспортная мощность - 12 Вт; номинальное сопротивление

- 8 Ом; эффективный рабочий диапазон частот

- 40-5000 Гц; уровень характеристической чувствительности - 96 дБ; резонансная частота

- 35 Гц; полная добротность - 0,5; эквивалентный объем - 220 дм3; диаметр - 25 см.

СЧ-ВЧ-головка: номинальная мощность -4 Вт; паспортная мощность - 8 Вт; номинальное сопротивление - 4 Ом; резонансная частота - 55 Гц; эффективный рабочий диапазон частот - 63-20000 Гц; уровень характеристической чувствительности

- 93дБ; полная добротность - 0,9; диаметр - 20 см.

По формулам (23-28) была рассчитана и сконструирована полностью рупорная двухполосная АС, схема которой представлена на рис. 3. Конструкция представляет собой два отдельных блока НЧ и СЧ-ВЧ. НЧ-блок является узкогорлым экспоненциальным сложенным рупором с предрупорной камерой,

предполагающим установку устьем назад на определенном расстоянии от стены или угла помещения. В этом случае стены, угол и корпус АС являются продолжением рупора.

СЧ-ВЧ-секция представляет собой широкогорлый экспоненциальный симметричный рупор цилиндрической волны. Передняя и задняя сторона ГГ нагружена на рупор и излучает "вперед - назад", формируя диаграмму направленности в виде восьмерки, что очень благоприятно при многоканальном воспроизведении. СЧ-ВЧ-блок свободно установлен на НЧ-блоке, его положение выбирается экспериментально независимо от установки НЧ-блока.

Рассчитанные параметры НЧ-блока следующие: УКК = 280 дм3;/ГР = /Р = 58 Гц; в = 2; п = 4; 8г = 200 см2; 8у = 2,8 м2; Ь = 2.5 м; Ук = 14 дм3.

Параметры СЧ-ВЧ-блока: /ГР = 260 Гц; в = 10; 8г = 400 см2; 8у = 1500 см2; Ь = 16 см.

Поскольку РГ является своеобразным акустическим фильтром, возможно их подключение без электрических фильтров. В случае применения электрических

разделительных фильтров электрическая схема АС имеет вид, представленный на рис. 4.

Рис. 3. Схема разработанных рупорных АС

Рис. 4. Электрическая схема разделительных фильтров

Частота раздела - 250 Гц.

Возможна 3-х полосная версия разработанных рупорных АС. В этом случае коаксиально штатной ГГ 8ГДШ-1 устанавливается небольшая рупорная ВЧ ГГ, например, 6 ГДВ-1, подключаемая через простейший фильтр первого порядка.

Корпус АС выполнен из MDF-плиты толщиной 22 мм. Выбор материала обусловлен его прочностью, высоким декрементом затухания, легкостью и технологичностью обработки и отделки. Внутренние стенки НЧ-блока покрыты звукопоглощающим

материалом, компрессионная камера полностью заполнена звукопоглотителем.

20 35 50 100 150 350 500 ^50 1000 2000 5000 10000 20000 Г,Гц

Рис. 5. Частотная зависимость модуля полного сопротивления

# ® * ф» # & ^ ^ ^ ^ ^ ^^^^ ''Го Рис. 6. АЧХ по звуковому давлению

Основные технические характеристики разработанных АС следующие: номинальная мощность - 16 Вт; паспортная мощность - 35 Вт; номинальное сопротивление - 4 Ом; диапазон воспроизводимых частот - 40 - 20000 Гц; уровень характеристической

чувствительности - 98 дБ; габариты НЧ-секции 102^80x92 см; масса - 43 кг; габариты СЧ-ВЧ-секции: 38x54x35 см, масса - 9 кг. Частотная зависимость модуля полного сопротивления и АЧХ по звуковому давлению представлены на рис.5 и 6.

Заключение

Анализ результатов измерений показывает правильность расчета и настройки рупора. Отмечена высокая стабильность модуля полного сопротивления, во всем диапазоне воспроизводимых частот он меняется от 3,8 до 9 Ом, что значительно упрощает подбор усилителя низкой частоты. АС успешно работали с транзисторными и ламповыми усилителями, в том числе с однотактными, работающими в классе А и обладающими невысокой выходной мощностью (5-6 Вт). АЧХ разработанных АС обладает неплохой равномерностью; можно отметить

незначительный спад уровня звукового давления (-3 дБ) на частотах выше 500 Гц, где начинает работать широкополосная ГГ. Выбор излучателя с более высоким уровнем характеристической чувствительности

(например, фирмы «Fostex») позволит выровнять АЧХ в этой частотной области. Тестовые прослушивания различных фонограмм, в том числе с широким динамическим диапазоном, показали хорошее качество звучания рупорных АС. Разработанные АС могут быть использованы в трактах высококачественного звуковоспроизведения, в многоканальных системах домашнего кинотеатра, в качестве профессиональных мониторов в студиях звукозаписи и радиовещания.

Литература

1. Электроакустика и звуковое вещание: учеб. пособие для вузов / И.А. Алдошина, Э.И. Вологдин, А.П. Ефимов и др.; под ред. Ю.А. Ковалгина. М.: Горячая линия - Телеком, Радио и связь, 2007. 872с.

2. Бадаев А.С., Гукин Д.В. Высококачественная рупорная акустическая система // Проектирование радиоэлектронных и лазерных устройств и систем:

межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2011. C.70-88

3. Beranek L. L., Mellow T. J. Acoustics: Sound Fields and Transducers. Oxford GB: Acedemic Press, 2012. 678p.

4. Бытовая электроакустическая аппаратура. Справочник / И.А. Алдошина, В.Б. Бревдо, Г.Н. Веселов и др. М.: Кубик-а, 1996. 320с

Поступила 11.09.2017; принята 26.03.2018 Информация об авторах

Бадаев Андрей Станиславович - кандидат физ.-мат. наук, доцент, Воронежский государственный технический университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), тел. 8-952-553-86-63, e-mail: andrbad56@yandex.ru Ковшарь Александр Сергеевич - магистр, Воронежский государственный технический университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), e-mail: all_94@list.ru

HIGH-QUALITY TWO-WAY HORN ACOUSTIC SYSTEMS A.S. Badaev, A.S. Kovshar' Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia

Abstract: the method of calculating horn acoustic design is presented. It is shown that an exponential horn is the most effective from the point of view of the level of characteristic sensitivity and efficiency. To match the input resistance of the low-frequency (LF) horn with the mechanical resistance of the loudspeaker head (LH), a kind of lowering acoustic transformer is used, which represents some amount of air between the neck of the horn and the diffuser of LH (pre-horn chamber). The transformation ratio of such a chamber n is equal to the ratio of the effective area of the diffuser of LH and the area of horn's neck, while the input resistance of the horn, reduced to the diffuser and, accordingly, the radiated acoustic power increases by a factor of n2. Based on the proposed methodology, high-quality horn speaker systems (SS) are developed, their parameters and characteristics are presented. The design represents two separate blocks of LF and medium-high-frequency (MF-HF). The low-frequency block is a narrow-necked exponential folded horn with a pre-horn chamber, which assumes that the mouth is set back at a certain distance from the wall or the corner of the room. In this case, the walls, the angle and the body of the speaker are a continuation of the horn. The MF-HF section represents a wide-angle exponential symmetric horn of a cylindrical wave. The front and back sides of the LH are loaded on the horn and emit "forward-backward", forming an eight shape, which is very favorable for multi-channel playback. The midrange-high-frequency unit is freely installed on the low-frequency block, its position is chosen experimentally regardless of the setting of the low-frequency block. The analysis of the measurement results shows the high stability of the impedance module and the acceptable unevenness of the amplitude-frequency characteristic over the entire range of reproduced frequencies. The developed SS has a high level of sound pressure and good sound quality

Key words: acoustic systems, horn speaker systems, loudspeaker heads, efficiency, sound pressure level

References

1. Aldoshina I.A., Vologdin E.I., Efimov A.P. et al, ed. Kovalgin Yu.A. "Electroacoustics and sound broadcasting. Manual" ("Elektroakustika i zvukovoe veshchanie: ucheb. posobie dlya vuzov"), Moscow, Goryachaya liniya - Telecom, Radio i svyaz', 2007, 872 p.

2. Badaev A.S., Gukin D.V. "High-quality horn speaker system", Designing of radio-electronic and laser devices and systems: interuniversity collected papers (Proyektirovaniye radioelektronnykh i lazernykh ustroystv i sistem: mezhvuz. sb. nauch. tr.), Voronezh, Voronezh State Technical University, 2011, pp. 70-88.

3. Beranek L.L., Mellow T.J. "Acoustics: Sound Fields and Transducers", Oxford GB, Acedemic Press, 2012, 678 p.

4. Aldoshina I.A., Brevdo V.B., Veselov G.N. et al. "Household electroacoustic equipment. Reference book" ("Bytovaya elektroakusticheskaya apparatura. Spravochnik"), Moscow, Kubik-a, 1996, 320 p.

5. Badaev A.S. "Acoustic transmission line", Designing of radio-electronic and laser devices and systems: interuniversity collected papers (Proyektirovaniye radioelektronnykh i lazernykh ustroystv i sistem: mezhvuz. sb. nauch. tr.), Voronezh, Voronezh State Technical University, 2007, pp. 139-145.

Submitted 11.09.2017; revised 26.03.2018 Information about the authors

Andrey S. Badaev, Cand. Sci. (Physics and Mathematics), Associate Professor, Voronezh State Technical University (14 Moscovskiy prospekt, Voronezh 394026, Russia), e-mail: faddey52@mail.ru

Aleksandr S. Kovshar', MA, Voronezh State Technical University (14 Moscovskiy prospekt, Voronezh 394026, Russia), e-mail: all_94@list.ru

5. Бадаев А.С. Акустическая трансмиссионная линия // Проектирование радиоэлектронных и лазерных устройств и систем: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2007. С. 139-145.