Виды и типы громкоговорителей

Громкоговоритель является неотъемлемым компонентом любой звуковой системы. Преобразует электрические сигналы в излучаемый звук. 

Основные характеристики громкоговорителей

1. Паспортная мощность
   Максимальная электрическая мощность при которой устройство может работать длительное время.
2. Номинальная мощность
   Электрическая мощность при которой величина нелинейных искажений имеет минимальные значения.
3. Максимальная мощность (RMS)
   Мощность звукового сигнала синусоидальной формы, которую устройство может выдержать без повреждений длительное время.
4. Чувствительность
   Уровень звукового давления на расстоянии 1 м. на рабочей оси при подводимой мощности 1 Вт
5. Диапазон воспроизводимых частот (АЧХ)
   Графическая зависимость уровня звукового давления от частоты входного сигнала при постоянном значении входного напряжения. Одно из распространенных названий – амплитудно-частотная характеристика (АЧХ).
6. Номинальное сопротивление
   Реактивное (комплексное) сопротивление устройства на частоте 1 кГц. Для низкоомных громкоговорителей может составлять единицы Ом (обычно 4-16 Ом), для трансляционных громкоговорителей в зависимости от мощности составляет сотни Ом или десятки кОм.

Классификация по исполнению корпуса

Громкоговорители разных типов могут иметь различное исполнение корпуса. Степень защиты корпуса определяет область применения. Самые распространенные виды:

• внутреннее использование (IP-41);
• уличное применение (IP-54);
• агрессивная среда (IP-67).

Классификация громкоговорителей по способу излучения

Различные типы громкоговорителей отличаются способом преобразования электрических сигналов. Известны следующие типы звуковых излучателей: 

• Электродинамические;
• Электростатические;
• Электретные;
• Пьезоэлектрические.

В настоящее время электродинамические излучатели используются в 90% громкоговорителей, а на все остальные типы приходится около 10%.

Электродинамические громкоговорители

Поэтому большинство моделей бюджетных громкоговорителей содержат один среднечастотный излучатель. В акустических системах для качественного воспроизведения используются отдельные излучатели для низких, средних и высоких частот.

Также разработаны двухконусные громкоговорители, конструкция которых уже включает два излучателя. Это основной (главный) диффузор и ВЧ-твитер, который расположен в центре основного диффузора

Классификация громкоговорителей по способу подключения

В зависимости от способа подключения, громкоговорители разделяются на два основных вида:

• Трансляционные;
• Низкоомные.

1. Трансляционные громкоговорители

Конструкция громкоговорителя включает согласующий трансформатор. В трансляционных системах электрический сигнал звуковой частоты усиливается до высокого напряжения с уровнем от 30 до 240В. Далее этот сигнал поступает в проводную линию связи к которой подключаются динамики. В устройстве происходит обратное преобразование, с помощью трансформатора высоковольтный сигнал понижается до уровня, который необходим для работы электродинамического излучателя. Обмотка трансформатора, которая подключается к трансляционной линии может иметь несколько отводов. Использование отводов позволяет включать громкоговоритель на различную мощность при установке.

Передача звукового сигнала с высоким уровнем напряжения имеет следующие преимущества:

Недостатки трансляционных громкоговорителей:

• Дополнительное преобразование электрического сигнала и применение трансформатора вносит нелинейные искажения, что ухудшает качество звука.
• Трансляционные громкоговорители применяются в системах речевого оповещения, громкоговорящей связи и звуковой трансляции.

Рабочие напряжения трансляционных громкоговорителей:

2. Низкоомные громкоговорители

Применяются в качественных системах озвучивания. Типовые значения входного сопротивления: 4 Ом, 8 Ом или 16 Ом.

Виды громкоговорителей

Исполнение корпуса громкоговорителя определяет область его применения и способ монтажа. Самые распространенные типы корпусов рассмотрены ниже.

1. Потолочные громкоговорители

Самый распространенный тип. Используются для установки внутри помещений. Данные устройства предусматривают врезной монтаж в подвесные потолки, для этого в несущем основании необходимо вырезать специальное технологическое отверстие. Потолочные громкоговорители могут быть без акустического оформления (плоский экран - решетка) или в корпусе, роль которого выполняет защитный или акустический колпак.

2. Подвесные

Применяют в двух основных случаях:

• В помещенияx с высокими потолками. 
• Как элемент дизайна или интерьера.

Существуют модели потолочных громкоговорители, которые имеют накладной монтаж. Корпус имеет форму сферы, полусферы или цилиндра. Также дизайн может соответствовать подвесным светильникам. Подвешиваются с помощью питающего кабеля или штанги.

3. Потолочные врезные

Большинство моделей потолочных громкоговорителей устанавливаются в подвесные потолки и предусматривают врезной способ монтажа. Для монтажа в плоскости потолка необходимо вырезать специальное технологическое отверстие. Расстояние в межпотолочном пространстве между подвесным и основным потолком должно быть достаточно для того, чтобы элементы конструкции громкоговорителя уместились по высоте.

• все элементы конструкции находятся в потолочном пространстве и защищены от внешних воздействий, 
• подводка кабеля скрытая;
• внешний вид и форма решетки по цвету и дизайну подбирается для конкретного потолочного покрытия, поэтому решетка не выделяется в общем дизайне помещения

4. Потолочные накладные

Для некоторых типов помещений нет возможности сделать отверстие в потолке. Например, в помещениях с бетонными потолками, когда отсутствует подвесной потолок или, когда расстояние в межпотолочном пространстве слишком мало и элементы конструкции динамика не умещаются по высоте. Специально для таких случаев ряд производителей выпускают потолочные громкоговорители с накладным монтажом. Эти модели отличают следующие особенности:

• Круглая форма корпуса, классический вид потолочного (врезного) громкоговорителя;
• Накладной монтаж не требует технологического отверстия в потолке. Разработана специальная система креплений;
• Подводка кабеля к динамику может осуществляться в кабель-канале или пластиковых трубах.

По другим характеристикам эти модели ничем не отличаются от других типов потолочных громкоговорителей. К основным характеристикам можно отнести:

• Наличие согласующего трансформатора для работы в трансляционных сетях 100В;
• Дискретное переключение мощности через коммутацию отводов на трансформаторе;
• Один среднечастотный громкоговоритель электродинамического типа, мощностью 6-10 Вт;
• Материал корпуса пластик, цвет белый или бежевый.

5. Настенные громкоговорители

Устанавливаются внутри помещений. Монтаж на стену осуществляется навесным способом или с помощью кронштейна. Динамик находится в корпусе, который может быть различной конструкции (полуоткрытый, закрытый, с фазоинвертором и пр.)

Различные модели настенных громкоговорителей могут применяться в звуковых системах с определенными задачами. Например, в системах оповещения для передачи речевых сообщений или тональных сигналов, целесообразно использовать однополосные громкоговорители в пластиковом корпусе. Такие бюджетные модели целиком удовлетворяют главному требованию к звуковым оповещателям - это обеспечить высокое звуковое давление и разборчивость сигнала.

Если динамики планируется использовать в системах фонового озвучивания, лучше применять двухполосные модели с большим диапазоном воспроизводимых частот. Высокое качество звука достигается применением отдельных излучателей для высоких и низких частот, а также конструкцией и материалом корпуса.

Для сочетания с интерьером помещения, можно подобрать громкоговорители в различном цвете корпуса. Форма корпуса может иметь строгие прямоугольные формы или плавные обводы, материал изготовления – это пластик, металл или МДФ. Лицевая панель декорируется тканью, пластиковой или металлической сеткой.

6. Звуковые колонны

В звуковой колонне излучатели расположены вертикально в один ряд, поэтому корпус по внешнему виду напоминает колонну. Диаграмма направленности имеет широкий угол в горизонтальной плоскости, что позволяет использовать громкоговорители данного типа для озвучивания больших помещений. Возможно настенное крепление или установка на горизонтальную плоскость. 

Акустическая система "колонного" типа (звуковая колонна) представляет собой закрытый деревянный или металлический корпус прямоугольной формы, в котором динамики установлены вертикально в один ряд. Вертикально расположенная цепочка громкоговорителей обладает малой направленностью излучения в горизонтальной плоскости и значительно большей направленностью в вертикальной плоскости. По этой причине, звуковые колонны часто используют для озвучивания больших залов.

Для применения в системах озвучивания и звуковой трансляции громкоговорители "звуковая колонна" имеют согласующий трансформатор для использования в трансляционных системах с напряжением 100В. Трансформатор имеет отводы, что позволяет переключать мощность.

7. Акустические системы

Основные виды акустических колонок

• Пассивные колонки
  Устройства состоят из системы громкоговорителей с раздельными фильтрами. Подключаются к усилителям мощности при помощи акустического кабеля. Входное сопротивление составляет от 4 до 8 Ом, что позволяет их подключать к низкоомным усилителям мощности.
• Активные акустические системы 
  В корпусе акустической системе, кроме громкоговорителей находится усилитель мощности звукового сигнала. Усилитель мощности имеет входы для подключения микрофонов или звуковых источников с линейным уровнем сигнала. Усилитель работает от сети 220В.

Акустически системы – это качественные громкоговорители, конструкция которых может включать многополосный излучатель, звуковые фильтры, и корпус с фазоинвертором. Акустические системы могут быть низкоомные с сопротивлением 4-16 Ом или с трансформаторным входом для применения в трансляционных системах. В качестве звукового излучателя обычно используют двухполосный электродинамический громкоговоритель двухконусного типа. В дорогих акустических системах применяется несколько излучателей, например, среднечастотный динамик и ВЧ-драйвер (твитер).

8. Рупорные громкоговорители

Конструкция рупора отличается от электродинамического громкоговорителя с диффузором. В качестве излучателя используется звуковая мембрана, которая воспроизводит звуковые колебания и находится в устье рупора. Рупорные громкоговорители используются в основном для усиления речи в уличных звуковых системах. Они обеспечивают высокую разборчивость сигналов в условиях шума.

Включает следующие элементы:

• Рупор
  Основной элемент конструкции. Концентрирует звуковую энергию, что дает увеличение звукового давления. Экспоненциальная форма рупора обеспечивает наилучшее воспроизведение низких частот. В поперечном сечении рупор может быть круглый или прямоугольный. Материал пластик или металл.
• Концентрический канал
  Устанавливается внутри рупора. Применение дополнительного канала позволяет существенно уменьшить размеры основного рупора.
• Кольцевая магнитная система
  Состоит из звуковой катушки, сферической диафрагмы и постоянного магнита. Преобразует электрический сигнал в звуковые колебания.
• Кольцевая магнитная система
  Состоит из звуковой катушки, сферической диафрагмы и постоянного магнита. Преобразует электрический сигнал в звуковые колебания.
• Согласующий трансформатор
  Предназначен для согласования низкоомного сопротивления звуковой катушки с трансляционной линией. Первичная обмотка имеет несколько отводов, что позволяет переключать мощность.
• Система креплений 
  В большинстве случаев состоит из П-образной стальной скобы для крепления к несущей плоскости (стена, потолок, столб и т.д.)

9. Рупорные уличные

Уличные громкоговорители применяются для озвучивания открытых площадок, а также в производственных помещениях с большой влажностью и разницей температур. Уличные колонки лучшее решение для целого ряда задач:

• звукового сопровождения массовых мероприятий (уличные колонки могут монтироваться на открытых площадках, в открытого типа концертных залах, на стадионах и пр.);
• звуковой трансляции информационных сообщений на объектах административного, торгового, производственного и пр. назначения;
• выполнения функции оповещения в случае возникновения ЧС.

10. Широкополосные

Реализовать качественную звуковую систему для работы широком диапазоне частот можно с помощью двухконусного громкоговорителя. Такой динамик имеет основной (рабочий) диффузор и дополнительный (маленького диаметра). Второй диффузор используется только для воспроизведения высоких частот, он жестко закреплен по центру основного диффузора. Для еще лучшей эффективности в конструкции двухконусного громкоговорителя могут применяться звуковые фильтры. Применение отдельных и расположенных на одной оси излучателей обеспечивает равномерное воспроизведение различных частот звукового спектра и общую направленность излучения.

Широкополосные двухконусные  громкоговорители нашли широкое применение в звуковых системах от многих производителей. При относительно невысокой стоимости широкополосники обеспечивают высокое качество воспроизведения речевых и музыкальных программ.

11. С регулятором громкости

Также, для некоторых типов громкоговорителей сделать встроенный регулятор громкости сложно конструктивно. Например, для потолочных или уличных, которые могут быть расположены на большой высоте или в труднодоступном месте.

Отдельную регулировку громкости рассматривают только для настенных динамиков, которые расположены внутри зданий на небольшой (доступной) для пользователей высоте.

Громкоговорители с встроенным регулятором громкости

Ряд производителей выпускают настенные громкоговорители для внутреннего применения с встроенным регулятором громкости. Такой регулятор - это обычный потенциометр (переменный резистор). Громкость можно регулировать плавно от максимального значения до полного выключения динамика.

Популярные модели от Inter-M: SWS-03A, SWS-10A, IWS-03A, IWS-10A.

Важно отметить, такие устройства можно использовать в системах звуковой трансляции, но их нельзя применять в системах пожарного оповещения!

Громкоговорители с встроенным аттенюатором

Представлены и модели, в которых для регулировки громкости используется встроенный аттенюатор. Такие громкоговорители можно использовать, когда система оповещения в повседневном режиме используется для трансляции звуковых программ или громкоговорящей связи. Громкоговорители подключаются по 3-х проводной схеме, а для управления аттенюаторами усилитель должен иметь соответствующую функцию.

Громкоговорители с аттенюаторами - это модели от TOA: BS-633AT, BS-678T, BS-634T.

12. Речевые оповещатели

Пожарные громкоговорители (речевые оповещатели) - устройства, предназначенные для использования в системах звукового оповещения (СОУЭ). Динамики в пожарных системах должны обеспечивать воспроизведение речевых сообщений и тональных сигналов с необходимой громкостью и качеством сигнала, а также исправно функционировать в сложных условиях.

Система звукового оповещения неотъемлемая часть любой современной системы безопасности. Системы пожарного оповещения уменьшают риски от несчастных случаев в случае чрезвычайных ситуаций, позволяют своевременно оповестить людей об опасности и начале эвакуации, сообщить о наиболее безопасных путях эвакуации, а также снизить уровень паники.

Основные требования к пожарным громкоговорителям

• Уровень звукового давления должен быть не менее 85 дБ на расстоянии 1 метр от излучателя.
• Частотная характеристика должна соответствовать полосе от 200 до 5000 Гц или иметь больший диапазон частот.
• В конструкции громкоговорителя не должно быть регулятора громкости. Допускается применение аттенюаторов – устройств, которые предусматривают режим принудительного оповещения.
• Конструкция корпуса должна обеспечивать защиту от значительных температурных перепадов и от негативного влияния окружающих факторов.

Как рассчитать количество громкоговорителей

Электроакустический расчет

Выбор необходимого типа громкоговорителей, определение их количества и мест установки важная задача при проектировании звуковой системы. В системах озвучивания необходимо обеспечить равномерное звуковое покрытие и высокое качество сигнала. Для систем оповещения о пожаре (СОУЭ) одним из главных требований является обеспечение необходимого уровня звукового давления (громкости) звукового сигнала во всех возможных местах пребывания людей.

Электроакустический расчет включает следующие этапы:

• Акустический анализ помещения или открытой площадки, определение уровня шума;
• Выбор необходимого типа громкоговорителя;
• Расчет уровня звукового давления в требуемых зонах;
• Выбор мест установки и требуемого количества громкоговорителей.

Пересчет ватт в децибелы

Одна из главных задач в акустическом расчете – это обеспечение требуемого уровня звукового давления (громкости в расчетной точке). Для этого, при выборе конкретной модели громкоговорителя используют два основных параметра: чувствительность и номинальную мощность. Чувствительность определяет уровень звукового давления на расстоянии 1 метр от динамика при мощности на входе 1 Вт. При увеличении мощности, уровень звукового давления возрастает по логарифмическому закону.

Уровень звукового давления громкоговорителя уменьшается с увеличением расстояния. Каждое удвоение расстояния уменьшает звуковое давления на 6 дБ.

Подключение к усилителю

В случае подключения трансляционных громкоговорителей их суммарная мощность не должна превышать мощность усилителя. На практике, лучше, чтобы мощность усилителя была на 15-20% больше нагрузки в линии. Трансляционные громкоговорители включаются только параллельно.

Низкоомные включаются параллельно, допускается последовательное соединение не более двух громкоговорителей. Мощность динамиков должна быть больше мощности усилителя. Или, общее сопротивление нагрузки должна быть больше или равно выходному сопротивлению усилителя.