Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Электроакустическая аппаратура являете;:
неотъемлемым звеном 'всех радиовещательных и телевизионных трактов.в
значительной степени определяющим их объективные характеристики и качество
звучания. Объемы промышленного выпуска электроакустических излучателей
достигают значительных размеров: на предприятиях страны выпускалось 60 млн.
головок громкоговорителей в год, более 5 млн. шт. акустических систем
бытового и профессионального назначения, 300 тыс. шт. рупорных IT, звуковых
колонок, студийных акустических агрегатов и т.д. От надежности, объективных
параметров и качества звучания этих изделий зависят также выходные
характеристики - и качество звуковоспроизведения бытовой радиоэлектронной
аппаратуры (радиоприемников, магнитофонов.' телевизоров п т.д.) и систем
озвучивания. Поэтому задачи, решаемые в рамках данной диссертационной
работы - создание машинных методов проектирования основных элементов
головок громкоговорителей (ГГ), акустических систем (АС) и других видов
аппаратуры; выбор новых материалов н новых технологий; решение проблем
согласования характеристик, излучателей с параметрами помещения
прослушивания й др.- являются актуальными народнохозяйственными проблемами, поскольку позволяют уменьшить расход дорогостоящих (в частности магнитных) материалов, сократить сроки разработок, улучшить субъективные и объективные параметры массовых изделий радиопромышленности, систем звукоусиления и студийного оборудования.
Значительный вклад в развитие теории проектирования электроакустических излучателей внесли работы Гутнна Л.Я., Харкевича А.А., Фурдуева В.В., Сапожкова М.А., Римского-Корсакова А.Г., Болотникова И.М., Вахитова Я.Ш., Иофе В.К., Ржевкина С.Н., Шифмана Д.Х., Дрейзсна И.Г., Папернова Л.З.. Скучика Е., Беранека Л., Small R., Kaiser A., Kates J., Kagawa У.. Suzuki К., Fincham L., Linkwitz S., Benson J., Keele D., Jerzon M., Allison R., Barlow D., Heyser R., Olson H., Bradbury L. и др.
Однако недостаточно разработанными оказались вопросы теоретического и экспериментального анализа линейных и нелинейных колебательных процессов в подвижных системах громкоговорителей, рассматриваемых как системы с распределенными параметрами в полном диапазоне частот; структуры распределения и взаимодействия постоянных и переменных магнитных полей в "магнитных 'цепях + звуковых катушках"; структуры распределения, внешних и внутренних звуковых полей в излучателях сложной геометрической формы и др.
Поэтому именно этим вопросам уделено основное внимание в данной диссертационной работе.
СВЯЗЬ ТЕМЫ ДИССЕРТАЦИИ С НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИМИ ПРОГРАММАМИ. Диссертация выполнена в Научно-исследовательском институте радиовещательного приема и акустики им. А.С. Попова (НИПРПА) в ходе реализации плановых научно-исследовательских тем по направленням "Электроакустика н Звукотсхпика", разрабатынасмых институтом в рамках Государственных научно-исследовательских программ: "Комплексные программы развития радиоприемной, звуковоспроизводящей и акустической бытовой аппаратуры в X, XI, XII пятилетках", "Интснснфикацня-90", "Федеральная
программа развития технических средств радиовещания и телевидения".
ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит' в теоретическом и экспериментальном анализе процессов преобразования музыкальных и речевых сигналов во всех звеньях электроакустических излучателей; создание па базе этого анализа теоретических основ оптимального синтеза, моделей и методов машинного проектирования электроакустической аппаратуры; создание прикладных методик и внедрение их в практику разработок громкоговорителей, акустических систем, акустических агрегатов, звуковых колонок н др.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Для решения поставленных в работе задач использовались методы теории оболочек; асимптотические методы; методы математической физики, теоретической гидромеханики и электродинамики; теории цепей. теории оптимизации; вариационно-численные методы моделирования па ЭВМ; методы электроакустических измерений (в т.ч. голографическне).
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ состоит в получении следующих 'основных научных результатов:
создана системная модель процессов преобразования сигналов в электроакустических излучателях (включающая в себя: электромагнитные и тсилофизнчсскис процессы в магнитных цепях ГГ, электромеханические процессы в подвижных системах, вибрационные процессы в корпусах АС, мсхаїїоакустическнс процессы излучения и т.д.), что позволило разработать методы экспериментального и теоретического анализа и создать расчетные алгоритмы этих процессов;
разработаны математические модели, созданы алгоритмы и пакеты программ для расчета колебательных процессов в подвижных системах ГГ, рассматриваемых как сложные составные осссиммстрнчныс оболочсчпыс конструкции со значительным различием физико-механических параметров; с учетом анизотропии материалов; возможностью углового соединения нескольких оболочек и т.д. Созданы методы расчета колебательных процессов в двумерных (в частности эллиптических) диафрагмах, а также разработаны алгоритмы и программы для оптимизации конструктивных параметров подвижных систем. На основе созданных алгоритмов и пакетов программ отработаны и внедрены в практику разработок методики машинного проектирования подвижных систем ГГ различного применения;
выполнен анализ нелинейных искажений, обусловленных колебательными процессами в подвижных системах, отработана физнкоматематическая модель, разработаны методы расчета и проведены экспериментальные исследования параметрических колебаний диафрагм, обусловленных "динамической потерей устойчивости", разработаны рекомендации для уменьшения вызванных ими призвуков;
- созданы методы расчета переходных (нестационарных) процессов г
диафрагмах ГГ, проведен комплекс экспериментальных исследований,
позволивший установить связь параметров переходных процессов с формой
амплитудно-частотных характеристик ГГ, разработаны практические
рекомендации но выбору конструктивных характеристик подвижных систем,
обуславливающих снижение уровня переходных процессов;
- разработаны методы теоретического анализа, созданы алгоритмы у,
пакеты программ для расчета структуры внешних и внутренних звуковых полей в акустических системах для диафрагм ГГ различных конфшурацнй (купольных, конусных, кольцевых и т.д.) Разработаны алюритмы для решения контактной задачи излучения. Произведены расчеты конкретных конструкций излучателей;
созданы методы расчета структуры звукового ноля в помещении, отработаны математические модели и алгоритмы взаимодействия звукового ноля излучателей с характеристиками помещения прослушивания, созданы . модели адаптивной фильтрации на ЭВМ;
разработаны математематические модели процессов шіектромаї питного и тсилофизического преобразования в узле "магнитная цепь + звуковая катушка", разработаны алгоритмы и пакеты программ по расчету постоянных магнитных нолей , переменных магнитных полей и нелинейных искажений. Создана машинная методика проектирования звуковых катушек и магнитных цепей и внедрена в практику конструирования;
проведены экспериментальные и теоретические исследования вибрационных характеристик корпусов АС, разработаны алгоритмы, пакеты программ и рекомендации для проектирования;
проведен. выбор широкого спектра новых материалов с помощью отработанных методик измерения их динамических физикомехаиических параметров (на специально созданных для этого измерительных установках) для всех элементов АС и ГГ, отработана технология их изготовления, созданы конструкции ГТ и АС с применением таких материалов , как полипропилен, биоцеллюлоза и др.
выполнен комплекс экспериментальных работ но анализу влияния параметров технологических процессов на электроакустические характеристики АС и ГТ. Разработаны практические рекомендации для промышленности;
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД. Постановка системных проблем, разработка теоретических и экспериментальных методов исследований, создание математических и физических моделей, разработка методов решений и алгоритмов, основные экспериментальные исследования выполнены автором лично, программная реализация ряда задач и их прикладное применение выполнялись совместно с аспирантами автора, практическое внедрение результатов осуществлялось совместно с сотрудниками института и СКБ заводов отрасли иод научным руководством и при участии автора.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в разработке:
методик машинного проектирования основных элементов электроакустических излучателей: магнитных цепей и подвижных систем ГГ, корпусов АС, фильтрующе-корректирующих цепей и низкочастотных оформлений, используемых разработчиками института, СКБ и заводов отрасли при создании и внедрении серийных массовых ГГ, бытовых и профессиональных АС и студийных агрегатов;
отечественных и международных стандартов, рекомендаций ОИРТ, нормативных документов МПСС, Гостслсрадио и т.д., методик измерения параметров ГГ, АС и студийных аїрегатов;
- практических рекомендаций для заводов отрасли но выбору новых
материалов и внедрению новых технологических процессов;
новых типов массовых громкоговорителей, акустических систем и студийных агрегатов, созданных с использованием разработанных методов проектирования, новых материалов и технологий;
методических основ учебного процесса но подготовке специалистов в области проектирования электроакустической аппаратуры (.курсы лекций в Ленинградском институте кипоинженеров, Государственном Университете тслекомуникаций им. проф. М.А. Бопч-Бруевича; разработке методических материалов, подготовке дипломантов и аспирантов).
РЕАЛИЗАЦИЯ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, методик измерений, методы машинного проектирования электроакустической аппаратуры внедрены в серийно выпускаемые заводами страны изделия:
электродинамические громкоговорители для массовой бытовой радиоэлектронной аппаратуры (приемников, телевизоров, магнитол и т.д.) - Гагарииский завод "Динамик", Кировоградский радиозавод. Рязанский Радиозавод, Прикарпатский завод раднонзделий и др.;
электродинамические громкоговорители для бытовой и профессиональной электроакустической аппаратуры категории Hi-Fi, в т.ч. с использованием новых технологий и материалов (коаксиальные ГГ, диффузорные ГГ из синтетических пленок, металлические купольные и др.) - ПО "Всга", з-д "Красный Луч", з-д "Ладога", опытное производство НИЙБРЭА, НИИРПА и т.д.;
акустические системы категории Hi-Fi (в т.ч. диностатические, динамические с излучателем Хейла и т.д.) - з-д "Красный Луч", з-д им. Калинина, з-д "Фсрроприбор", НПО "Радиотехника", НИИБРЭА;
- профессиональные студийные контрольные агрегаты - з-д "Ладога", опытное
производство НИИРПА.
Все перечисленные еиды изделий (типы указаны в разделе 10) выпускаются
отечественной промышленностью на протяжении ряда лет значительными
объемами (несколько десятков млн штук в год). ,
