Исследование и разработка конструкции высококачественных акустических систем в рупорном оформлении

Abstract

Представлен теоретический анализ акустических волновых процессов в рупорных излучателях, включающий вычисление частотных, импедансных, фазочастотных и нелинейных характеристик для профилей различной геометрической конфигурации – конического, параболического, гиперболического и экспоненциального. На основании сравнительного математического моделирования установлено, что экспоненциальный профиль обеспечивает оптимальное соотношение между энергетической эффективностью, широкополосностью и минимальным уровнем гармонических и интермодуляционных искажений в рабочем диапазоне частот. Предложена инженерная методика расчёта «широкогорлых» и «узкогорлых» рупорных узлов, учитывающая акустическое влияние предрупорных камер и позволяющая корректно определять переходные характеристики, входное сопротивление и условия согласования с подвижными системами электродинамических головок. В рамках программы импортозамещения на основе выполненных исследований спроектирована и реализована конструкция высококачественной рупорной акустической системы с полной отечественной комплектацией. Система выполнена по двухдрайверной схеме: фронтальные поверхности диффузоров нагружены на широкогорлый средне-высокочастотный рупор цилиндрической волны, а тыльные – через предрупорную камеру – на узкогорлый сложенный низкочастотный рупор с тыловым излучением. Разработанные акустические системы характеризуются параметрами, не уступающими, а по ряду критериев превосходящими показатели зарубежных аналогов при существенно меньшей стоимости. A theoretical analysis of acoustic wave processes in horn radiators is presented, including the calculation of frequency, impedance, phase‑frequency, and nonlinear characteristics for profiles of various geometric configurations — conical, parabolic, hyperbolic, and exponential. Based on comparative mathematical modeling, it has been established that the exponential profile provides an optimal balance between energy efficiency, bandwidth, and the minimum level of harmonic and intermodulation distortions within the operating frequency range. An engineering methodology for calculating “wide‑mouthed” and “narrow‑mouthed” horn units has been proposed; it takes into account the acoustic influence of pre‑horn chambers and makes it possible to correctly determine transient characteristics, input impedance, and matching conditions with the moving systems of electrodynamic drivers. As part of the import substitution program, based on the research carried out, a design of a high‑quality horn acoustic system with full domestic equipment has been developed and implemented. The system is designed according to a two‑driver scheme: the front surfaces of the cones are loaded onto a wide‑mouthed mid‑high‑frequency horn of a cylindrical wave, and the rear surfaces — via a pre‑horn chamber — onto a narrow‑mouthed folded low‑frequency horn with rear radiation. The developed acoustic systems are characterized by parameters that are not inferior to, and in a number of criteria even surpass, the performance of foreign analogues, while having a significantly lower cost.