Нет ничего надежнее осознания и понимания того, что все нами употребляемое - сделано руками мастеров своего дела.
Описание АС на 6ГД-2, 4ГД-35
Преимущества открытой акустики перед закрытой достаточно убедительно приведены на сайте Зигфрида Линквица
Его проекты "Феникс" (Phoenix) и "Орион" (Orion) повторены многими радиолюбителями и имеют отличные отзывы. На сайте предлагается приобрести конструктор для сборки этих активных АС (с усилителем), отпугивает только стоимость комплектующих. Промышленный вариант открытой акустики, разработанной при участии Линквица: "Бетховен-Элита" (Beethoven-Elite) побил все рекорды по качеству звучания и цене.
Коротко, суть преимуществ открытой акустики можно описать так:
Слева приведены круговые диаграммы излучения закрытой АС (Monopole, Box speaker) и открытой (Dipole) АС в разных частотных диапазонах (вид сверху).
Нетрудно заметить, что у открытой (дипольной) АС полностью отсутствует излучение в направлении перпендикулярном слушателю (в бок, вверх, вниз), а это по двум из трех направлений трехмерного пространства.
Соответственно, в этих же направлениях отсутствует причина возникновения отраженных звуковых волн, которые могли бы привести к искажениям за счет интерференции с прямой звуковой волной, создаваемой АС (как в случае с обычной закрытой АС).
Эти преимущества открытой акустики, работающей в замкнутом помещении позволяют снизить помехи (повысить помехозащищенность) прямой звуковой волны на 4,8 дБ, что равносильно снижению мощности, подводимой к АС требуемой для получения той же разборчивости звучания, что и в случае закрытой АС в 3 раза.
Однако, примененные Линквицем головки громкоговорителей достаточно дороги для приобретения, о чем свидетельствуют прайс-листы доступных нам компаний поставщиков импортных динамиков. К тому же, Линквиц вынужден был применить трехполосное усиление ввиду сложности или невозможности построения пассивной АС на доступных ему (тем не менее - прекрасных) излучателях. Тем не менее, уважаемый Линквиц применил ошибочную методику оценки кумулятивного спектра послезвучания головок. Оценку накопленной энергии в головках нужно проводить только при подключении их через фильтры, корректирующие АЧХ по требованиям проекта. Поэтому ажиотаж коллег-разработчиков в части поиска и приобретения динамических головок, указанных Линквицем как предпочтительные - немного не оптимален.
Как раз мы в этом отношении находимся в более выгодном положении. Объясню. Жилые комнаты у нас небольшие и требуют не такой уж большой рабочей мощности усилителей даже на акустику (АС) с низкой чувствительностью. Большинство из нас уже имеют усилители мощности более 50 Вт на канал, что при определенных условиях дает возможность применения более энергозадерживающих пассивных фильтров для АС. Доступные динамические головки для нас - это все-таки клона "Сделано в СССР", которые отличаются не такими уж плохими для построения открытых АС параметрами и чувствительностью.
В СССР всегда была проблема производства низко-среднечастотных головок с малым значением добротности Qts. Для типовых головок (25-,35-ГДН, 15-,20-ГДС, 8ГД-1, 6ГД-2, 4ГД-53(35,8Е), 2ГД-40, 5ГДШ-xx , др.) значение Qts лежит в пределах 0,8 - 1,8, что затрудняет их классическое применение в оформлении в виде закрытого ящика или фазоинвертора, но идеально подходит для построения открытой АС. Причем, подьем АЧХ на резонансной частоте головок вполне может быть использован для компенсации соответствующего спада результирующей АЧХ открытой АС.
звучанием акустической системы. АС трехполосная на 4-х
динамических головках, открытого типа и имеет следующие характеристики:
Частотная характеристика АС и каждой из полос по звуковому давлению приведена ниже (сплошными линиями), пунктирной линией изображена ФЧХ. Замеры произведены измерительным микрофоном с кардиоидной диаграммой направленности и анализатором спектра при сглаживании 1/6 октавы на белом шуме в точке прослушивания в реальной комнате 16 кв.м на расстоянии 1,5 м от АС:
Импульсная характеристика АС по звуковому давлению (при тех же условиях) при подаче импульсного сигнала представлена ниже:
Почему выбрана такая низкая частота стыка между СЧ и ВЧ головкой. Все дело в диаграммах направленности излучения 4ГД-35. Характеристика этого динамика под углами 0 , 22 , 45 и 67 градусов приведена ниже. Таким образом, если выбрать частоту стыка полос более 2 кГц, то в области 2-4 кГц субъективно возникнет провал - тот, с которым успешно борется по своей методике качающегося микрофона Александр Клячин при создании 2-х полосных систем.
В акустической системе "Агнетта" использованы модифицированные кроссоверы первого-второго порядков, топология которых выполняет следующие функции:
Шунтирование основного механического резонанса головок низким выходным сопротивлением фильтров, для низкочастотной секции шунтирование осуществляется низким выходным сопротивлением усилителя.
Питание излучателей на средних и высших частотах через высокое реактивное сопротивление фильтра и исключение шунтирования головок на этих частотах малым выходным сопротивлением усилителя снижает интермодуляционные искажения на этих частотах.
Подавление проникновения на выход усилителя противо-ЭДС головок громкоговорителей исключает нарушение работы в усилителе отрицательной обратной связи (при ее наличии).
Минимальные отклонения фазочастотной характеристики входного импеданса АС от резистивного эквивалента позволяют полностью использовать мощностные характеристики усилителя.
Топология фильтров приведена ниже:
Низкочастотное звено: 2 головки 6ГД-2 включены последовательно, индуктивность L3031= 2.6 мГн |
|
Среднечастотное звено: Параллельный колебательный контур C2021 C2031 L2031 L2081 обеспечивает высокое выходное сопротивление на средних и высоких частотах и эффективное шунтирование головки на частоте резонанса |
|
Высокочастотное звено: Индуктивность L1101 обеспечивает шунтирование резонанса головки, индуктивность L1011 исключает шунтирование головки на высоких частотах. |
|
Фото Polas
Громкоговоритель имеет следующие параметры:
Номинальное электрическое сопротивление - 4Ом
Эффективно воспроизводимый диапазон частот - 40 - 20000 Гц
Неравномерность частотной характеристики в диапазоне частот 50 Гц - 20 кГц -8Дб
Частота раздела фильтра - 4 кГц
Крутизна спада характеристики нижнечастотного звена фильтра - 12дБ на октаву
Крутизна спада характеристики верхнечастотного звена фильтра - 18дБ на октаву
Среднее стандартное звуковое давление - 0,12 Па
Средний приведенный КПД в диапазоне частот 60 - 4000 Гц - 0,18%
Габариты - 280×280x210 мм
Масса - 7,5 кг
В качестве излучателя нижних частот в громкоговорителе применена конструктивно доработанная динамическая головка 6ГД-6 , а для воспроизведения высших частот - головка 2ГД-36 . Низкочастотное звено громкоговорителя выполнено в виде фазоинвертора (ящик объемом 8,5 л с цилиндрическим туннелем). Правильно рассчитанный фазоинвертор позволяет расширить эффективно воспроизводимый диапазон в сторону низших частот, увеличить КПД и уменьшить искажения на этих частотах по сравнению с закрытым ящиком. Так как глубина ящика громкоговорителя мала, а низкочастотная головка и труба фазоинвертора расположены несимметрично, стоячие волны внутри ящика выражены слабо и практически не ухудшают частотную характеристику громкоговорителя. Поэтому в данной конструкции нет необходимости заглушать внутренние поверхности ящика.
Высокочастотная головка смонтирована в непосредственной близости к низкочастотной это уменьшает неравномерность частотной характеристики вблизи частоты раздела. Большая ось высокочастотной головки расположена вертикально, что позволяет расширить диаграмму направленности в горизонтальной плоскости на верхних частотах.
Разделительный фильтр состоит из фильтра нижних и фильтра верхних частот; их входы соединены параллельно (рис. 1). Катушки разделительного фильтра намотаны проводом ПЭВ-1 на каркасах, выточенных из органического стекла, эбонита, текстолита или иного изоляционного материала. Данные катушек приведены в таблице, а размеры каркасов на рис. 3. В фильтре применены конденсаторы типа МБГО (МБГП) с лапками для крепления и резистор ПЭВ-7,5 (ПЭ-7,5); вместо него можно использовать три параллельно включенных резистора МЛТ-2 по 68 Ом. Провод для соединения входа фильтра с усилителем должен иметь сопротивление не более 0,1 Ом.
Доработка головки 6ГД-6. У некоторых образцов головок 6ГД-6 плохо проклеена центрирующая шайба и верхний борт латексного гофра 3 (рис. 2). Поэтому до сборки громкоговорителя целесообразно проверить качество швов и при необходимости их проклеить. Дефектные швы можно обнаружить несильным надавливанием на борт гофра в указанном на рис. 2 направлении. При плохой склейке шов будет расходиться. Если длина шва с дефектом велика, нельзя расклеивать весь этот участок, так как при этом возможно нарушение центрирования головки. Следует проверять и проклеивать шов участками не более 30 мм.
При обнаружении дефектного шва борт гофра следует отделить от диффузородержателя 4 на участке длиной не более 30 мм. С помощью полоски ватмана промазать этот участок клеем марки 88-Н, прижать борт гофра к диффузородержателю, аккуратно положить головку на ровную горизонтальную поверхность диффузором вниз и дать клею просохнуть. Только после этого можно продолжать проверку шва.
Центрирующую шайбу проклеивают аналогично нитроклеем для кожи, приподнимая ее скальпелем и прижимая пальцами к диффузородержателю до схватывания клея.
Пылезащитный колпачок 2 головки 6ГД-6 изготовлен из материала, обладающего малой жесткостью. Вследствие этого при больших амплитудах колебаний диффузора колпачок проминается внутрь, а затем распрямляется, издавая звонкие щелчки. Для устранения этого дефекта колпачок следует аккуратно удалить с помощью бритвы и миниатюрных ножниц и приклеить на его место нитроклеем для кожи кружок из прессшпана толщиной 0,5…0,8 мм. Шов должен быть герметичным.
Изготовление ящика. Для сборки ящика нужно заготовить шесть панелей (стенок) из фанеры или древесностружечной плиты. При толщине материала, равной 20 мм, заготовки должны иметь следующие размеры: для передней и задней стенок - 240×240, для верхней и нижней - 210×240, для боковых - 210×280 мм. При другой толщине материала размеры заготовок нужно изменить так, чтобы внутренний объем ящика не изменился. Нельзя применять материал тоньше 18 мм, так как при этом жесткость стенок будет недостаточной.
Стенки соединяют встык шурупами длиной 30 мм с потайными головками, по два шурупа на грань (рис. 4). При использовании древесностружечных плит просверленные для шурупов отверстия (до ввинчивания шурупов) заливают эпоксидным клеем. Круглые отверстия в передней панели (рис. 5) можно выпилить лобзиком или высверлить сверлом небольшого диаметра. Углубление под головку 2ГД-36 высверливают по контуру на глубину 15 мм применяя сверло с ограничителем, а затем выбирают стамеской. Скос отверстия в месте крепления головки 6ГД-6 необходим для обеспечения беспрепятственного движения воздуха, связанного с задней стороной ее диффузора.
Тунель изготовляют из жесткой трубы (дюралюминий, пластмасса и т. д.) внутренним диаметром 30 мм. Автор использовал кусок трубы от пылесоса. Можно склеить трубу из плотной чертежной бумаги (ватмана) эпоксидным клеем или нитроклеем для кожи. Толщина стенок трубы должна быть не менее 1…1.5 мм. Трубу вклеивают в проделанное для нее отверстие эпоксидным клеем и герметизируют шов по окружности пластилином (рис. 5). После этого можно приступить к сборке ящика. В случае использования древесностружечных плит внутреннюю поверхность ящика следует покрыть нитрокраской. Все внутренние швы ящика промазывают пластилином или замазкой.
На задней стенке ящика монтируют разделительный фильтр, крепят провод для подключения громкоговорителя к усилителю и подготавливают проводники для подключения головок. Расстояние между катушками фильтра должно быть не менее 100 мм, длина каждого из проводников для подключения головок - не менее 300 мм. Провод для подключения высокочастотной головки продевают в отверстие I (рис. 5), припаивают его к выводам головки, монтируют головку на передней панели, как показано на рис. 6а. Щели вблизи головки со стороны ее магнитной системы также промазывают пластилином.
Далее крепят переднюю панель к боковым стенкам ящика (рис. 6 б) и через отверстие под низкочастотную головку промазывают пластилином изнутри швы между передней панелью и боковыми стенками. Наконец, подпаивают выводы низкочастотной головки, монтируют ее без амортизирующих прокладок и производят герметизацию (рис. 6в). Низкочастотную головку монтируют с наружной стороны передней панели так же, как и высокочастотную.
При недостаточно тщательной герметизации громкоговорителя частотная характеристика громкоговорителя на нижних частотах ухудшится. Заделка швов и щелей способствует также хорошему демпфированию стенок ящика (при постукивании они издают глухой звук).
Внешнюю отделку громкоговорителя производят фанерованием, обклеиванием декоративной пленкой или другим доступным радиолюбителю способом. Декоративную рамку изготовляют из деревянных брусков сечением 15×15 мм, укрепляя их дюралюминиевыми уголками. Рамку обтягивают капроновой сеткой, тканью типа «бортовка» или иной акустически прозрачной тканью, и на трении вставляют в углубление, образованное боковыми стенками и передней панелью.
Описанный громкоговоритель при небольших размерах и малой массе обладает высокими качественными показателями. Сравнение с агрегатом аналогичного класса 10МАС-1 показало значительное преимущество разработанного громкоговорителя. Он звучит более естественно и ярко, не «бубнит» на нижних частотах. Широкая диаграмма направленности во всем диапазоне рабочих частот весьма благоприятно сказывается на качестве звучания громкоговорителя. При воспроизведении монофонической фонограммы почти отсутствует «привязка» звука к громкоговорителю, а пара таких громкоговорителей при воспроизведении стереопрограммы обеспечивает очень хороший стереоэффект.
Вместо головки 6ГД-6 в громкоговорителе можно применить без какого-либо изменения конструкции ящика головку 10ГД-34, а в качестве высокочастотной головки - 6ГД-11. При использовании последней в передней стенке ящика прорезают отверстие по диаметру ее магнитной системы.
Повышение качества звучания современных громкоговорителей достигается главным образом за счет применения новых мощных динамических головок, а это чаще всего влечет за собой увеличение их габаритов, массы, стоимости. Между тем очень неплохой громкоговоритель можно построить и на базе недорогих динамических головок.
Основные технические характеристики.
Номинальная (паспортная) мощность, Вт...................................10 (30)
Номинальный диапазон воспроизводимых частот, Гц............30...25 000
Число полос........................................................................................3
Частоты разделов, Гц...................................................................500; 5000
Номинальное электрическое сопротивление, Ом...........................6,3
Среднее стандартное звуковое давление, Па..................................0,35
Габариты, мм...............................................................................620х350х310
Электрическая схема громкоговорителя приведена на рис. 1. Он построен на базе трех динамических головок. Функции низкочастотной (НЧ) выполняет головка 6ГД-2 , среднечастотной (СЧ) - 3ГД-38Е , высокочастотной (ВЧ) - 6ГД-13 (новое название 6ГДВ-4). В НЧ звене применен фильтр второго порядка L1C1, в СЧ - первого L2C2, а в ВЧ - третьего L3C3C4. Для выравнивания АЧХ громкоговорителя в области средних звуковых частот СЧ головка включена через резистор R1. С целью улучшения звучания системы на частотах выше 503 Гц ВЧ головка 6ГДВ-4 подключена к фильтру с использованием резисторов R2 и R3. Важно отметить, что эта головка включена в противофазе с НЧ и СЧ головками.
Рис.1. Электрическая схема фильтра трехполосного громкоговорителя
Акустическое оформление громкоговорителя - фазоинвертор. Корпус его изготовлен из ДСП толщиной 20 мм. Передняя панель и боковые стенки соединены друг с другом рейками 20 х 20 мм с помощью эпоксидного клея ЭДП. Задняя стенка съемная, она прикрепляется к корпусу через резиновые прокладки толщиной 2 мм.
Вид со стороны лицевой панели показан на рис. 2, а, а разрез корпуса по линии А-А- на рис. 2, б. НЧ и СЧ голоіки закрепляются с наружной стороны лицевой панели. Между ней и диффузорами головок проложены резиновые (можно и пенополиуретановые) кольца толщиной 1,5 мм.
Рис.2. Чертеж трехполосного громкоговорителя
Головку 6ГД-2 перед размещением на лицевой панели необходимо доработать с целью снижения ее полной добротности. Для этого в окнах ее диффузородержателя следует установить панели акустического сопротивления (ПАС), т. е. заклеить их синтетическим войлоком или, в крайнем случае, сложенной в несколько слоев медицинской марлей. Среднечастотную головку необходимо поместить в герметический бокс объемом около 2 л, заполненный ватой. Диаметр бокса равен диаметру отверстия в лицевой панели под СЧ головку. Место его соединения с панелью должно быть тщательно загерметизировано (например, пластилином). ВЧ головку 6ГДВ-4 крепят с внутренней стороны лицевой панели, причем боковые поверхности отверстия для ее установки должны как бы продолжать имеющийся на головке конус и образовывать вместе с ним излучающий рупор. Между корпусом этой головки и панелью следует проложить уплотняющее резиновое кольцо. Туннель фазоинвертора представляет собой пластмассовую трубку с внешним диаметром 70 и внутренним 65 и длиной 150 мм. Она вставляется в соответствующее отверстие на лицевой панели с наружной стороны. Щели между панелью и туннелем герметизируют с внутренней стороны пластилином.
Детали разделительного фильтра размещены на плате из гетинаксе размерами 250 х 150 мм, установленной на боковой стенке корпуса в его нижнем углу, напротив туннеля фазоинвертора. Во избежание дребезжания между платой и корпусом необходимо проложить звукопоглощающую прокладку. В фильтре использованы неполярные конденсаторы МБМ. МБГО на напряжение 200 В и проволочные резисторы мощностью 2 (R3) и не менее 7,5 Вт (остальные). Конденсатор С1 составлен из шести включенных параллельно конденсаторов по 10 мк. Катушки L1-L3 бескаркасные. Внутренний диаметр и высота первой из них - 40 мм, двух других соответственно 25 и 30 мм. Катушка L1 содержит 260 витков провода ПЭЛ 1,5, L2-170 и L3-90 витков провода ПЭВ 1,0. Внутренняя поверхность корпуса оклеена звукопоглощающим материалом (ватином, поролоном) толщиной 10...15 мм. Сам корпус заполнен ватой, но так, что между НЧ головкой и фазоинвертором оставлен воздушный проход. Все соединения стенок корпуса герметизированы эпоксидным клеем.
Звучание описанного громкоговорителя сравнивалось со звучанием известной промышленной модели 35АС-012 (S-90). При испытаниях использовался стереофонический усилитель ЗЧ с номинальной мощностью 2 х 25 Вт и коэффициентом гармоник не более 0,2 %. Было отмечено более мягкое звучание самодельного громкоговорителя в области низших и средних звуковых частот, а также отсутствие в нем неприятных призвуков, создаваемых установленной в 35АС-012 головкой 10ГД-35 в диапазоне 5...10 кГц.
P.S. Замена головки 6ГД-2. Вместо 6ГД-2 можно применить динамическую головку 75ГДН-1Л-4 (прежнее обозначение 30ГД-2) или 35ГДН-4 (25ГД-26Б). У этих головок более чем вдвое меньшее стандартное звуковое давление (соответственно 0,15 и 0,12 Па) по сравнению с 6ГД-2 (0,35 Па), однако их значительно большая номинальная мощность компенсирует этот недостаток. Паспортная мощность громкоговорителя после такой замены возрастет в первом случае до 50, во втором - до 40 Вт, номинальное электрическое сопротивление понизится до 4 Ом. Емкость конденсатора С1 при использовании головки 75ГДН-1Л-4 - 80 мкФ. ПАС в обоих случаях не требуется. Первый вариант замены предпочтительнее, так как головка 75ГДН-1 Л-4 имеет те же размеры, что и 6ГД-2, и больший, чем у 35ГДН-4, КПД, особенно на частотах ниже 100 Гц.Ю. ДЛИ, г. Горький
Журнал "Радио", №3,9 1989 г.
