На выставке РосHI-End 2013 совместно с усилителем Л. Зуева и ЦАП-ом В. Корсакова демонстрировался трехполосный громкоговоритель на динамиках с металлическими диффузорами. Воспроизведение этой системой музыкального материала, подобранного В. Луханиным, получило много отзывов, ознакомиться с которыми можно на сайте Vegalab.
Разработка проводилась с целью построения компактного напольного громкоговорителя, предназначенного для озвучивания жилых помещений площадью до 15-20 кв. метров, ориентированного на воспроизведение музыкальных программ с плотным спектром и качественным воспроизведением вокала на фоне плотного спектра сигнала. Ниже будет рассмотрена версия этого громкоговорителя, доработанного по замечаниям посетителей и участников выставки, а также с учетом возможности повторения конструкции в домашних условиях. Увеличение бюджета проекта, связанного с доработкой, нам представляется оправданным повышением качества воспроизведения звука. Ниже поговорим подробнее о компромиссах, в том числе, между ценой и качеством.
В жилых помещениях площадью 15 -20 кв. м. не всегда удается оптимально разместить громкоговорители, что приводит к проблемам в воспроизведении низких частот и ухудшению локализации кажущихся источников звука. Это обстоятельство принималось во внимание и нашло отражение в выборе основных технических решений проекта.
Чертеж корпуса громкоговорителя показан на рис 1 .
Передняя панель имеет форму трапеции, переменная ширина передней панели немного снижает дифракционные эффекты. Низкочастотное акустическое оформление закрытого типа имеет полезный объем 30 литров, на который работает динамик RS225. Внутри НЧ отсека помещен кусок звукопоглотителя (синтепон) размером 0.5 на 0.5 м. Выбор закрытого акустического оформления обусловлен желанием получить по возможности компактный импульсный отклик НЧ звена.
В жилых помещениях, как правило, имеют место стоячие волны между стенами, между полом и потолком. В такой ситуации целесообразно отдавать предпочтение компактному импульсному отклику перед расширением частотного диапазона вниз с помощью фазоинвертора.
СЧ динамики работают на закрытый объем 6 литров, плотно заполненный звукопоглотителем. Использование двух динамиков W4-1337SD для СЧ диапазона приводит к увеличению затрат, которое оправдывается улучшением перегрузочной способности на средних частотах и позволяет построить конфигурацию МТМ, обеспечивающую сужение диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Сужение диаграммы направленности на СЧ представляется дополнительным бонусом, поскольку повышает уровень прямого сигнала в точке прослушивания. Симуляция диаграммы направленности в вертикальной плоскости показана на рис. 2
. Динамик W4-1337 имеет подвижную массу 4.6 грамм при площади диффузора 57 кв. см., линейный участок хода звуковой катушки 3мм. Величина индуктивности звуковой катушки 0,015 мГн, указанная в справочных данных изготовителя, вызывает сомнение.
По моим оценкам W4-1337 имеет Levc = 0.4 мГн, что вполне приемлемо для средних частот. Низкое значение подвижной массы и жесткий диффузор обеспечивают хорошую передачу динамических контрастов. Этот динамик изготавливается в двух версиях: W4-1337SD имеет неодимовый магнит, W4-1337SDF — ферритовый. Для громкоговорителя подходят обе версии. До публикации этой работы удалось обследовать 18 экземпляров W4-1337SDF и 24 экземпляра W4-1337SD. По результатам измерений параметров выяснилась возможность не подбирать динамики в пары для МТМ конфигурации.
Увеличение бюджета, связанное с заменой пищалки Seas H1499 на Mundorf AMT 19CM 2.1, оправдано повышением качества воспроизведения высоких частот. Кроме того, в результате замены из схемы фильтра удалось исключить 4 элемента, в том числе, требующие подстройки, поскольку АМТ 19СМ поставляются парами, с малым разбросом характеристик.
Выбор динамиков для громкоговорителя предполагал использование частот раздела 500 и 3500 Гц. Указанные частоты раздела с запасом обеспечивают работу динамиков в поршневом режиме.
При частоте раздела 500Гц двух полярный импульсный отклик, который неизбежно получается при противофазном включении динамиков, не портит ощущения от восприятия звучания. Предполагаю, что искажения формы сигнала длительностью менее 2 мсек. лежат за пределами временного разрешения слуха на частотах выше 500 Гц. Симуляция импульсного отклика НЧ и СЧ динамиков, работающих с фильтрами, показана на рис. 3 . Результат симуляции импульсного отклика вызывает некоторые сомнения, в этом вопросе придется разбираться. Пока можно ориентироваться на результаты прослушивания, которые свидетельствуют о быстрой и динамичной подаче звука в низкочастотном диапазоне.
Частота раздела 3500 Гц является приемлемым компромиссом, связанным с нелинейными искажениями СЧ и ВЧ динамиков.
Результат симуляции АЧХ громкоговорителя показан на рис. 4
. АЧХ оптимизировалась для расстояния до точки прослушивания 2.5 м. Небольшой подъем на верхнем крае частотного диапазона учитывает уменьшение акустической мощности с ростом частоты, которое имеет место по причине сужения диаграммы направленности. На рис. 5
показаны ФЧХ динамиков, работающих с фильтрами.
Схема кроссовера показана на рис. 6
. На частоте раздела 500 гц фильтрами сформированы спады АЧХ 2-го порядка с добротностью около 0,5. Динамики НЧ и СЧ включены с переполюсовкой. Широкая область совместного излучения (рис. 4) и компактный импульсный отклик (рис. 3) обеспечивают слитность и динамичность подачи звука. На частоте раздела 3500 сформированы спады АЧХ 4-го порядка по Линквицу-Рейли. Для ВЧ динамика AMT 19CM 2.1 формирование заданного спада АЧХ обеспечил электрический фильтр 2-го порядка, для СЧ динамиков потребовался электрический фильтр 3-го порядка.
Фильтр пищалки предъявляет наиболее жесткие требования к качеству элементов. Вариант параллельного соединения пленочного и фольгового конденсаторов оказался хорошим компромиссом между ценой и качеством.
Режекторный фильтр R5 L4 C5, который согласно широко распространенному мифу должен убивать звук, выполняет функцию защиты СЧ динамиков от перегрузки и корректирует ФЧХ на частоте вблизи 100Гц. Номинал резистора R5 зависит от омического сопротивления катушки L4. В сумме с омическим сопротивлением катушки L4 должно быть 4 ома ± 10%. При повторении громкоговорителя совсем не обязательно использовать типы комплектующих изделий, которые указаны в таблицах. Фильтры кроссовера имеют низкую добротность и допускают отклонения номиналов от указанных на схеме не менее 5%, а по омическим сопротивлениям катушек 10%. В кроссовере используются резисторы МОХ на мощность 10 Вт.
Катушки индуктивности
| L1 | Mundorf Aire Core M Coil | 0.47 mHn 0.58 Ohm |
| L2 | Mundorf Aire Core M Coil | 0.82 mHn 0.44 Ohm |
| L3 | Mundorf Aire Core M Coil | 0.22 mHn 0.21 Ohm |
| L4 | ERSE Air Coil ALg 20ga | 3,3 mHn 1,37 Ohm |
| L5 | Mundorf Ferrite M Coil BH Drum coil | 5.6 mHn 0.62 Ohm |
Конденсаторы
| C1-2 | Dayton Audio PPF | 0,47 mkF 400V |
| C1 | MKP Mundorf M Cap | 3.3 mkF 250V |
| C2 | MKP Mundorf M Cap | 22 mkF 400V |
| C3 | MKP Mundorf M Cap | 10 mkF 400V |
| C4 | MKP Mundorf M Cap | 8.2 mkf 250V |
| C5 | Erse Non-Polarized | 470 mkF 100 V |
| C6 | MKP Mundorf M Cap | 47 mkF 400V |
На рис. 8
показана зависимость от частоты входного сопротивления громкоговорителя. Минимальное значение входного сопротивления 6 Ом, максимальное 13,5 Ом. Фазовый угол, характеризующий реактивную составляющую входного сопротивления, не выходит за пределы плюс — минус 30 градусов в полосе частот 20 – 20000 Гц. Параметры входного сопротивления громкоговорителя позволяют считать его вполне комфортной нагрузкой для усилителя.
Передаточные характеристики фильтров показаны на рис. 7
. Резистора R6 величиной 22 Ом оказалось достаточно для устранения нежелательного взаимодействия фильтра с динамиком. Об этом можно судить по передаточной характеристике фильтра НЧ. «Накачка» не превышает 1,5 дБ с максимумом на 70 Гц.
На рис. 9
показана АЧХ громкоговорителя, измеренная в комнате на расстоянии 1м при входном напряжении 2.83 В. Измеренная АЧХ не сглажена, а является результатом усреднения трех измерений: вдоль оси ВЧ динамика и при смещении микрофона на 5 см вниз и вверх от оси. Такая методика измерений позволяет получить более ясное представление о тональном балансе громкоговорителя в помещении, чем сглаженная АЧХ вдоль оси ВЧ динамика.
В заключение считаю необходимым выразить благодарность В. Луханину, который решил все организационные вопросы и выполнил основную часть работы по модернизации громкоговорителя, компании Difton, оперативно и качественно изготовившей корпуса, а также всем любителям звука за замечания и предложения по проекту.
Предлагаемый вниманию читателей громкоговоритель выполнен на основе широкораспространенных динамических головок 10ГД- ЗОЕ, 4ГД-8Е, ЗГД-31 и предназначен для работы с высококачественной звукоусилительной аппаратурой.
Основные технические характеристики
Эффективно воспроизводимый диапазон частот, Гц, при неравномерности АЧХ 12 дБ 20. .25 000
Неравномерность АЧХ по звуковому давлению дБ, в диапазоне частот-. Ги,
27.. .20 000 ... 4
Номинальная мощность. Вт. 12
Максимальная мощность, Вт. . 30
Номинальное электрическое сопро
тивленис. Ом....... 8
Габариты, мм. 500х350х
Акустическое оформление громкоговорителя выполнено в виде фазоинвер- тора. Динамические головки подключаются к. усилителю через трехполосный разделительный iLC-фильтр (рис. I) с частотами раздела 0,5 и 5 кГц. Отличительная особенность фильтра - наличие в нем аттенюаторов, обеспечивающих ступенчатую (с шагом 2 дБ) регулировку АЧХ громкоговорителя в области высших и средних частот на ±4 дБ относительно среднего уровня.
Резисторы аттенюаторов намотаны манганиновым проводом ПЭМС 0,25. В качестве каркасов использованы резисторы МЛТ-2 сопротивлением более 100 кОм. Переключатели SJ и S2 - галетные (ПМ или ПГК).
Необходимые значения емкостей конденсаторов фильтра получены параллельным соединением нескольких конденсаторов типов МБГО, МБГН, БМТ и т. п. (желательно с допустимым отклонением емкости от номиналов ±5%).
Катушки LI и L2 намотаны на пластмассовых каркасах (рис. 2), L3 и L4 - бескаркасные, внутренним диаметром 36 и длиной 20 мм. Намотка всех катушек. рядовая, виток к витку. Катушка L1 содержит 312, L2 - 263, L3 - 98. L4 - 82,5 витка провода ПЭВ-2 1,84. Автотрансформатор 77 выполнен
на магнитопроводе ОЛ 32X28X5. Его обмотка содержит 1000 витков провода ПЭЛШО 0,27 с отводом от середины.
Корпус громкоговорителя изготовлен из фанеры толщиной 10 мм. Передняя панель (рис. 3). на крторой установлены головки и переключатели S1 и S2 (для них предназначены отверстия диаметром 10 мм), отстоит от края корпуса на глубину 10 мм. В это углубление плотно вставлена съемная деревянная рамка с туго натянутой на нее хлопчатобумажной канвой (для вышивания крестом), многократно покрытой нитроэмалью НЦ (в аэрозольной упаковке).
Динамические головки закреплены винтами М4 с гайками через резиновые кольца-прокладки толщиной 1,5...2 мм. До установки кольца с обеих сторон покрыты резиновым клеем. Винты
ЗГД-ЗГ-1300
вставлены с лицевой стороны панели. Под шайбы крепления низкочастотной головки дополнительно подложены резиновые шайбы толщиной 2 мм.
Катушки разделительного фильтра желательно максимально разнести друг от друга и от магнитных систем головок. Лучше всего их разместить на задней стенке корпуса.
Стенки корпуса скреплены сосновыми брусками сечением I5X I5 мм и шурупами, ввинченными изнутри корпуса. Перед установкой на место бруски покрывают синтетическим клеем «Марс». Этим же клеем герметизируют и все швы.
Между серединами боковых стенок корпуса вставлена деревянная распорка сечением 20x25 мм, а на расстоянии 80 мм от задней стенки установлена вертикальная перегородка размерами 4I0XI20 мм. примыкающая длинной стороной к боковой стенке. Перегородка оклеена поролоном толщиной I0 мм.
В углах ящика созданы уплотнения из ваты, так. что его внутренняя поверхность имеет округлую форму. Весь оставшийся объем равномерно заполнен ватой (600...700 г) с таким расчетом, чтобы между отверстием туннеля фазоинвертора и головкой ЮГД- ЗОЕ остался некоторый проход (его формируют металлической сеткой или проволочными дугами). Гофры диффузоров головок. 4ГД-8Е и ЗГД-31 пропитаны раствором касторового масла в ацетоне (концентрация раствора для* первой из них - 50...70 %, для второй - 15...20%). Такая пропитка снижает неравномерность АЧХ головок на
3...5 дБ. Центральная (до половины радиуса) часть диффузора головки 4ГД-8Е пропитана слабым раствором цапонлака в ацетоне, а после высыхания на нее дополнительно нанесен слой разбавленного бензином резинового клея (обработку ведут при вставленной в зазор звуковой катушки оправке из кинопленки). Такое двухслойное покрытие в сочетании с несимметричным заполнением ватой колпака.
Высококачественный громкоговоритель. Предлагаемый вниманию радиолюбителей трёхполосный громкоговоритель рассчитан на работу с высококачественным усилителем НЧ. В громкоговорителе установлено семь динамических головок прямого излучения.
Технические характеристики одной АС:
Диапазонрабочихчастот: 40 — 18000 Гц
Неравномерность АЧХ в диапазоне 40-18000 Гц: 7 дБ
Номинальнаямощностьгромкоговорителя: 16 Вт
Номинальноеэлектрическоесопротивление: 4 Ом
Используемые динамики:
НЧ: 2 х 6 ГД-2
СЧ: 2 х 4 ГД-4
ВЧ: 3 х 1ГД-3
Частоты раздела фильтра: 300 Гц и 7000 Гц
Размеры громкоговорителя (ВхШхГ): 890х450х300 мм
Электрическая схема громкоговорителя приведена на рис.1. Разделение частот производится электрическими LC фильтрами. Частоты разделения 300 Гц и 7000 Гц. Затухание, вносимое фильтрами вне полосы пропускания, 12 дБ на октаву. Катушки фильтров намотаны на каркасах из изоляционного материала (рис.2). Катушки L1 и L2 содержат по 150, a L3, L4 по 97 витков провода ПЭВ-1 диаметром 1,25 мм.
Ящик громкоговорителя изготовлен из древесно-стружечных плит толщиной 20 мм. Размещение головок и фильтров в ящике показано на рис.3. Для устранения вредного влияния колебаний диффузоров низкочастотных головок на среднечастотные, последние закрыты пластмассовыми колпаками, оклеенными внутри войлоком (на рисунке среднечастотные головки показаны со снятыми колпаками).
При выборе способа акустического демпфирования подвижных систем головок было опробовано два метода: использование панели акустического сопротивления (ПАС), изготовленной по рекомендациям, приведённым в статье Н. Молодой, В. Шорова, И, Храбана «Акустическое демпфирование громкоговорителей» (Радио», 1969, №4, с. 27—28); заполнение всего объёма ящика ватой.
В первом случае задняя стенка ящика изготавливалась из фанеры толщиной 10 мм, суммарная площадь отверстий ПАС составляла примерно 450 см 2 (200 отверстий диаметром 16 мм). Для устранения нежелательных резонансных явлений, внутренняя поверхность ящика частично оклеивалась войлоком.
Во втором случае задняя стенка склеивалась из двух листов фанеры толщиной 10 и 5 мм и наглухо привинчивалась к корпусу, внутренний объем которого заполнялся тщательно расчёсанной ватой.
На рис.4 представлены частотные характеристики громкоговорителей с ПАС на задней стенке (сплошная линия) и заполненных ватой (пунктирная линия). Как видно из рисунка, частотные характеристики в обоих случаях примерно одинаковы, однако, при непосредственной слуховой оценке различными группами слушателей качество звучания громкоговорителя с ПАС было признано предпочтительным.
Динамических головки .
В основу рассматриваемого проекта было положено использование купольного среднечастотника VIFA D75MX-41-08, основные свойства которого определили технические компромиссы проекта в части выбора остальных динамически х голов ок .
Суть компромисса состоит в следующем. С одной стороны,главными достоинствами динамической головки D75 являются высокое значение фактора ускорения (1420) и низкое значение индуктивности звуковой катушки (0.13 мГн на частоте 10кГц). С другой стороны, величина линейного участка хода звуковой катушки 0.5мм и резонансная частота 300Гц исключают возможность использования этой головки с частотой раздела ниже 600Гц. В связи с этимчасть среднечастотного диапазона должна воспроизводится НЧ головкой. Для детального воспроизведения в полосе частот до 600 Гц потребуется НЧ головка с фактором ускорения не менее 300. Такое значении фактора ускорения НЧ головки приходит в противоречие с возможностью обеспечить низкую частоту среза и высокий уровень звукового давления на низких частотах. Варианты компромисного разрешения этого противоречия будут определяться свойствами НЧ головки.
НЧ головка должна удовлетворять еще одному требованию: желательно, что бы ее диффузор не имел заметно выраженных резонансных явлений на рабочих частотах, т.е. до 600 Гц. Выяснить соответствие последнему требованию на основе изучения справочных материалов изготовителей затруднительно,придется приобретать головки и проводить измерения. В таблице 1 приведеныпараметры четырех НЧ головок диаметром 200 мм с фактором ускорения, превышающим 300. По справочным данным рассчитаны частоты срезаF3 для объема Vb =40 литров. Для SEAS H1288 предполагается использование закрытого объема, для остальных головок – фазоинвертора.
Таблица 1.
|
Изготовитель, модель |
BL/m |
SENS |
Xmax |
|||||
|
SEAS H1288 |
89.5 |
0.41 |
||||||
|
PEERLESS 830884 |
89.3 |
32.4 |
68.8 |
0.38 |
||||
|
BEYMA 8woofer/P |
0.38 |
|||||||
|
AUDAX HM210Z12 |
90.7 |
86.3 |
0.33 |
Из четырех моделей головок, указанных в таблице, удалось приобрести три: Н1288, 8woofer/P и HM210Z12 . На рис.1 показаны Z-x арактеристики динамических головок, измеренные LMS в режиме генератора тока. Резонанс диффузора SEAS H1288 приходится на частоту 680 Гц (синяя кривая). Диффузор BEYMA 8woofer/p резонирует на частоте 500Гц (черная кривая). Z –характеристика AUDAX HM210Z12 (желтая кривая)не показывает явно выраженных резонансных явлений. Из трехимеющихся моделей динамических головок в наибольшей степени удовлетворяет требованиям проекта динамики AUDAX HM210Z12. Приобретенные экземпляры динамиков BEYMA 8woofer/P оказались непригодными для дальнейшего использования в проекте – их резонансные частоты и значения Qts слишком сильно отличались от заявленных в справочных данных.
Для дальнейшей работы над проектом остались SEAS H1288 и AUDAX HM210Z12 . С использованием макета корпуса объемом 40 литров был обследован громкоговорительна Н1288, поскольку эта головка доступна для приобретения любителями, кроме того, она обладает некоторыми преимуществами перед HM210Z12 в части воспроизведения низких частот. Прослушивания макета громкоговорителя показали, что Н1288 при совместной работе с D75 дает удовлетворительный результат, но взыскательные слушатели на вокальных партиях замечали некоторую окраску звучания, связанную с резонансом диффузора на частоте 600 Гц. Экземпляры головок Н1288, используемые в проекте, имели в закрытом корпусе 40 литров полную добротность 0. 78. Для более качественного воспроизведения нзких частот требовалось увеличить объем корпуса до 50 литров.
На рис.2 показана схема кроссовера громкоговорителя на Н1288.
На рис.3 показана АЧХ громкоговорителя измеренная микрофоном, расположенным вдоль оси ВЧ головки на расстоянии 1м.
В окончательной версии громкоговорителя используется HM210Z12, которая обладаетболее приемлемыми характеристиками для воспрогизведения вокала, поскольку ее диффузор не имеет явно выраженных резонансных явлений.
Выбор ВЧ головкидля совместной работы с D 75 не обусловлен специфическими требованиями, и MOREL MDT 33 представляется вполне приемлемым вариантом для громкоговорителя такого класса.
Конструкция корпуса.
Чертеж корпуса грокоговорителя с использованием HM210Z12 показан на рисунке 4 4 .
Предварительные расчеты показали, что для акустического оформления HM210Z12 требуется объем 40 литров с фазоинвертором, настроенным на частоту 44 Гц. Труба с внутренним диаметром 75 мм длиной 30 мм обеспечила заданную частоту настройки. Отверстие для трубы расположено на задней стенке в верхней части корпуса.
В корпусе высотой 1м возникает необходимость подавления стоячей волны между верхней и нижней стенкой на частоте примерно 150 Гц.Для этой цели отверстие в перемычке, расположенной ниже НЧ головки, затянуто синтепоном, объем корпуса под перемычкой заполнен ватином. Внутренняя поверхность корпуса выше перемычки оклеена тонким ватином. Принятые меры оказались достаточнными для эффективного подавления стоячей волны при этом мало повлияли на эффекивность работы фазоинвертора.
В качестве акустического оформления среднечастотной головки используется полусферическая камера VISATON AK 10.13 , оклеенная снаружи герленом и заполненная синтепоном. Камера и СЧ головка установленына противоположных сторонах передней панели. Такое решение уменьшает передачу вибрации головки на камеру, что существенно для качественного воспроизведения средних частот, но приводит к необходимости делать заднюю стенку съемной. Задняя стенка крепится десятью саморезами к рамкам, вклеенным в корпус. Герметизация задней стенки обеспечивается уплотнением из пенополиэтилена. Усложнения конструкции корпуса, связанного со съемной задней стенкой, можно избежать, если закрепить и загерметизировать камеру с проводами на передней панели до сборки корпуса.Для громкоговорителя с НЧ головкой Н1288 можно использовать корпус аналогичной конструкции, увеличив его глубину до 300 мм.
Кроссовер.
Схема кроссовера показана на рис.5
В громкоговорителе выбраны частоты раздела 600 и 3500 Гц. В области совместного излучения НЧ и СЧ головок суммируются спады АЧХ по звуковому давлениюБаттерворта второго порядка, требующие противофазного включения динамических головок. Корректирующая цепочка R1L1 служит для компенсации подъема АЧХ, связанного с переходом режима излучения НЧ головки от пространства к полупространству. Резисторы, подключенные параллельно НЧ головке, уменьшают нежелательное взаимодействие НЧ головки с фильтром. (Подробно этот вопрос рассмотрен в работе «Любительские громкоговорители 3»). Емкость С2 обеспечивает защиту СЧ головки от перегрузки низкими частотами и формирует заданный спад АЧХСЧ головки в нижней области совместного излучения.
В области совместного излучения СЧ и ВЧ головок используются спады АЧХ по звуковому давлению Линквица-Рилея четвертого порядка, полученные с помощью электрических фильтров второго порядка. Передаточные характеристики фильтров кроссовера показаны на рис. 6. В кроссовере используются элементы MUNDORF, VISATON и SOLEN .
На рис.7 показаны АЧХ динамических головок, работающих с фильтрами. На рис.8 показана АЧХ громкоговорителя, измеренная вдоль оси ВЧ головки на расстоянии 1м. На рис.9 показана зависимость от частоты полного сопротивления громкоговорителя.
Заключение.
Опыт работы по этому проекту показывает возможность получения достаточно качественного воспроизведения фонограмм вокальных партий за счет применения купольного среднечастотника VIFAD75 .Учитывая, что громкоговоритель с использованием HM210Z12 повторить затруднительно из-за отсутствия этих головок в продаже, с некоторым снижением требований к воспоизведению средних частот можно использовать Н1288.
Занимательная статья в журнале Радио в номере 10 за 1983 год. Громкоговоритель с повышенным КПД Раздел Звуковоспроизведение.
В соответствии с ГОСТ 24307-80 (ст. СЭВ 1356-75) и стандартом DIN 45500 для громкоговорителей высокой верности воспроизведения категории Hi-Fi дополнительно указывается так называемая рабочая мощность (мощность, создающая номинальное звуковое давление 1,2 Па или 96 дБ на расстоянии 1 м). Оговаривается этот параметр не случайно: он, в сущности, определяет КПД громкоговорителя (меньшей рабочей мощности соответствует более высокий КПД) и уровень, при котором измеряют коэффициент гармоник. Чем меньше, по сравнению с номинальной, рабочая мощность громкоговорителя, тем в более облегчённом режиме будет использовать его слушатель. Все это благоприятно сказывается на качестве звучания, поскольку известно, что при работе головки с мощностью, в два - четыре раза меньшей номинальной, почти вдвое снижаются нелинейные искажения воспроизводимого ею сигнала. Громкоговорители с повышенным КПД за счёт более высокого максимально воспроизводимого уровня имеют более широкий динамический диапазон и большую перегрузочную способность для импульсных сигналов при малых и средних уровнях громкости.
КПД промышленных и любительских громкоговорителей, предназначенных для использования в высококачественной бытовой радиоаппаратуре, сравнительно невысок. Об этом свидетельствует величина рабочей мощности, которая, например, у таких широко распространённых громкоговорителей, как 35AC-1 и 25АС-2 (25АС-9, 25АС-326) равна 16 Вт, что составляет соответственно 0.45 и 0,64 от их номинальной мощности.
Громкоговоритель, описание которого предлагается вниманию читателей, обладает повышенными, по сравнению с указанными выше громкоговорителями, КПД и перегрузочной способностью (его рабочая мощность равна 0,16 от номинальной), широким динамическим диапазоном и достаточно равномерной АЧХ.
Основные технические характеристики:
Номинальная мощность. Вт…………25
Максимальная мощность. Вт………35
Номинальное электрическое сопротивление, Ом …. 8
Эффективно воспроизводимый диапазон
частот, Гц, при неравномерности АЧХ 12 дБ………….35 - 22 000
Среднее стандартное звуковое давление, Па……….0.2
Рабочая мощность, Вт, не более…………….4
Частоты разделения фильтров, Гц……………….500 и 5000
Габариты, мм, (высота х ширина х глубина):
без блока ВЧ головок…………….740x400x385
с блоком ВЧ головок…………….936 х 400X 475
Судя по литературным источникам, далеко не все специалисты считают, что применение разделительных фильтров с линейной ФЧХ для Hi-Fi громкоговорителей является обязательным. Это вытекает из утверждения, что предельная величина групповой задержки может достигать 2 мс, из чего следует, что фильтр любого с первого по третий порядка отвечает этим требованиям. Отсюда можно сделать вывод, что линейность ФЧХ разделительного фильтра для любительских конструкций не очень важна. В то же время, как будет показано далее, автору представляется существенным соблюдение линейности фазы головок при установке их в корпус громкоговорителя.
Схема включения головок и разделительных фильтров громкоговорителя показана на рис. 1. В целях улучшения разделения полос использованы комбинированные разделительные фильтры C2L2C4 (C3L4C6) и C1L1L3C5 с различной крутизной спада АЧХ (соответственно 18 и 12 дБ на октаву). На частоте раздела НЧ и СЧ звеньев с целью проведения экспериментов переключателем S1 может быть включён фильтр C1L1 первого порядка с крутизной спада АЧХ 6 дБ на октаву, обладающий большей линейностью фазовой характеристики. Порядок фильтра устанавливается слушателем в зависимости от желаемого характера звучания.
В данном громкоговорителе предусмотрена возможность перефазирования с помощью переключателей S2 - S4 головок каждой полосы. Исходным считается положение, в котором СЧ головки включены противофазно по отношению к низкочастотным и высокочастотным. Катушки фильтров L1 и L2 намотаны на каркасах из изоляционного материала диаметром 60 мм, намотка рядовая, её длина 30 мм, диаметр щёчек 100 мм. Первая катушка содержит 196, а вторая - 235 витков провода ПЭВ-2 1,84. Катушки L3 и L4 выполнены на каркасах диаметром 24 мм, длина намотки 12 мм, диаметр щёчек 54 мм. Катушка L3 содержит 115, а L4 - 98,5 витка провода ПЭВ-2 1,12.
Головки зашунтированы корректирующими RC-цепями. В результате, благодаря более полному согласованию головок с разделительными фильтрами, уменьшились гармонические и интермодуляционные искажения, и улучшилась линейность АЧХ. В громкоговоритель введены также аттенюаторы, позволяющие регулировать АЧХ СЧ звена в пределах ±4 дБ, а ВЧ звена в пределах +6…-2 дБ относительно уровня, показанного на вкладке.
Громкоговоритель выполнен в виде фазоинвертора. Низкочастотные головки закреплены с наружной стороны лицевой панели 1 в выбранных стамеской углублениях, так что их диффузородержатели размещены заподлицо с панелью. С внутренней стороны отверстий под НЧ головки под углом 45° сняты фаски на глубину 10 мм.
Панель 4, на которой установлены среднечастотные головки, выполнена из алюминия толщиной 3 мм (можно использовать винипласт, органическое стекло или полистирол толщиной 3.5… 5 мм). Перед этими головками на лицевой панели укреплена изготовленная из стальной проволоки диаметром 4 мм декоративная рамка, на неё натянута капроновая сетка (ткань, канва и т. п.). С задней стороны СЧ головок установлена Г-образная перегородка (детали 2,3) из фанеры толщиной 10 мм, отделяющая их от внутреннего объёма корпуса громкоговорителя.
Панель высокочастотных головок изготовлена из алюминия толщиной 2 мм. Чтобы исключить фазовый сдвиг из-за размещения акустических центров среднечастотных и высокочастотных головок в разных плоскостях, высокочастотное звено выполнено в виде отдельного узла, состоящего из четырёх головок 2ГД-36, нагруженных экспоненциальными согласующими рупорами. В пределах угла 90…95° (т. е. ±45° от оси головки) не наблюдается сколь-нибудь заметного снижения звукового давления высокочастотного блока. Имеется возможность перемещения блока по глубине с целью получения наилучшей пространственной линейности фазовых характеристик среднечастотных и высокочастотных головок. Оси среднечастотных головок также развёрнуты (под углом 25°), что способствует расширению диаграммы их направленности и получению более широкой зоны стереоэффекта. Принимать специальные меры по улучшению линейности фазовой характеристики громкоговорителя на частоте раздела среднечастотных и низкочастотных головок нет необходимости, поскольку возможное смещение акустических центров этих звеньев на 7…15 мм много меньше длины волны на частоте раздела (0,68 м на частоте 500 Гц) и вносимый вследствие этого сдвиг фаз очень мал.
Корпус громкоговорители изготовлен из ДСП толщиной 20 мм. Задняя стенка корпуса съёмная. Для заполнения внутреннего объёма корпуса потребуется 1300… 1400 г ваты.
Для предотвращения выкрашивания краёв лицевой панели целесообразно изготовить её из фанеры толщиной 20 мм или из фанерованной с двух сторон ДСП. Если же для изготовления передней панели используется все-таки не фанерованная ДСП, следует наложить её на стенки корпуса, а не вставлять внутрь его. Это увеличит расстояние головок до краёв передней панели и предотвратит возможное выкрашивание ДСП.
В описываемом громкоговорителе используется туннель фазоинвертора переменного сечения. По сравнению с туннелями постоянного сечения (цилиндрическими и прямоугольными) он при меньшей глубине обладает лучшими переходными характеристиками, не создаёт посторонних призвуков и резонансных явлений внутри трубы.
Туннель настроен па частоту 37 Гц. Он выполнен из фанеры (можно гетинакса) толщиной 8 мм в виде усечённой пирамиды с нижним основанием размерами 80×130 мм, верхним 80х80 мм и высотой 70 мм (везде указаны внутренние размеры).
На магнитные системы низкочастотных и среднечастотных головок клеем БФ-2 наклеены феррит-бариевые магниты марки 2БА диаметром 74 ..85 мм. Такие магниты используются в головках 4ГД-8Е, 4ГД-36, 6ГД-2, 6ГД-6, 10ГД-34 и им подобных. Основной и дополнительный магниты ориентируют таким образом, чтобы они взаимно отталкивались и склеивают друг с другом. После этого на дополнительные магниты наклеивают штампованные колпаки диаметром 100 мм (высота зависит от толщины подклеиваемого магнита), изготовленные из стали Ст. 3 толщиной 1.5 мм. Для этой пели, правда, с несколько худшим эффектом, можно использовать металлические банки из-под зелёного горошка («Глобус»).
Описанная доработка головок позволила на 15..25% повысить их номинальное звуковое давление, уменьшить коэффициент гармоник при малых и средних уровнях сигнала, улучшить переходные характеристики СЧ головок.
Для улучшения демпфирования диффузоры СЧ головок пропитаны касторовым маслом.
Как уже указывалось, высокочастотные головки установлены в устьях экспоненциальных рупоров, вертикальное сечение которых показано на рис 4. Вертикальные стенки рупора плоские, горизонтальные – криволинейные. Размеры устьевого отверстия 53хЗ6 мм, выходного - 166×96, глубина рупора - 116 мм. За пределы корпуса громкоговорителя рупор выступает приблизительно на 90 мм. Это расстояние подбирается при прослушивании музыкальных передач.
Применение рупора улучшает характеристику направленности и увеличивает звуковое давление на оси головки приблизительно в 2 раза (до 0,4 - 0,45 Па). В результате высокочастотный блок, состоящий из четырёх головок 2ГД-36, оказывается эквивалентным высокочастотной головке мощностью 50 Вт, электрическим сопротивлением 8 Ом и средним стандартным звуковым давлением 0 2 Па. Громкоговоритель можно эксплуатировать с различными промышленными и любительскими усилителями высокого класса с номинальной мощностью 8…50 Вт.
А. Голунчиков
