ЗВУКОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ
Ф. Буданков
ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЙ ТРЕХПОЛОСНЫЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ
номинальная ……………12.
максимальная ………… 25
Номинальное полное электрическое сопротивле-ние, …………….. 8
Частоты разделения фильтра, Гц:
первая …………… 500
вторая …………….. 5000
Крутизна спада характеристики фильтра за часто-тами раздела, дБ/ ……….. 12
Габариты громкоговорителя, мм……. 440X280X263
Принципиальная громкоговорителя изображе-на на рис. 1. Катушки фильтра намотаны на каркасах из изоляционного материала. Каркасы катушек L 1, L 2 изготовлены из отрезков длиной 36 мм полиэтиленовой диаметром 66 мм, к которым тремя винтами МЗ прикреплены щечки из фанеры толщиной 4 мм. Катуш-ки L 3, L 4 намотаны на картонных гильзах от элементов 373. Катушки L1 и L 2 содержат по 230 витков провода ПЭВ-1 1,12, намотанных между щечками. катушек 3,1 мГн. Катушки L 3 и L 4 намотаны в несколь-ко слоев проводом ПЭВ-1 0,86. витков - 145, дли-на намотки 42 мм, индуктивность - 0,4 мГн. Конструк-ция каркасов катушек показана на рис. 2.
В фильтре использованы конденсаторы МБГП на но-минальное 160 В и резисторы ПЭВ-5.
Рис. 1. Схема громкоговорителя
Ящик изготовляют из плотной фанеры толщиной 10 мм. Размеры боковых стенок - 440×263 мм, а ниж-ней и верхней - 280×263 мм. Выпиливать заготовки деталей из фанеры следует пилой с мелкими зубьями, чтобы избежать сколов и трещин на торцах. Удобно воспользоваться для этой цели ножовкой по металлу.
Выпилив заготовки, оклеивают их наружные декоративной пленкой или шпоном ценных пород дре-весины. Декоративную пленку приклеивают клеем 88Н. К внутренним сторонам заготовок приклеивают эпоксид-ным клеем деревянные бруски сечением 25X20 мм, рас- которых показано на рис. 3. Переднюю па-нель склеивают эпоксидным клеем из двух кусков -неры толщиной 10 мм каждый, предварительно выпилив лобзиком отверстия головки и туннель фазоинвер- . и размеры заготовок и сама панель в сбо-ре показаны на рис. 4.
Детали ящика склеивают эпоксидным клеем, стяги-вают веревками, на верхнюю кладут груз и оставляют на 1,5…2 суток для полного отверждения клея, После этого снимают веревки, осматривают ящик и, если есть щели в стыках, заливают их эпоксидным клеем.
Туннель фазоинвертора с внутренним диаметром 40 мм склеен из толстого жесткого картона или нескольких слоев ватмана клеем ПВА. Толщина стенки 3 мм. -, нель приклеивают эпоксидным клеем к передней панели после настройки фазоинвертора, а на время настройки крепят пластилином.
Рис. 2. Конструкция каркасов катушек
Рис. 3. ящика громкоговорителя
Головку 10ГД-30 устанавливают на переднюю па-нель ящика изнутри, а головки 4ГД-8Е и ЗГД-31 - сна-ружи. Головку 4ГД-8Е закрывают колпаком из фанеры дюралюминия. Внутренний объем колпака заполня- ватой (но так, чтобы она не касалась колеблющейся мембраны головки). Это необходимо для , чтобы воздуха, создаваемые НЧ головкой, не влия- на работу головки СЧ.
Детали разделительного фильтра монтируют на пла-те, которую затем крепят к дну ящика. Заднюю стенку прикрепляют к ящику шурупами. Провод для подклад, чения головок продевают в отверстие в задней стенке и заливают его клеем. Чтобы обеспечить герметичность установки задней стенки, пользуются герметизирующей мастикой или прокладкой из губчатой: резины. Внутрен-нюю ящика оклеивают поролоном толщи, ной 30…40 мм.
Настраивают на резонансную частоту головки 10ГД-30 в открытом воздухе. Резонансную ча-стоту измеряют полному сопротивлению (кривая 1 на рис. 5). Затем, установив головку в ящик, снимают зависимость полного сопротивления от частоты и, из-меняя длину туннеля, добиваются, чтобы на резонанс- частоте головки было минимальное полное сопро-тивление ( 2). Если кривой 2 располо-жен левее fpe3, то необходимо уменьшить длину туннеля, наоборот. Для этого изготавливают заведомо большей длины и, укорачивая его, настраивают фазоин-вертор. В описываемом громкоговорителе туннеля равна 190 мм. Следует заметить, что при изготовлении громкоговорителя в точном соответствии с описанием фазоинвертора скорее всего не потребуется. будет необходима при изменении внутреннего диа-метра туннеля более чем на 7…10% и объема ящика - на 10…20%.
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.
Электрическая схема фильтра трехполосного громкоговорителя 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.
Чертеж трехполосного громкоговорителя 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.
Ф. Буданков
Известно, что степень верности звуковоспроизведения в равной мере зависит от качества усилителя НЧ и громкоговорителя. Вниманию радиолюбителей предлагается высококачественный трехполосный громкоговоритель. Оя рассчитан на работу с усилителем НЧ с мощностью канала 10…25 Вт и содержит динамические головки прямого излучения - низкочастотную 10ГД-30, среднеча-стотную 4ГД-8Е, высокочастотную ЗГД-31 и разделительный фильтр. Акустическое оформление низкочастотной головки выполнено по принципу фазоинвертора, что Позволило расширить частотную полосу громкоговорителя в сторону низших частот и уменьшить искажения на этих частотах.
Основные технические характеристики
Мощность, Вт:
номинальная ……………12.
максимальная ………… 25
Номинальное полное электрическое сопротивление, Ом…………….. 8
Номинальный интервал рабочих частот, Гц, при неравномерности частотной характеристики по звуковому давлению не более 12 дБ……35… 18 000
Среднее стандартное звуковое давление, Па …..0,15
Частоты разделения фильтра, Гц:
первая …………… 500
вторая …………….. 5000
Крутизна спада характеристики фильтра за частотами раздела, дБ/октава ……….. 12
Габариты громкоговорителя, мм ……. 440X280X263
Принципиальная схема громкоговорителя изображена на рис. 1. Катушки фильтра намотаны на каркасах из изоляционного материала. Каркасы катушек L 1, L 2 изготовлены из отрезков длиной 36 мм полиэтиленовой трубы диаметром 66 мм, к которым тремя винтами МЗ прикреплены щечки из фанеры толщиной 4 мм. Катушки L 3, L 4 намотаны на картонных гильзах от элементов 373. Катушки L1 и L 2 содержат по 230 витков провода ПЭВ-1 1,12, намотанных между щечками. Индуктивность катушек 3,1 мГн. Катушки L 3 и L 4 намотаны в несколько слоев проводом ПЭВ-1 0,86. Число витков - 145, длина намотки 42 мм, индуктивность - 0,4 мГн. Конструкция каркасов катушек показана на рис. 2.
В фильтре использованы конденсаторы МБГП на номинальное напряжение 160 В и резисторы ПЭВ-5.
Рис. 1. Схема громкоговорителя
Ящик изготовляют из плотной фанеры толщиной 10 мм. Размеры боковых стенок - 440×263 мм, а нижней и верхней - 280×263 мм. Выпиливать заготовки деталей из фанеры следует пилой с мелкими зубьями, чтобы избежать сколов и трещин на торцах. Удобно воспользоваться для этой цели ножовкой по металлу.
Выпилив заготовки, оклеивают их наружные стороны декоративной пленкой или шпоном ценных пород древесины. Декоративную пленку приклеивают клеем 88Н. К внутренним сторонам заготовок приклеивают эпоксидным клеем деревянные бруски сечением 25X20 мм, расположение которых показано на рис. 3. Переднюю панель склеивают эпоксидным клеем из двух кусков фанеры толщиной 10 мм каждый, предварительно выпилив лобзиком отверстия под головки и туннель фазоинвер-тора. Форма и размеры заготовок и сама панель в сборе показаны на рис. 4.
Детали ящика склеивают эпоксидным клеем, стягивают веревками, на верхнюю панель кладут груз и оставляют на 1,5…2 суток для полного отверждения клея, После этого снимают веревки, осматривают ящик и, если есть щели в стыках, заливают их эпоксидным клеем.
Туннель фазоинвертора с внутренним диаметром 40 мм склеен из толстого жесткого картона или нескольких слоев ватмана клеем ПВА. Толщина стенки 3 мм. Тун-, нель приклеивают эпоксидным клеем к передней панели после настройки фазоинвертора, а на время настройки крепят пластилином.
Рис. 2. Конструкция каркасов катушек
Рис. 3. Конструкция ящика громкоговорителя
Головку 10ГД-30 устанавливают на переднюю панель ящика изнутри, а головки 4ГД-8Е и ЗГД-31 - снаружи. Головку 4ГД-8Е закрывают колпаком из фанеры или дюралюминия. Внутренний объем колпака заполняют ватой (но так, чтобы она не касалась колеблющейся мембраны головки). Это необходимо для того, чтобы колебания воздуха, создаваемые НЧ головкой, не влияли на работу головки СЧ.
Детали разделительного фильтра монтируют на пла-те, которую затем крепят к дну ящика. Заднюю стенку прикрепляют к ящику шурупами. Провод для подклад, чения головок продевают в отверстие в задней стенк е и заливают его клеем. Чтобы обеспечить герметичность установки задней стенки, пользуются герметизирующей мастикой или прокладкой из губчатой: резины. Внутреннюю поверхность ящика оклеивают поролоном толщи, ной 30…40 мм.
Фазоинвертор настраивают на резонансную частоту головки 10ГД-30 в открытом воздухе. Резонансную частоту измеряют по полному сопротивлению (кривая 1 на рис. 5). Затем, установив головку в ящик, снимают зависимость полного сопротивления от частоты и, изменяя длину туннеля, добиваются, чтобы на резонансной частоте головки было минимальное полное сопротивление (кривая 2). Если минимум кривой 2 расположен левее f pe 3 , то необходимо уменьшить длину туннеля, и наоборот. Для этого изготавливают туннель заведомо большей длины и, укорачивая его, настраивают фазоинвертор. В описываемом громкоговорителе длина туннеля равна 190 мм. Следует заметить, что при изготовлении громкоговорителя в точном соответствии с описанием настройка фазоинвертора скорее всего не потребуется. Она будет необходима при изменении внутреннего диаметра туннеля более чем на 7…10% и объема ящика - на 10…20%.
Декоративную рамку лучше всего изготовить так, как сказано в статье О. Салтыкова «Малогабаритный громкоговоритель» (см. «Радио», 1977, № 11, с. 56, 57).
При прослушивании разнообразных музыкальных программ было отмечено заметное преимущество данного громкоговорителя по сравнению с заводскими мощностью до 20 Вт (10МАС-1, 20АС-1), особенно на низших частотах.
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.