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.
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.
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.
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.
Трехполосный громкоговоритель с головкой W21 ЕХ 001
Целью разработки описываемой конструкции было создание пригодного для повторения в любительских условиях громкоговорителя относительно небольшого размера с высокими электроакустическими характеристиками. При выборе динамических головок учитывались их электроакустические параметры, а также опыт конструирования нескольких громкоговорителей, разработанных автором ранее. Для низких частот выбрана динамическая головка SEAS W21EX 001 К началу разработки имелся положительный опыт использования W21ЕХ 001 в двухполосном громкоговорителе закрытого типа, который обеспечивал достаточно высокое качество воспроизведения низких частот. Для средних частот выбрана головка SEAS Н143 с бумажным диффузором, для высоких частот - PEERLESS 810665 без магнитной жидкости, с куполом из пропитанной ткани.
Чертеж корпуса громкоговорителя показан на рис. 1. Корпус имеет полезный объем 28 л для головки НЧ и 2,7 л - для головки СЧ. Эти объемы заполнены синтепоном низкой плотности. С целью снижения вибраций внутренняя поверхность корпуса покрыта гидростеклоизолом.
(нажмите для увеличения)
Для дополнительного демпфирования боковых стенок использованы накладки. В накладках имеются круглые выборки, в которые вложены резиновые шайбы, по толщине превышающие глубину выборок на 0,5 мм. Накладки прикрепляют к боковым стенкам винтами-саморезами. По мере прижима накладок происходит деформация шайб, и они плотно прилегают к боковой стенке корпуса.
Наружная поверхность корпуса оклеена шпоном вишни, накладки покрашены черной акриловой краской. Темные накладки на фоне светлого шпона подчеркивают форму конструкции, придавая корпусу более гармоничный внешний вид.
Описанию кроссовера целесообразно уделить особое внимание, поскольку он является важным узлом трехполосного громкоговорителя.
Начнем с уточнения некоторых понятий. Интервал частот, в котором обе головки участвуют в формировании результирующей АЧХ по звуковому давлению, является областью совместного излучения динамических головок, и частота раздела расположена внутри этой области. При симметричных спадах АЧХ по звуковому давлению частота раздела может быть вычислена как среднее геометрическое значение частот, определяющих границы области совместного излучения. Зависимости модуля полного сопротивления от частоты динамических головок и громкоговорителя для краткости (ввиду частого упоминания) будем называть Z-характеристиками.
При разработке кроссовера ставилось целью обеспечить получение минимальной неравномерности АЧХ громкоговорителя по звуковому давлению. Для моделирования кроссовера использована программа LEAR которая позволяет работать с измеренными АЧХ и Z-характеристиками динамических головок. Это дает возможность просмотреть предварительно работу разных схем фильтров, получая достаточно наглядные результаты, и выбрать для реализации наиболее приемлемый вариант. Программа LEAP имеет оптимизатор, позволяющий в автоматическом режиме рассчитать любой элемент фильтра по заданному критерию (например, по минимальной неравномерности АЧХ в заданном интервале частот).
Исходными данными для разработки кроссовера являются АЧХ чувствительности и Z-характеристики динамических головок. Все эти характеристики измеряются в корпусе громкоговорителя после настройки акустического оформления. Для выбора оптимальных частот раздела были проведены измерения АЧХ всех головок с помощью микрофона, расположенного вдоль оси головки на расстоянии 0,5 м, а результаты усреднены в интервалах 0,2 октавы. Z-характеристики измерены в режиме генератора тока. Определим ориентировочно частоты раздела на основе анализа АЧХ динамических головок.
АЧХ головки НЧ (рис. 2) имеет неравномерность 3 дБ в диапазоне частот 60...500 Гц; дальше с увеличением частоты следует подъем с максимумом на частоте 1,3 кГц. Такой характер АЧХ не является проблемой, поскольку в трехполосном громкоговорителе можно использовать головку НЧ в диапазоне частот не выше 600 Гц, где неравномерность АЧХ достаточно мала.
АЧХ головки СЧ (рис. 3) в диапазоне частот 600...4000 Гц имеет неравно мерность 4 дБ. Неравномерность АЧХ характеризуется подъемом на частоте 1 кГц и провалом в диапазоне от 1,5 до 3 кГц. При разработке фильтров кроссовера желательно уменьшить неравномерность АЧХ головки СЧ. Для этого желательно выбрать частоту раздела недалеко от провала в ее АЧХ. Выберем частоту раздела равной 3 кГц и проверим, как это согласуется с параметрами головки ВЧ.
АЧХ этой головки (рис. 4) в диапазоне 3...20 кГц имеет неравномерность 3 дБ, а резонансная частота - около 950 Гц. При разработке фильтра необходимо учесть, что для защиты головки ВЧ от перегрузки средними частотами придется обеспечить ослабление сигнала на частоте 950 Гц не меньше 20 дБ. При частоте раздела 3 кГц необходимое ослабление можно обеспечить с помощью ФВЧ третьего порядка.
Схема кроссовера показана на рис. 5. Сигналы НЧ поступают на динамическую головку W21EX001 через ФНЧ второго порядка L4C7, обеспечивающий спад АЧХ по звуковому давлению 3 дБ на частоте 500 Гц. Цепь R5C8 компенсирует увеличение полного сопротивления головки с ростом частоты. Симметричный спад АЧХ головки СЧ формирует ФВЧ первого порядка, в котором работает конденсатор C3.
Использование фильтра первого порядка при требуемом спаде АЧХ с наклоном 12 дБ на октаву оказалось возможным из-за того, что начало естественного спада АЧХ головки СЧ оказалось близким к частоте раздела. Формирование спада АЧХ произошло как результат взаимодействия передаточной характеристики фильтра и естественного спада АЧХ головки СЧ. Резонансный пик на Z-характеристике этой головки скомпенсирован последовательным контуром L3C6R4. Элементы R3 и С5 компенсируют увеличение сопротивления головки СЧ с ростом частоты. В компенсирующем контуре R4 подбирается так, чтобы в сумме активное сопротивление катушки индуктивности и резистора R4 составило 9 Ом.
На рис. 6 показаны результаты компенсации нелинейности, присущей Z-характеристике головки СЧ. Фильтр низких частот второго порядка L2C4 формирует спад АЧХ головки СЧ, который начинается с 2,5 кГц.
Совместно с головкой ВЧ работает ФВЧ третьего порядка, который на частоте 2,5 кГц обеспечивает ослабление 5 дБ. Делитель R1R2 согласует головку ВЧ по уровню звукового давления с головками СЧ и НЧ.
Параметры элементов кроссовера подобраны с помощью оптимизатора программы LEAP по критерию минимальной неравномерности АЧХ громкоговорителя по звуковому давлению.
На рис. 7 показаны АЧХ динамических головок, работающих совместно с фильтрами, и результирующая АЧХ громкоговорителя. Для наглядности уровень АЧХ динамических головок уменьшен на 1 дБ.
Область совместного излучения головок НЧ и СЧ находится в интервале 400...900 Гц, располагаясь симметрично относительно 600 Гц. Их АЧХ по звуковому давлению пересекаются на частоте 550 Гц. Область совместного излучения головок СЧ и ВЧ лежит в интервале 2,5...4 кГц, располагаясь симметрично относительно 3,16 кГц. АЧХ по звуковому давлению головок СЧ и ВЧ пересекаются на частоте 2,9 кГц. На рис. 8 показаны передаточные характеристики фильтров.
Рассмотрим их характерные особенности.
Фильтр, работающий совместно с головкой НЧ, создает небольшой спад в области низких частот. Спад начинается с 50 Гц и на 20 Гц составляет 1 дБ. Так сказывается влияние изменения полного сопротивления головки НЧ: полное сопротивление уменьшается с 30 до 8 Ом при изменении частоты с 50 до 20 Гц.
Фильтр для головки СЧ используется помимо ограничения полосы рабочих частот и для корректировки АЧХ по звуковому давлению, в связи с этим его передаточная характеристика в полосе прозрачности практически не имеет плоского участка. В результате в полосе частот 1...3 кГц неравномерность АЧХ громкоговорителя составляет 1,5 дБ, тогда как головка СЧ в этом диапазоне имеет неравномерность АЧХ 4 дБ.
Фильтр, защищающий головку ВЧ от внеполосных низкочастотных сигналов, обеспечивает на частоте 950 Гц ослабление 24 дБ.
В кроссовере используются металлопленочные керамические резисторы на мощность 5 Вт. Конденсаторы С1, С2, С4 - с полипропиленовым диэлектриком на рабочее напряжение 250 В фирмы Solen. Конденсаторы C3, С5, С7, С8 - пленочные с лавсановым диэлектриком (MKT axial) на рабочее напряжение 160 В. С6 - неполярный оксидный конденсатор Jamicon на рабочее напряжение 35 В.
Катушки индуктивности намотаны на каркасах, изготовленных из оргстекла. На схеме указаны максимально допустимые значения активных сопротивлений катушек индуктивности. Намоточные данные катушек сведены в таблицу. В ней приняты следующие обозначения: D - диаметр каркаса; H - высота намотки; Т - ширина намотки; N - число витков; d - диаметр провода.
На рис. 9 показана Z-характеристика громкоговорителя. Минимальное значение модуля полного сопротивления громкоговорителя составляет 4,3 Ом на частоте 300 Гц. Выше частоты 3 кГц происходит увеличение сопротивления, достигая максимума 18 Ом на частоте 7 кГц.
Этот рост полного сопротивления может привести к подчеркнутому воспроизведению высоких частот при работе громкоговорителя с ламповым усилителем, имеющим повышенное выходное сопротивление. Для компенсации подъема параллельно входным клеммам громкоговорителя можно включить последовательный контур R6L5C9 (см. рис. 5). Z-характеристика с компенсацией подъема показана на рис. 10.
Любители сокращать число элементов кроссовера могут исключить компенсацию резонансного пика головки СЧ. На рис. 11 показано изменение АЧХ по звуковому давлению этой головки, которое получается в результате исключения компенсирующего контура R4L3C6. Без компенсации на уровне 12 дБ спад АЧХ приобретает небольшую "полку" в диапазоне 150...300 Гц. Изменение спада АЧХ происходит в основном за пределами области взаимного излучения и не приводит к заметным изменениям АЧХ громкоговорителя. На слух с трудом удается заметить некоторое ухудшение звучания, связанное с исключением компенсирующего контура.
Прослушивание громкоговорителя проводилось с транзисторным усилителем мощности. Все участвовавшие в прослушивании дали положительные отзывы, отметив хорошую артикуляцию басов и нейтральное звучание на средних и высоких частотах. Звучание громкоговорителя на низких частотах было признано адекватным его размерам, но недостаточным для высококачественного воспроизведения программ, где существенную роль играют частоты ниже 60 Гц. Расширить частотный диапазон громкоговорителя вниз до 35 Гц можно введением фазоинвертора для динамической головки W21ЕХ 001.
Смотрите другие статьи раздела .
