Двухкорпусной громкоговоритель

Анализ корреспонденции, полученной автором и редакцией по электронной почте, показал, что многих интересует громкоговоритель существенно более высокого класса, чем тот, схема которого была опубликована ранее (см. №8/2000). Причем желательно, чтобы улучшение звучания колонок не достигалось за счет применения очень дорогих или дефицитных динамических головок. Поиск компромисса между затратами и качеством привел меня к идее разработки двухкорпусного громкоговорителя, процесс изготовления которого можно разделить на два этапа.

Я предлагаю сначала изготовить СЧ/ВЧ-боксы, через которые можно будет слушать музыку, а затем дополнить систему басовыми звеньями. Совместное проектирование такого СЧ/ВЧ-бокса и басовой части избавит вас от проблем с согласованием и переделкой СЧ/ВЧ-боксов на втором этапе. Кроме того, многим меломанам, у которых небольшие громкоговорители, усовершенствовать их акустические системы помогут результаты разработки басовых звеньев, описанных в этой статье.

В СЧ/ВЧ-боксах закрытого типа используются НЧ/СЧ-динамические головки фирмы Peerless типа 850100 (около 65 у.е. за пару), по две штуки в каждом; и ВЧ-излучатель 812774 (около 70 y.e. за пару).

Малая критичность закрытого корпуса к разбросу параметров головок делает хорошим воспроизведение громкоговорителя. Чертеж корпуса СЧ/ВЧ-бокса показан на рис. 1: на передней панели ВЧ-динамик находится между низко-среднечастотниками. Такое расположение расширяет диаграмму направленности громкоговорителя в горизонтальной плоскости и улучшает локализацию источников звука. Корпус изготовлен из MDF толщиной 16 мм, соединение его панелей выполнено на шурупах и клее ПВА, а в качестве антивибрационного покрытия использован гидростеклоизол. (Подробнее об изготовлении корпуса можно прочитать в №8 за этот год.) Внутренний объем заполнен синтепоном низкой плотности.

Схему кроссовера СЧ/ВЧ-бокса можно видеть на рис. 2: в этом звене используются фильтры третьего порядка, обеспечивающие частоту раздела 3,2 кГц. Применяются такие фильтры затем, чтобы сократить область совместного излучения головок и обеспечить надежную защиту ВЧ-головки от перегрузки средними частотами.

АЧХ по звуковому давлению СЧ/ВЧ-бокса приведена на рис. 3. В диапазоне частот 85 - 20000 Гц неравномерность составляет +2,5 дБ. а зависимость модуля полного сопротивления СЧ/ВЧ-части от частоты представлена на рис. 4. Так, минимальное значение импеданса приходится на частоту 5 кГц и составляет 3.75 Ом, а характеристическая чувствительность СЧ/ВЧ-звена равна 88 дБ/Вт/м.

Через СЧ/ВЧ-боксы можно вполне успешно слушать музыку без басовых звеньев, однако при этом придется мириться с двумя их основными недостатками: отсутствием убедительных низов и некоторым повышением искажений, когда в программе присутствует мощный бас. Первая проблема возникает из-за быстрого спада АЧХ по звуковому давлению на частотах ниже 100 Гц. Вторая же неприятность связана с выходом на низких частотах амплитуды колебаний звуковой катушки НЧ/СЧ-головок за пределы линейного участка хода, что вызывает появление дополнительных искажений не только на низких, но и на средних частотах. Рассмотренные недостатки свойственны в той или иной мере всем небольшим громкоговорителям, в которых используются НЧ/СЧ-динамики диаметром 100 - 130 мм с небольшим линейным участком свободного хода звуковой катушки.

Таблица 1.

Чтобы справиться с этими явлениями, нужно разгрузить СЧ/ВЧ-боксы от низких частот, для воспроизведения которых следует использовать отдельные басовые звенья. В них применяются динамические головки 850148 фирмы Peerless (185,8 y.e. за пару), работающие в фаэоинверторе. В Таблице 1 приведены измеренные параметры, по которым рассчитывается акустическое оформление для двух экземпляров головок 850148, а также данные из каталога изготовителя. В таблице используются следующие обозначения:

Fs - резонансная частота в свободном пространстве,

Ots - полная добротность,

Vas - объем, эквивалентный акустической гибкости.

Измеренные и справочные значения различаются весьма существенно, другими словами, фаэоинверторы, рассчитанные по параметрам каталога, оказываются непригодными для головок, характеристики которых указаны в таблице.

В этой связи я рекомендую браться за изготовление фазоинверторов тем читателям, которые имеют возможность измерить параметры головок и рассчитать фазоинверторы по полученным результатам.

Для расчета фазоинверторов были приняты следующие значения:

Fs = 30 Гц. Ots = 0.3. Vas = 100 л.

Qts возрастает в сравнении с измеренными значениями из-за влияния на полную добротность омического сопротивления катушки индуктивности кроссовера, выходного сопротивления усилителя и сопротивления кабеля. В результате расчета было выбрано акустическое оформление объемом 40 литров и частотой настройки фазоинвертора 39 Гц. Чертежи корпуса басового звена показаны на рис. 5: корпус изготовлен из MDF толщиной 16 мм с антивибрационным покрытием из гидростеклоизола; в фазоинверторе же используется труба с внутренним диаметром 70 мм и длиной 110 мм. В корпусе вы найдете четыре перемычки, соединяющие переднюю, нижнюю и верхнюю панели с боковыми, одна из перемычек делит корпус на две части: в верхней располагается динамическая головка, а в нижней - труба фазоинвертора. Отверстие в этой перемычке затянуто синтепоном. Верх корпуса заполнен синтепоном низкойплотности, в нижней части этим материалом покрыты внутренние поверхности. При таком заполнении корпуса добротность фазоинвертора близка к 3.

На рис. 6 показаны АЧХ по звуковому давлению, характеризующие работу фазоинвертора. На АЧХ излучения динамической головки имеется провал с минимумом на частоте 39 Гц, соответствующий настройке фазоинвертора. АЧХ излучения трубы колоколообразной формы с плавным максимумом - векторная разность этих двух излучений и дает результирующую АЧХ басового звена. Рассмотренные АЧХ сняты при включенном кроссовере, схема которого приведена на рис. 7. Басовая головка 850148 включена через фильтр первого порядка с частотой среза 200 Гц. СЧ/ВЧ-бокс подключается через емкости С3, С4 и резистор R2. Изменение номинала резистора R2 позволяет при необходимости подкорректировать тональный баланс. При рассмотрении схемы кроссовера басового звена следует отметить одну особенность: для СЧ/ВЧ-бокса с номинальным сопротивлением 4 Ом для частоты раздела 200 Гц необходима емкость 132 мкф, в то время как суммарная емкость С3 и С4 составляет 40 мкф.

Дело в том, что начиная с 200 Гц модуль импеданса СЧ/ВЧ-бокса начинает возрастать, достигая на частоте 100 Гц величины 17 Ом. В связи с этим емкости в 40 мкф оказывается достаточно. Пройдя максимум на частоте 100 Гц, модуль полного сопротивления быстро уменьшается по мере снижения частоты, обеспечивая при емкости 40 мкф эффективную разгрузку СЧ/ВЧ-бокса от низких частот.

На рис. 8 показана АЧХ по звуковому давлению басового и СЧ/ВЧ-эвеньев, работающих совместно. Использование дополнительных басовых головок позволило расширить полосу эффективно воспроизводимых частот вниз до 45 Гц и снизить искажения на средних частотах, разгрузив СЧ/ВЧ-бокс от низких.

Таблица 2.

Читателям, которые испытывают затруднения в измерении параметров головок и расчетах фазоинверторов, предлагаю вариант басового звена закрытого типа с применением головок 850140 (139,4 у.е. за пару), имеющих такие же присоединительные размеры, как и 850148. Конструкция корпуса басовой части не требует изменений, только исключается отверстие для трубы фазоинвертора, кроссовер же басового звена также остается в первозданном виде. Низкочастотники закрытого типа существенно менее критичны к разбросу параметров динамических головок, чем фазоинвертор, поэтому при его изготовлении без использования измерительной аппаратуры значительно больше шансов получить хороший результат. Как показали расчеты, объем 40 л оказался близким к оптимальному для головок 850140, работающих в закрытом корпусе. В Таблице 2 приведены результаты измерений параметров двух экземпляров 850140 и данные из каталога изготовителя.

В корпусе басового звена при закрытом отверстии фазоинвертора головки 850140 имели резонансные частоты 48,7 и 49,6 Гц при полных добротностях соответственно 0,67 и 0,68. Для закрытого акустического оформления указанные значения полной добротности близки к оптимальному значению 0.707, при котором спад АЧХ по звуковому давлению на частоте резонанса составляет 3 дБ.

Описанные выше басовые звенья можно использовать с различными СЧ/ВЧ-боксами, подобрав по результатам прослушивания номиналы С3, С4 и R2.

В заключение пожелаю успеха читателям, которые решатся воспроизвести описанную конструкцию.