С.Бать
С. Бать
ЛЮБИТЕЛЬСКИЕ
ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ
ИЗДАТЕЛЬСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ РадиоСофт
Журнал «РАДИО»
МОСКВА
2002
УДК 621.3
ББК 32.965
Б28
Б28 С. Бать. Любительские громкоговорители. — М.: ИП
РадиоСофт, Журнал «Радио», 2002 — 64 с.: ил. — (Цв.вкл.)
ISBN 5-93037-095-8
В книге приводится описание девяти моделей любительских громкоговорителей, разработанных автором с использованием головок ведущих зарубежных изготовителей.
Большинство громкоговорителей, описанных в данной работе, демонстрировались на выставках «Российский HI-END» в 1999-2000 г. и получили высокую оценку посетителей и участников.
Книга рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся техникой высококачественного воспроизведения звука.
УДК 621.3
ББК 32.965
ISBN 5-93037-095-8
© С. Бать. 2002
©Журнал «Радио», 2002
© Оформление. ИП РадиоСофт, 2002
Введение
Написание этой работы продиктовано желанием автора поделиться опытом по разработке и изготовлению громкоговорителей для высококачественного воспроизведения звука. Дополнительным стимулом в этом явился благожелательный интерес, который проявили к работам автора посетители выставки “Российский HIGH END" в 1999 и 2000 г. и читатели журналов “Радио", “Class А” и “Салон AV”.
При написании работы автором учитывалось, что большинство читателей не имеют доступа к аппаратуре для акустических измерений и в лучшем случае располагают некоторыми возможностями для электрических измерений. В этой связи из числа проектов, выполненных автором, в брошуру включены в основном те, которые относительно легко воспроизвести.
Автор старался избегать собственных умозрительных рассуждений и эмоциональных утверждений, базирующихся на субъективных оценках. В основу оценки качества звучания громкоговорителей положены мнения посетителей выставок и высказывания широкого круга экспертов.
Автор благодарит всех, кто потратил время на прослушивание громкоговорителей и высказал свои суждения, в том числе С.Чури-нова, В. Дебелова, А. Галона, В. Долуду, А. Соколова, Р. Кунафина, С. Рылеева, В. Резникова, А. Папкова, Р. Шмидта, Л. Белкина, В. Пронского, Д. Губченко, А. Благодарского, А. Коротина, М. Жагирновского, В. Косарева, К. Моисеева, Ю. Макарова, А. Сырицо, С. Стасюка, В. Решетникова, А. Лавреневича.
Автор благодарит С. Агеева, Ю. Фомина, Е. Питерцева, В. Родко-ва и Д. Чуманова за помощь в программном обеспечении.
Громкоговорители, которые описаны в этой работе, сделаны благодаря серьезной материальной и научно-технической помощи, которую оказали автору компании Class А аудио компоненты, НПФ Аркада и Solo Audio Design
Параметры динамических головок
Информация по параметрам динамических головок часто приводится в каталогах фирм-производителей, торговых компаний и в базах данных, имеющихся в интернете. Ниже будут рассмотрены основные параметры динамических головок, которые обычно приводятся в указанных источниках.
Мощность динамических головок характеризуется рядом параметров.
Short term maximum power (Pst) — кратковременная максимальная тепловая мощность. Это предельное значение мощности, при которой не разрушится звуковая катушка от импульса мощности заданной длительности, например 1 или 20 мс. Этот параметр по существу характеризует теплоемкость и механическую прочность звуковой катушки.
Long term maximum power (Pit) — длительная максимальная тепловая мощность. Это предельное значение мощности, при котором температура звуковой катушки не превысит допустимого значения. Этот параметр характеризует тепловое сопротивление между звуковой катушкой и окружающей средой. В современных динамических головках звуковые катушки часто могут работать при температуре до 200 °C, если материалы звуковой катушки достаточно термостойки (Nomex и т. п.). Исходя из этого, если изготовитель указывает величину Pit =100 Вт, можно считать, что тепловое сопротивление между звуковой катушкой и окружающей средой примерно равно 1,8 °С/Вт, т. е. при мощности 10 Вт перегрев катушки относительно окружающего воздуха составит около 18 °C.
Pit измеряется на шумовом сигнале с использованием взвешивающего фильтра, который приближает спектральную мощность измерительного сигнала к музыкальному. Для СЧ и ВЧ головок дополнительно указываются частота среза и крутизна ската
4
фильтра высоких частот, ограничивающего снизу полосу испытательного сигнала. Например, для ВЧ головки может оговариваться длительная тепловая мощность 90 Вт при фильтре с частотой среза 3 кГц и крутизной ската 12 дБ на октаву.
Важно, что под мощностью в данном случае, если это специально не указано, за рубежом, как правило, подразумевается не мощность, что попадает непосредственно на головку после фильтра, а та мощность, которая попадала бы в отсутствие фильтра. Цель такого хитрого способа задания мощности — как упрощение подбора динамиков, исходя из общей мощности АС, так и “улучшение” показателей.
Неучет того обстоятельства, что допустимое значение реально рассеиваемой мощности СЧ и особенно ВЧ головок много ниже приводимой таким образом цифры, служит неиссякаемым источником доходов ремонтных служб и поставщиков комплектующих.
Внимательно ознакомившись с каталогами многих изготовителей динамических головок можно убедиться, что динамики разных размеров с одинаковыми звуковыми катушками имеют почти одинаковое значение Pit.
Однако любителю, который занимается выбором динамических головок для своей конструкции, значительно интереснее знать, какую максимальную мощность музыкальной программы можно подать на динамическую головку, чтобы искажения при воспроизведении были не слишком сильно заметны на слух. К сожалению, это значение в значительной степени зависит от конкретной конструкции головки и ее акустического оформления и слабо связано с Pit. Ориентировочно можно считать, что в удачно выполненном акустическом оформлении на динамик высокого качества можно подавать 0,25Plt.
В отдельных случаях изготовители динамических головок приводят график зависимости уровня звукового давления от мощности шумового сигнала, подобный показанному на рис. 1. При малой мощности график имеет вид прямой линии, выходящей из начала координат с некоторым наклоном, по мере увеличения мощности прирост звукового давления уменьшается, график идет ниже прямой. Значение мощности, соответствующее границе линейного участка кривой, как раз и есть максимальная неискаженная мощность.
Operating power— рабочая мощность. Этот параметр обычно указывается для динамиков, применяемых в бытовой аппара
5
туре. Рабочая мощность соответствует звуковому давлению 96 дБ на расстоянии 1 м.
Рис. 1 Зависимость звукового давления от мощности шумового сигнала
Characteristic sensitivity SENS — характеристическая чувствительность. Этот параметр показывает среднее по ряду частот звуковое давление в дБ, которое создает динамическая головка на расстоянии 1 м вдоль оси при подводимой мощности 1 Вт. Для динамических головок, имеющих Zoom = 8 Ом, мощность 1 Вт получается при подводимом напряжении 2,88 В.
В каталогах некоторых компаний, например Madisound, характеристическая чувствительность указывается при напряжении 2,88 В для всех головок, независимо от номинального импеданса. Это означает, что для головок, фактический импеданс которых меньше 8 Ом, указано завышенное значение характеристической чувствительности.
Полное сопротивление (импеданс) динамических головок характеризуется рядом параметров, которые указываются в документации изготовителей.
Nominal impedance Znom — номинальный импеданс. Обычно соответствует принятому ряду значений 4, 6, 8, 16 Ом. Номинальный импеданс является некоторым усредненным параметром, используемым для оценочных расчетов.
Voice coil resistance Revc — активное сопротивление звуковой катушки. Фактический импеданс динамической головки Z всегда несколько больше Revc. Это связано с тем, что Revc измеряется на постоянном токе, когда звуковая катушка неподвижна,
6
тогда как при измерении Z учитывается индуктивность звуковой катушки и электродвижущая сила (ЭДС), которая возникает при движении звуковой катушки в магнитном поле. Эта ЭДС (ее еще называют противо-ЭДС) пропорциональна скорости движения звуковой катушки. В связи с наличием индуктивности и противо-ЭДС полный импеданс имеет характерную зависимость от частоты, которая в справочных данных приводится в графическом виде. На рис. 2 показана такая кривая для СЧ динамической головки VIFA K10MD-19, Revc которой равно 6,4 Ом. Кривая имеет явно выраженный максимум на резонансной частоте головки 217 Гц, равный 23,9 Ом, минимальное значение импеданса 7,01 Ом на частоте 619 Гц. Выше частоты 619 Гц кривая плавно поднимается, достигая 19,9 Ом на частоте 20000 Гц. Максимум на резонансной частоте головки определяется действием противо-ЭДС и связан с возрастанием амплитуды колебаний и ско-
Рис. 2. Зависимость модуля полного сопротивления от частоты
рости движения звуковой катушки. Минимальное значение импеданса на этом графике достигается на частоте выше резонансной, где вклад ЭДС в полный импеданс уже достаточно мал, а рост импеданса за счет индуктивности только начинается Некоторые изготовители указывают это минимальное значение импеданса головок в таблице параметров. Однако, строго говоря, на самом деле оно не является минимальным. Минимальное значение соответствует постоянному току или очень низкой частоте, лежащей за пределами звукового диапазона. Видимо по этой причине принято минимальное значение импеданса измерять на
7
частоте выше резонанса головки. С увеличением частоты рост модуля полного импеданса определяется индуктивностью звуковой катушки, значение которой на частоте 1 кГц обычно указывается в справочных данных.
Индуктивность звуковой катушки обозначается Lvc или Le — voice coil inductance. Индуктивность звуковой катушки зависит от частоты и от положения звуковой катушки относительно магнитной системы, т. е. является нелинейным элементом.
Группа параметров, связанных со звуковой катушкой и магнитной системой.
Voice coil height (Hvc) — длина звуковой катушки.
Air gap height (Над) — длина воздушного зазора.
Linear coil travel (р — р) — линейный размах движения звуковой катушки.
Многие изготовители указывают параметр, равный половине линейного размаха движения звуковой катушки, который обозначают Хтах. Этот параметр характеризует максимальное значение амплитуды колебаний звуковой катушки, когда равные приращения тока через звуковую катушку вызывают равные приращения силы, приложенной к звуковой катушке.
Рассмотренные параметры связаны между собой простым соотношением:
Xmax ~ 0,5(Hvc — Hag)
Существуют динамические головки, у которых длина рабочего зазора магнитной системы больше длины звуковой катушки. В этом случае нужно в формуле Hvc и Над поменять местами. Хтах является весьма важным параметром, характеризующим перегрузочную способность динамической головки. Дело в том, что в низкочастотном диапазоне с уменьшением частоты при постоянном звуковом давлении амплитуда колебаний возрастает обратно пропорционально квадрату частоты. Строго говоря, характер роста амплитуды колебаний зависит от акустического оформления динамической головки. Проиллюстрируем это следующим примером.
Сначала сделаем предположение, что акустическое оформление в совокупности с головкой не имеет спада АЧХ при снижении частоты. С учетом этого предположения допустим, что при входной мощности 5 Вт на частоте 100 Гц амплитуда колебаний
8
Фото 4. Сабвуфер
Фото 5. Громкоговоритель ВТ-3
звуковой катушки равна 1,5 мм, тогда на частоте 50 Гц она возра-) стет в 4 раза и составит 6 мм. В справочных данных мы найдем
не слишком-то много типов динамиков, у которых Хтах больше 6 мм. Выход же амплитуды колебаний звуковой катушки за пределы линейного размаха движения сопровождается быстрым ростом искажений. Другими словами, перегрузка НЧ (и отчасти СЧ) динамиков значительно чаще наступает за счет выхода амплиту-♦ ды колебаний звуковой катушки за пределы линейного размаха, чем перегрузка по любому из мощностных параметров.
Кстати, в этом еще одна причина, почему мощность на СЧ и ВЧ головки оговаривается при условии их использования совместно с фильтром верхних частот не ниже второго порядка. Такой фильтр, ослабляя низкочастотные сигналы, препятствует возрастанию амплитуды колебаний при снижении частоты. Заметим также, что для ВЧ головок Хтах редко превышает 0,3 мм.
Maximum coil travel — максимальный размах движения звуковой катушки, не вызывающий ее повреждения. Он превышает линейный размах движения, поэтому искажения при этом не оговариваются и могут быть очень велики.
Effective piston area (Sd) — эффективная площадь диффузора, совместно с Хтах характеризует способность динамика “прокачивать” объем воздуха. Произведение указанных параметров дает объем воздуха, смещаемый головкой при движении диффузора в пределах линейного размаха.
Sd вычисляют как площадь окружности, диаметр которой включает диаметр диффузора и часть ширины подвеса. Sd обычно приводится в числе справочных параметров.
Moving mass (Mms) — подвижная масса головки состоит из массы звуковой катушки, массы диффузора и части массы подве-, са. Многие изготовители указывают дополнительно присоединенную массу воздуха, которая движется совместно с диффузором при установке головки на стандартный щит — Air load mass in IEC baffle. Например, головка SEAS CA21REX имеет подвижную массу 16 г и присоединенную массу воздуха 1 г.
Suspension compliance (Cms) — гибкость подвеса. Cms показывает, насколько сместится диффузор при воздействии на него единичной силы, приложенной в направлении движения звуковой катушки. Соответственно Cms измеряется в миллиметрах на ньютон (мм/Н).
9
Сила, прикладываемая к звуковой катушке, возникает вследствие взаимодействия тока, протекающего через звуковую катушку, с магнитным полем в зазоре. Это взаимодействие характеризуется параметром, который носит название силовой фактор — Force factor BL. BL измеряется либо в ньютонах на ампер, показывая силу, действующую на звуковую катушку, приведенную к единице тока, либо в тесламетрах (произведение эффективной длины провода на индукцию в зазоре магнитной системы). Оба варианта равноценны, числовые значения при этом тоже совпадают.
Параметры Тиле-Смолла — Thiele-Small parametrs (T-S).
Эта группа параметров удобна для расчета акустического оформления НЧ и СЧ головок и обычно приводится в справочных данных.
Free air resonance Fs — резонансная частота громкоговорителя в свободном пространстве. Резонансная частота Fs определяется подвижной массой Mms и гибкостью подвеса Cms. Эти три параметра связаны между собой формулой :
F 1
27cVMmsCms
Equivalent volume (Vas) — объем, эквивалентный гибкости подвеса Для пояснения физического смысла этого параметра полезно представить себе поршень с площадью Sd, который может двигаться, сжимая воздух в цилиндре. Под действием единичной силы смещение поршня будет зависеть от объема воздуха в цилиндре. Чем больше объем, тем больше будет смещение. Если подобрать объем так, чтобы смещение поршня от единичной силы было равно смещению диффузора динамика от воздействия этой же силы, то величина этого объема и есть Vas. Из проведенных рассуждений следует, что при прочих равных условиях Vas будет увеличиваться с увеличением площади диффузора и гибкости подвеса. Так что, чем больше динамик и ниже его резонансная частота при прочих равных условиях, тем больше и эквивалентный объем.
Mechanical Q factor (Qms) — механическая добротность. Qms характеризует потери энергии в динамической головке, как в механической колебательной системе. Механические колебания динамической головки на резонансной частоте связаны с перехо
10
дом кинетической энергии подвижной массы Mms в потенциальную энергию деформированного подвеса и наоборот. Колебательный процесс сопровождается потерями энергии на трение в подвесе диффузора и рядом других потерь, в том числе и на излучение звуковой энергии. Механическая добротность Qms есть отношение запасенной энергии (реактивной) к энергии, рассеянной за один период колебаний (активной). Для большинства современных НЧ-СЧ динамических головок это отношение, т. е. Qms лежит в пределах от 2 до 10.
Добротность, как отношение двух величин с одинаковой размерностью, является безразмерным параметром.
Electrical Q factor (Qes) — электрическая добротность. Этот параметр характеризует потери энергии при колебательном процессе, которые имеют место за счет протекания тока в цепи звуковой катушки. При движении звуковой катушки в магнитном поле возникает ЭДС. Если выводы звуковой катушки разомкнуты, ЭДС не оказывает влияния на потери энергии в колебательном процессе. Ситуация существенно меняется, когда ее выводы замкнуты, поскольку ЭДС вызывает протекание тока через звуковую катушку. Ток, взаимодействуя с магнитным полем, вызывает силу, препятствующую движению катушки. Энергия рассеивается в виде тепла. Значение Qes для большинства динамических головок меньше единицы и обычно лежит в пределах 0,2...0,8. Величина Qes по определению предполагает нулевое внешнее сопротивление в цепи звуковой катушки.
В условиях практического применения динамических головок последовательно со звуковой катушкой оказываются включенными несколько сопротивлений: выходное сопротивление усилителя, сопротивление соединительного кабеля, сопротивление элементов кроссовера. Это приводит к увеличению электрической добротности динамической головки в системе.
Total Q factor (Qts) — полная добротность. Qts учитывает все потери в колебательной системе, вызванные как механическими так и электрическими процессами. Полная добротность вычисляется по формуле:
р. _ QmsQes UtS “ Qms + Qes
11
Т-S параметры Fs, Vas, Qts используются для расчета акустического оформления НЧ и НЧ-СЧ головок с помощью номограмм, таблиц и компьютерных программ.
Ниже приводятся основные параметры динамических головок, которые использовались автором для разработки и изготовления любительских громкоговорителей. Значения параметров взяты из справочных данных изготовителей.
Изготовитель, модель	Znom. Oom	F*. 1 и	Oms	Oes	Qis	Vas, л	Xmax, MM	Pit, Br	SENS, nb
НЧ и НЧ-СЧ: 										
VIFA PL3WN-00-08	8	60	1,38	0,4.3	0,33	10	4,0	40	88
VI ГЛ M18WO-09-04	4	35	6,2	0,28	0,27	28,5	4.0	70	86.5
VIFA M18WO-08-08	8	35	2,03	0,41	0,34	26,0	4.0	70	86
VII-A M26WR-09-08	8	26	2,82	0,36	0,32	130	6,5	130	88.5
NUT I259	4	16,5	2,68	0,53	0,44	238,4	13	200	87
PEERLESS 850 ИХ)	8	82.3	3,01	0,69	0,56	2,7	1,5	100	85,9
PEERLESS 830436		8 		75.8	3,14	0,64	0,53	6,1	2,0	150	88.2
PEERLESS 830437		8	44,8	2,24	0,44	0.37	20,0	5 5	150	J<7,7_
PEERLESS 850122	8	38	2,22	0,53	0,43	27,7	5,5	150	86,5
PEERLESS 850140	8	25,8	3,26	0,38	0,34	135,7	4,0	150	89,6
PEER! ESS 850148 _	8	23,5	2,78	0.21	0,19	123,5	5,0	200	90,2
MADISOUND SWAN 305	8	22,7	9,6	0,401	0,38	166	7,3	21X1	90
STANFORD ACOUSTIC 1651340	8	45	2,7	0,31	0,27	31,0	3,0	40	90
ВЧ:											
VIFA D27TG-45	6	650						100	90
VIFA D26TG-35	6	940						100	90
PEERLESS 811827	8	1 130	1,34	l,L3	0,61		0,3	60	92
PEERLESS 811774	8	1460	0,89	1,19	0,51		0,4	60	90
PEERLESS 810665	8	970	5.26	1,18	0,96		0,4	40	90
SEAS 11881	6	91X1					0,25	80	91
MOREL MDT-29	8	900	0,14	0,08	0,06			80	89
12
Гпава 2
Акустическое оформление НЧ и НЧ-СЧ динамических головок
В конструкциях любительских громкоговорителей, которые будут описаны ниже, используются два типа акустического оформления НЧ головок: закрытый корпус и фазоинвертор. В этом разделе мы кратко рассмотрим особенности этих двух типов акустического оформления.
Закрытый корпус является относительно более простым акустическим оформлением.
Для начала попытаемся ответить на два вопроса:
— зачем мы помещаем динамическую головку в закрытый корпус?
—что происходит с динамической головкой, помещенной в закрытый корпус?
Короткий ответ на первый вопрос можно сформулировать так: динамическая головка помещается в закрытый корпус для повышения эффективности воспроизведения низких частот. Закрытый корпус препятствует акустическому короткому замыканию динамической головки,когда сжатия и разрежения воздуха, создаваемые фронтальной поверхностью диффузора, компенсируются соответственно разрежениями и сжатиями, создаваемыми тыльной стороной. Этот процесс имеет место при длинах волн, превышающих диаметр диффузора, т. е. на относительно низких частотах (ниже 1 кГц).
Короткий ответ на второй вопрос: динамическая головка, помещенная в закрытый корпус, освобождается от акустического короткого замыкания и изменяет свои параметры.
Изменение параметров динамической головки, помещенной в закрытый корпус, связано с тем, что возрастает жесткость подвеса (уменьшается гибкость) за счет присоединения дополнительной жесткости закрытого объема воздуха. Следовательно, увеличивается резонансная частота. Полная добротность возрастает практически пропорционально увеличению резонансной частоты.
13
Здесь важно отметить, что качественных изменений не происходит, т. е. динамическая головка в закрытом акустическом оформлении характеризуется такой же совокупностью параметров и описывается такими же математическими выражениями, как исходная головка. Расчет закрытого акустического оформления сводится к выбору объема корпуса таким, чтобы полная добротность головки в корпусе имела заданное значение. На рис. 3 показано рассчитанное с использованием программы LEAP семейство АЧХ по звуковому давлению динамической головки SEAS Н 333 в закрытых корпусах разных объемов и соответственно при разных значениях полной добротности Qtc.
Vc (лигры)	9,54	12,42	16,82	23,46	71,5
Qtc	1,0	0,9	0,8	0,707	0,5
Индекс tc относится к добротности, которая получается в корпусе, в отличие от индекса ts, который относится к головке в свободном пространстве
Рис. 3. АЧХ по звуковому давлению НЗЗЗ в закрытых корпусах разных объемов
Интервал значений Qtc от 0,5 до 1 вполне пригоден для практического использования. В любительских громкоговорителях с корпусами закрытого типа, которые будут описаны ниже, значение полной добротности лежит в пределах от 0,6 до 0,75. Этот интервал значений Qts представляется автору наиболее оптимальным для использования в громкоговорителях бытового назначения как с точки зрения качества воспроизведения низких частот, так и с точки зрения использования линейного участка движения звуковой катушки.
74
На рис. 4 показано семейство зависимостей амплитуды колебаний от частоты на мощности 1 Вт головки SEAS НЗЗЗ для различных Qtc и соответствующих объемов корпуса. С уменьшением объема корпуса увеличивается жесткость воздуха, приведенная к площади диффузора, препятствующая нарастанию амплитуды колебаний с уменьшением частоты. Например, объем 23,4 л, соответствующий Qtc = 0,7, обеспечивает прекращение роста амплитуды колебаний диффузора на частотах ниже 40 Гц.
Рис. 4. Зависимость амплитуды колебаний от частоты НЗЗЗ в корпусах разных объемов
Фазоинвертор является более сложным акустическим оформлением в сравнении с закрытым корпусом. Закрытый корпус добавляет дополнительную жесткость динамической головке, в то время как фазоинвертор сам по себе является колебательной системой, в которой объем воздуха в корпусе аналогичен пружине, а масса воздуха в трубе аналогична грузу. В совокупности динамическая головка и фазоинверторное акустическое оформление представляют собой две связанные колебательные системы, которые в процессе работы обмениваются энергией. Излучение звука происходит от фронтальной поверхности диффузора и через выходное отверстие фазоинвертора. Фазоинвертор эффективно излучает в интервале частот, расположенном вблизи его резонанса, при этом его излучение на разных частотах имеет разный фазовый сдвиг относительно излучения диффузора динамической головки. Результирующее излучение громкоговорителя получается путем сложения в пространстве излучения головки и излучения выходного отверстия фазоинвертора. Сложение происходит векторно, т. е. с учетом фазы. При
15
определенном подборе параметров динамической головки и фазо- I инвертора удается получить приемлемую АЧХ по звуковому давле- 1 нию. Для расчета фазоинвертора необходимо по возможности точно I знать Т-S параметры головки: Fs, Vas, Qts. По этим параметрам рас- 1 считывается объем корпуса Vb, частота настройки фазоинвертора Fb и нижняя граничная частота F3, на которой звуковое давление уменьшается на 3 дБ. Фазоинверторы удобно рассчитывать с помощью компьютерных программ, в литературе имеются таблицы и номограммы для расчета фазоинверторов.
16
Гпава 3
Влияние разброса параметров динамических головок
Применительно к любительским громкоговорителям, которые являются предметом данной работы, существенным является вопрос о воспроизводимости их параметров при разбросе параметров динамических головок. Достоверные данные о разбросе параметров динамических головок у производителей, разумеется, есть, но в справочных данных эти сведения не приводятся. Отклонения значений параметров динамических головок от данных каталога не являются проблемой только при условии, что есть возможность измерить реальные значения параметров и провести соответствующие расчеты по результатам измерений.
Для любителей, которые не имеют возможности измерить параметры головок, приведу некоторые данные по результатам измерений.
Параметры 10 экземпляров однотипных головок VIFA M18WO-09-08 соответствовали данным каталога и имели очень маленький разброс. Результаты измерения параметров головок VIFA M26WR-09-08 также показали высокую степень совпадения с данными каталога. В то же время измерение параметров 10 экземпляров головок PEERLESS типа 850140, взятых из разных партий, показало разброс Fs в пределах от 26 до 34 Гц. Головка 850140 с резонансной частотой 34 Гц имела заниженное значение подвижной массы 34,5 г и, соответственно, повышенную чувствительность 91,9 дБ. В любительской практике используется тренировка динамических головок, которая состоит в подаче на головку электрического сигнала на низкой частоте, например 100 Гц, так, чтобы амплитуда колебаний звуковой катушки приближалась к максимальному значению. После нескольких десятков часов тренировки подвес головки разминается, увеличивается гибкость подвеса и, соответственно, снижается резонансная частота. Для головок с заниженной массой подвижной системы длительная тренировка не приведет к снижению резонансной часто
17
ты до значения, указанного в каталоге. Если резонансную частоту головки с заниженной подвижной массой крайне необходимо снизить, можно увеличить массу до значения, указанного изготовителем. Разумеется, увеличение массы приведет к снижению чувствительности и повышению полной добротности головки.
Головки типа 850100, 830436 и 830437 имели несколько завышенные значения Fs, связанные с заниженными гибкостью и подвижной массой. Наибольшее отклонение от значений, указанных в каталоге, имели параметры головок 850122, при очень незначительном разбросе.
При выборе типа громкоговорителя для самостоятельного изготовления полезно иметь ввиду, что закрытое акустическое оформление существенно менее критично к разбросу параметров динамических головок, чем фазоинвертор. Это утверждение основано на том, что фазоинвертор как совокупность двух связанных колебательных систем требует более точного согласования их параметров. Рассогласование параметров колебательных систем фазоинвертора, связанное с разбросом параметров динамических головок, во многих случаях может привести к заметному ухудшению переходных процессов, что на слух воспринимается как бубнение, а при измерении АЧХ по звуковому давлению проявляется в виде подъема вблизи частоты среза.
Рассмотрим на примере головки PEERLESS 850122 влияние разброса параметров на характеристики громкоговорителя. В таблице приведены значения параметров из каталога изготовителя и измеренные с помощью LMS.
850122	Rcvc, Оом	Sd,	Fs. Гн	0ms	Ocs	Ots	Vas, л	BI. H'A	Mms,	SPI. lb
КАТАЛОГ	6,1	143	37	2,92	0,52	0,43	27,7	7,17	19	86,5
ИЗМЕРЕНИЯ	6,1	143	52	3,00	0,48	0,41	16,5	8,19	15	89
Сопоставление измеренных и справочных значений параметров показывает, что большое отличие в значениях Fs связано с различием в гибкости (Vas) и массы (Mms). Различие в Mms и BL определяет разницу в чувствительности.
По каталожным значениям параметров с помощью программы Bass Box 5.1 были рассчитаны закрытый корпус Vb=16 л и фазоинвертор Vb=26 л для головки 850122. С помощью программы LEAP были рассчитаны АЧХ по звуковому давлению и зависимости амплитуды колебаний от частоты “каталожной” и “изме
18
ренной” головок в закрытом корпусе (рис. 5) и в фазоинверторе (рис. 6).
Рис. 5. 850122 в закрытом корпусе. АЧХ по звуковому давлению и зависимость амплитуды колебаний диффузора от частоты.
Рис. 6. 850122 в фазоинверторе. АЧХ по звуковому давлению и зависимость амплитуды колебаний диффузора от частоты.
Для закрытого корпуса разница в характеристиках невелика, что свидетельствует о хорошей воспроизводимости параметров (малой чувствительности к разбросам). Для фазоинвертора АЧХ по звуковому давлению “измеренной" головки имеет характерный подъем вблизи частоты среза, кроме того, “измеренная” головка заметно быстрее перегрузится по ходу диффузора.
Практический вывод из проведенных рассуждений таков: не стоит повторять конструкции фазоинверторов, если нет достаточного опыта или возможности достаточно точно измерить Т-S параметры и провести соответствующие расчеты.
19
л л — Л / ЛЗвв А
Корпуса громкоговорителей
При проектировании и изготовлении корпусов громкоговорителей желательно обеспечить прочность соединения стенок корпуса и жесткость конструкции, чтобы изменение давления внутри корпуса, связанное с работой НЧ головки, не вызывало изменения его формы. Противофазное излучение поверхности корпуса из-за недостаточной жесткости может привести с существенному ухудшению воспроизведения низких частот.
Вибрации, передаваемые корпусу от динамических головок, должны по возможности сильно затухать, чтобы корпус не вносил заметной окраски звучания громкоговорителя.
Корпуса громкоговорителей, которые описаны в этой работе, изготовлены из мебельной фанеры толщиной 18 мм и из MDF толщиной 16 мм. Соединение стенок выполнено с использованием клея ПВА и шурупов (рис. 7). Предварительно засверленные панели в местах соединения смазывают клеем и стягивают шурупами. В торцы фанеры и MDF хорошо заворачиваются шурупы диаметром 3,5— 4 мм, длиной 40—50 мм. Головки шурупов желательно утопить в цилиндрические углубления, которые зашпаклевываются и не мешают декоративной отделке корпуса.
Рис. 7. Соединение стенок корпуса
20
Такое соединение обеспечивает достаточную прочность.
Для повышения жесткости корпусов используются перемычки, соединяющие между собой стенки. Перемычки также крепятся шурупами и клеем.
В качестве антивибрационного покрытия корпусов используется гидростеклоизол. Гидростеклоизол представляет собой тонкую стеклоткань, на которую по обе стороны нанесены слои битума толщиной 2 мм. С одной стороны битум покрыт тальком или слюдяной крошкой, с другой стороны на битуме имеется тонкая защитная пленка, которая легко снимается. Для покрытия поверхности фанеры или MDF гидростеклоизолом с предварительно вырезанных в размер заготовок удаляют защитную пленку и смачивают поверхность битума бензином, керосином или скипидаром. Через 20...30 минут смоченная поверхность битума становится липкой и хорошо приклеивается к фанере и MDF.
Желательно обеспечить равномерную адгезию гидростекло-изола по всей оклеиваемой поверхности. В качестве антивибрационного покрытия можно также использовать герлен, который представляет собой листовой герметик толщиной около 3 мм. Одна из поверхностей герлена покрыта легко отклеиваемой бумагой. Для приклеивания герлена не требуется предварительного нанесения растворителя. Автор не проводил сравнения герлена и гид-ростеклоизола на предмет эффективности подавления вибраций, но с точки зрения удобства использования в домашних условиях герлен предпочтительнее гидростеклоизола.
Форма внутреннего объема влияет на образование стоячих волн в корпусе. В литературе приводятся соотношения сторон прямоугольных корпусов, которые обеспечивают минимизацию стоячих волн: 2,6 /1,6 / 1 или 1,59 / 1,26 / 1. В громкоговорителях как промышленного изготовления, так и в любительских конструкциях, эти соотношения используются достаточно редко, поскольку форма корпуса выбирается чаще всего по эстетическим соображениям, а подавление стоячих волн осуществляется путем заполнения внутреннего объема корпуса звукопоглощающим материалом.
Большинство мягких волокнистых теплоизоляционных материалов хорошо работают в качестве звукопоглотителей. Это стекловата, минеральная вата и другие подобные материалы. Автор не применял указанные материалы при изготовлении громкоговорителей, опасаясь попадания их волокон в дыхательные пути. Только по этой
27
причине в любительских громкоговорителях используется в качестве звукопоглотителя синтепон низкой плотности, который отличается относительно жесткими волокнами и за счет этого имеет свойство расширяться, равномерно заполняя объем .
Большая часть корпусов громкоговорителей имеют съемные задние стенки, которые крепятся шурупами через уплотнение из пенополиэтилена. Съемные задние стенки нельзя отнести к числу достоинств конструкции корпусов, поскольку они привели к усложнению конструкции и некоторой потере жесткости. Использование съемных задних стенок было обусловлено необходимостью приклеивать гид-ростеклоизол после сборки и отделки корпусов.
Кроссоверы
Кроссоверы громкоговорителей разработаны методом проб и ошибок. Основная задача разработки кроссовера состояла в получении минимальной неравномерности АЧХ по звуковому давлению и по возможности монотонной зависимости модуля полного сопротивления от частоты. Кроме того, учитывались еще некоторые соображения:
—	перегрузка ВЧ головок низкочастотным сигналом приводит к значительно более существенному ухудшению качества звучания, чем фазовые искажения, вызванные применением фильтра высокого порядка;
—	подъем АЧХ в небольшом интервале частот сильнее ухудшает звучание,чем провал.
Для читателей, которые разрабатывают кроссовер, располагая только приборами для электрических измерений, можно дать некоторые рекомендации.
Формулы из теории фильтров можно использовать в качестве первого приближения для оценочных расчетов, поскольку они справедливы для нулевого выходного сопротивления источника сигнала и для активной нагрузки, что в реальном грокоговорителе, как правило, не выполняется.
Это в основном связано с тем, что динамические головки как нагрузка фильтра представляют собой комплексные сопротивления, обладающие заметной нелинейностью.
Рост полного сопротивления динамической головки с увеличением частоты, связанный с индуктивностью звуковой катушки, желательно компенсировать RC-цепочкой.
Резонансные пики СЧ и ВЧ головок желательно компенсировать последовательным RLC-контуром, это особенно актуально для ВЧ головок без магнитной жидкости.
Добившись по возможности минимальной зависимости полных сопротивлений динамических головок от частоты и измерив модуль полного импеданса вблизи частоты раздела, можно приступать к расчету фильтров.
22
23
Частоты раздела желательно выбирать в 2...3 раза выше резонансных частот СЧ и ВЧ головок. Это повышает вероятность того, что спад АЧХ будет в основном определяться фильтром, а сигнал на резонансной частоте головки будет существенно ослаблен.
К сожалению, на практике эти рекомендации не всегда удается выполнить, особенно в двухполосных системах, где результирующий спад АЧХ НЧ-СЧ головки по звуковому давлению определяется как фильтром, так и собственным спадом головки.
Для двухполосных систем часто приемлемый результат дает использование НЧ фильтра первого порядка для НЧ-СЧ головки и фильтра третьего порядка для ВЧ головки. При этом частота среза НЧ фильтра располагается существенно ниже частоты ВЧ фильтра. По электрической схеме такого кроссовера трудно точно определить частоту раздела.
В кроссоверах любительских громкоговорителей используются конденсаторы Solen с номинальным напряжением 250 В, К73-16в на 63 В и МБГО на 250 В, керамические резисторы мощностью 5, 10 и 15 Вт. Катушки индуктивности намотаны на каркасах из органического стекла проводом диаметром 1 мм для фильтров, а для компенсирующих контуров — 0,2 мм. На схемах указаны максимально допустимые значения активного сопротивления катушек, которые обеспечивают заявленные параметры громкоговорителей.
Громкоговоритель V1
Этот громкоговоритель разрабатывался как сателлит, предназначенный для совместной работы с сабвуфером, но после окончания разработки, изготовления, измерения параметров и экспертизы на субъективное восприятие получил статус самостоятельного изделия, которое успешно использовалось без сабвуфера.
В громкоговорителе V1 используются динамические головки фирмы VIFA: НЧ-СЧ — M18WO-09-04 и ВЧ — D27TG-45-06.
Корпус громкоговорителя закрытого типа с полезным объемом 12 л изготовлен из фанеры 10 мм, склеенной в два слоя. Чертеж корпуса показан на рис. 9. Антивибрационное покрытие — гидро-стеклоизол, заполнение внутреннего объема — синтепон.
На рис. 8, 10 и 11 показаны АЧХ по звуковому давлению, зависимость полного сопротивления от частоты и схема кроссовера громкоговорителя V1.
Рис 8. АЧХ по звуковому давлению громкоговорителя V1
Объем корпуса рассчитан так, что при нулевом выходном сопротивлении источника сигнала полная добротность НЧ-СЧ головки в корпусе не превышает 0,54. Это позволяет успешно использовать
24
25
ПЕРЕДНЯЯ ПАНЕЛЬ	ПЫЛЕЗАЩИТНАЯ РАМКА
Рис. 9. Чертеж корпуса громкоговорителя V1
громкоговоритель V1 совместно с ламповыми усилителями, зачастую имеющими повышенное выходное сопротивление.
В высококачественном тракте звуковоспроизведения с ламповым усилителем обнаружился основной недостаток громкоговорителя, который состоит в несколько повышенных искажениях на вокальных партиях. Это связано с немонотонностью зависимости полного сопротивления от частоты в диапазоне от 700 до 2500 Гц.
Громкоговоритель V1 хорошо воспроизводится в любительских условиях. После опубликования описания громкоговорителя в журнале “Радио” № 2 за 1999 г. автор получил информацию о том, что многие любители успешно повторили эту конструкцию.
27
Гпава 7
Громкоговоритель V2
При разработке громкоговорителя V2 ставилась задача создать напольный громкоговоритель с невысокой себестоимостью, ориентированный на работу с транзисторными усилителями.
В громкоговорителе V2 используются динамические головки фирмы VIFA: НЧ-СЧ — M18WO-08-08 и ВЧ — D27TG-45-06.
Корпус громкоговорителя с полезным объемом 22 л изготовлен из мебельной фанеры толщиной 18 мм. Чертеж корпуса показан на рис. 13. В корпусе имеются две перемычки, разделяющие объем на три отсека.
Рис 12. АЧХ по звуковому давлению громкоговорителя V2 и зависимость модуля полного сопротивления от частоты
Труба фазоинвертора с наружным диаметром 60 мм, внутренним диаметром 50 мм и длиной 73 мм закреплена на задней стенке так, что она находится в нижнем отсеке. Два верхних отсека заполнены синтепоном низкой плотности. В нижнем отсеке заполнение синтепоном отсутствует, внутренние поверхности стенок оклеены искусственным мехом с длиной ворса 15 мм.
На рис. 12 показана АЧХ по звуковому давлению громкоговорителя V2. АЧХ имеет небольшой плавный провал в области средних
28
740
Рис. 13. Чертеж корпуса громкоговорителя V2
—
Рис. 14. Схема кроссовера громкоговорителя V2 частот, что совместно с несколько подчеркнутыми басами фазоин-вертора обеспечивает характерный тональный баланс, создающий иллюзию мягкого комфортного звука.
Схема кроссовера громкоговорителя V2 показана на рис. 14. Тональный баланс громкоговорителя можно регулировать путем изменения номиналов резисторов R1 и R2. Характер звучания басов можно изменять путем изменения плотности заполнения синтепоном верхних отсеков корпуса.
30
Гпава 8
Громкоговоритель V3
При разработке громкоговорителя была сделана попытка создать любительскую конструкцию, которая по основным электроакустическим параметрам не уступала бы промышленным громкоговорителям ценовой категории 1500 у. е.
Рис 15. АЧХ по звуковому давлению громкоговорителя V3
Для громкоговорителя были выбраны динамические головки фирмы VIFA: НЧ — M26WR-09-08, СЧ — P13WH-00-08, ВЧ — D26TG-35-06.
При выборе НЧ и ВЧ головок учитывалось то, что они применяются в дорогих моделях промышленных громкоговорителей. СЧ головка выбрана из условий согласования по частотному диапазону и чувствительности с НЧ и ВЧ головками, кроме того, она обладает очень малой неравномерностью АЧХ.
Корпус громкоговорителя V3 с полезным объемом около 100 л изготовлен из мебельной фанеры 18 мм с демпфирующим покрытием из гидростеклоизола. Чертеж корпуса показан на рис. 16. Акустическое оформление НЧ головки — фазоинвертор. Труба фазо-инвертора имеет длину 130 мм и внутренний диаметр 70 мм, обеспечивая частоту настройки 36 Гц. СЧ головка помещена в изо-
31

Рис. 16. Чертеж корпуса громкоговорителя V3
32
лированный объем 3 л, расположенный в верхней части корпуса. Для повышения жесткости в корпусе имеются две перемычки. Съемная задняя панель привернута шурупами к рамкам из реек, закрепленных в корпусе. Внутренний объем корпуса заполнен синтепоном низкой плотности за исключением нижней части, где находится труба фазоинвертора.
АЧХ громкоговорителя V3 по звуковому давлению показана на рис. 15. Неравномерность АЧХ в диапазоне 40...20000 Гц не превышает 4 дБ. Это достигнуто в основном за счет высокого качества динамических головок.
Рис 17 Схема кроссовера громкоговорителя V3
Кроссовер, схема которого показана на рис. 17, сравнительно прост. Разделение сигнала между СЧ и ВЧ головкой осуществляется фильтром второго порядка L1C5 с последовательным включением головок. Фильтр рассчитан на частоту раздела 2,5 кГц и откорректирован по результатам измерений АЧХ по звуковому давлению. Разделение между НЧ и СЧ головками выполняется фильтром первого порядка C1C2L2, который рассчитан на частоту 350 Гц и также откорректирован по результатам измерения АЧХ. В кроссовере громкоговорителя V3 используются индуктивности и конденсаторы фирмы SOLEN и керамические резисторы мощностью 5 и 10 Вт. Кроссовер выполнен на двух платах,
33
которые разнесены, чтобы исключить взаимное влияние индуктивностей.
Опыт работы по созданию громкоговорителя V3 показал, что при соответствующем подборе динамических головок, особенно когда есть возможность их проверить по звуковому давлению, можно получить достаточно высокие параметры громкоговорителя при простом кроссовере, параметры элементов которого близки к расчетным значениям.
При прослушивании громкоговорителя V3 выявилась одна особенность, которую можно охарактеризовать как сильное взаимодействие с помещением. В комнате площадью 18 м2 с высотой потолка 2,5 м не удалось найти положения громкоговорителей V3, обеспечивающее приемлемое воспроизведение басов, пришлось закрыть трубу фазоинвертора синтепоном, что ограничило сигналы низких частот на уровне 55 Гц. На открытом воздухе никаких проблем с басами не возникло. Прослушать громкоговорители в большом и акустически обработанном помещении не удалось. В этой связи можно высказать предположение, что для небольших помещений рискованно делать громкоговорители с фазинверторами, способные эффективно излучать частоты ниже 45 Гц.
34
Глава 9
Басовое звено (сабвуфер)
Сабвуфер разрабатывался в качестве дополнения к громкоговорителям V1. Для этой цели была выбрана динамическая головка NHT1259, предназначенная для работы в закрытом корпусе. На первом этапе работы стояла задача изготовить по возможности прочный и жесткий корпус объемом около 90 л, который требуется головке NHT 1259. Чертеж корпуса показан на рис. 19. Передняя, задняя и боковые стенки корпуса изготовлены из двух слоев 18 мм фанеры, которые склеены и стянуты шурупами. Верхние и нижние стенки, имеющие существенно меньшую площадь, сделаны из фанеры в один слой. Между боковыми стенками имеются четыре распорки, которые расположены вблизи динамической головки. В качестве антивибрационного покрытия используется гидростеклоизол. Для подключения головки на этапе акустических измерений в задней панели предусмотрено отверстие для терминала.
Внутренний объем корпуса заполнен синтепоном низкой плотности.
Рис. 18. АЧХ по звуковому давлению головки NHT1259 в корпусе
АЧХ по звуковому давлению и зависимость полного сопротивления от частоты для NHT 1259 в корпусе показана на рис. 18. Головка в акустическом оформлении имеет резонансную частоту 34 Гц
35
КОРПУС (фанера мебельная 18 мм)
Рис. 19. Чертеж корпуса сабвуфера
0310
36
при полной добротности 0,75 и обеспечивает эффективное воспроизведение низких частот, начиная с 35 Гц. Прослушивание показало хорошую артикуляцию баса, полное отсутствие бубнения и слабое взаимодействие с помещением.
Громкоговоритель работает совместно со специализированным усилителем мощностью 150 Вт, который закреплен на задней стенке корпуса. В состав усилителя входит регулятор уровня, фильтр нижних частот с плавно регулируемой частотой среза, переключатель фазы и автоматика включения питания при появлении на входе сигнала.
Совместно с громкоговорителями V1 сабвуфер обеспечил достаточно высокое качество воспроизведения классической музыки. Прибавился мощный и глубокий бас при сохранении хорошей локализации источников звука, присущей громкоговорителям V1.
Анализ рассмотренной системы привел к идее создания двухкорпусных громкоговорителей, состоящих из небольших мониторов и басовых звеньев с пассивными кроссоверами, разгружающих мониторы от низкочастотных сигналов.
37
Глава 10
Громкоговоритель ВТ-3
При разработке громкоговорителя ВТ-3 ставилась задача создания простого, недорогого громкоговорителя, который хорошо воспроизводится в любительских условиях.
Рис. 20. АЧХ по звуковому давлению громкоговорителя ВТ-3
В громкоговорителе используются динамические головки фирмы PEERLESS: НЧ-СЧ — 830437 и ВЧ — 811827. Корпус громкоговорителя закрытого типа с полезным объемом 10 л изготовлен из мебельной фанеры толщиной 18 мм. Передняя панель двухслойная: к фанере толщиной 18 мм через прокладку из пенополиэтилена привернута панель из MDF толщиной 16 мм. Чертеж корпуса показан на рис. 21. АЧХ по звуковому давлению громкоговорителя ВТ-3 показана на рис. 20, зависимость модуля полного сопротивления от частоты — на рис. 22, схема кроссовера — на рис. 23. При разработке кроссовера автор пришел к выводу о том, что выбор ВЧ головки 811827 для двухполосной системы является неудачным, поскольку было затрачено много усилий и опробовано много вариантов кроссоверов для достижения приемлемого компромисса между неравномерностью АЧХ и перегрузкой ВЧ головки средними частотами. В результате получился громкоговоритель, АЧХ по звуковому давле-
Задняя панель
КОРПУС (фанера мебельная 18 мм)
Рис. 21. Чертеж корпуса громкоговорителя ВТ-3
39
Рис. 22. Зависимость модуля полного сопротивления от частоты ВТ-3
Рис. 23. Схема кроссовера громкоговорителя ВТ-3
нию которого в области средних частот заметно меняется от угла к оси ВЧ головки Этот недостаток заметно сказывается на устойчивости локализации источников звука в стереопанораме.
40
Глава 11
Громкоговоритель ВТ-4
Разработка громкоговорителя ВТ-4 была продиктована желанием создать аналог громкоговорителя V1 на основе номенклатуры динамических головок, поставляемых НПФ Аркада, поскольку приобретение динамических головок фирмы VIFA стало серьезной и труднопреодолимой проблемой после прекращения деятельности компании Класс А.
Рис 24 АЧХ ло звуковому давлению громкоговорителя ВТ-4
В громкоговорителе ВТ-4 используются динамические головки PEERLESS 850122 и SEAS Н881. Параметрам НЧ-СЧ головки 850122 пришлось уделить достаточно много внимания в связи с большим отличием их от данных, указанных в справочных материалах. ВЧ головка SEAS Н881 оказалась в этом отношении весьма удачной. Отличие реальных параметров от справочных для этой головки состояли в заниженных значениях резонансной частоты, что не создало никаких проблем и рассматривалось как технологический запас.
Корпус громкоговорителя изготовлен из MDF толщиной 16 мм с антивибрационным покрытием из гидростеклоизола и заполнен синтепоном низкой плотности Чертеж корпуса показан на рис. 25, АЧХ
41
РАЗМЕТКА ПЕРЕДНЕЙ	ПЫЛЕЗАЩИТНАЯ
ПАНЕЛИ	РАМКА
Рис. 25. Чертеж корпуса громкоговорителя ВТ-4
42
по звуковому давлению — на рис. 24, зависимость модуля полного сопротивления — на рис. 26, схема кроссовера — на рис. 27.
Рис. 26. Зависимость модуля полного сопротивления от частоты ВТ-4
Рис. 27. Схема кроссовера громкоговорителя ВТ-4
Прослушивание громкоговорителя ВТ-4 оставило вполне удле летворительное впечатление. Эксперты журнала “Салон AV” дали положительную оценку качеству воспроизведения, отметив несколько повышенные искажения вблизи частоты раздела. Этот недостаток связан частично с тем, что зависимость полного сопротивления от частоты имеет максимум на 1,6 кГц. Компенсация максимума с помощью режекторной RLC-цепи позволяет почти полностью устранить такой недостаток. Автор не решился в громкоговорителе, разрабо-
43
тайном для повторения начинающими любителями, пойти на такое усложнение кроссовера.
В связи со сформулированной выше задачей разработки возникает вполне резонный вопрос: в какой степени ВТ-4 является аналогом V1? На этот вопрос можно дать положительный ответ только в части стоимости, воспроизводимости, сходства конструкций корпуса и схем кроссовера, но не в части звучания. Наибольшее различие в звучании ВТ-4 и V1 наблюдается в части воспроизведения высоких частот. ВТ-4 заметно уступает V1 по разрешающей способности на высоких частотах.
На средних частотах можно отдать незначительное предпочтение ВТ-4. Что касается басов, V1 работает немного ниже и превосходит ВТ-4 по точности передачи звукоизвлечения.
44
Громкоговоритель ВТ-2
Громкоговоритель ВТ-2 разрабатывался как высококачественный сателлит для совместной работы с дополнительными басовыми звеньями. В рамках поставленной задачи было принято решение использовать МТМ структуру (МТМ— midle, tweeter, midle). Такое расположение динамических головок способствует расширению диаграммы направленности в горизонтальной плоскости и сужению в вертикальной.
Рис. 28. АЧХ по звуковому давлению громкоговорителя ВТ-2
В громкоговорителе ВТ-2 используются две НЧ-СЧ динамические головки PEERLESS 830436 и ВЧ PEERLESS 810665. Корпус громкоговорителя закрытого типа с полезным объемом 12 л изготовлен из МДФ толщиной 16 мм. Чертеж корпуса показан на рис. 29. Антивибрационное покрытие — гидростеклоизол, заполнение — синтепон низкой плотности. АЧХ громкоговорителя ВТ-2 показана на рис. 28, зависимость модуля полного сопротивления от частоты — на рис. 30, схема кроссовера — на рис. 31. Одна из особенностей громкоговорителя ВТ-2 состоит в том, что ВЧ головка 810665 не имеет магнитной жидкости. Подобные головки обладают, как правило, повышенной разрешающей способностью, но требуют принятия до-
45
Рис. 29. Чертеж корпуса громкоговорителя ВТ-2
Перемычка
46
полнительных мер по защите от перегрузки сигналами средних частот. В кроссовере громкоговорителя ВТ-2 ВЧ головка включена через фильтр третьего порядка C1C2L1. Работа фильтра в режиме, близком к расчетному, обеспечивается за счет использования цепей компенсации реактивностей импедаса ВЧ головки L2R1C3C4 и R2C5. СЧ-НЧ головки включены через фильтр первого порядка.
Рис. 30. Зависимость полного сопротивления от частоты ВТ-2
Громкоговоритель ВТ-2 демонстрировался на выставке “Российский HIGH END-2000”. Эксперты и посетители охарактеризовали звучание громкоговорителя ВТ-2 как динамичное и детальное с хорошей локализацией источников звука.
Громкоговоритель ВТ-2 хорошо воспроизводится, автору известно несколько любителей, успешно повторивших эту конструкцию.
47
Гпава 13
Двухкорпусной громкоговоритель на динамических головках PEERLESS
Громкоговоритель состоит из СЧ-ВЧ бокса и басового звена.
Этот громкоговоритель разрабатывался в два этапа. Сначала были разработаны и изготовлены басовые звенья для совместной работы с громкоговорителем ВТ-2. На выставке “Российский HIGH END-2000” демонстрировался ВТ-2 с басовыми звеньями. На втором этапе в комплект к басовым звеньям была разработана еще одна модель МТМ СЧ-ВЧ боксов, в результате получился двухкорпусной громкоговоритель, описанию которого будет посвящен этот раздел.
Рис. 32. АЧХ по звуковому давлению СЧ-ВЧ бокса
В СЧ-ВЧ боксе используются две динамические головки НЧ-СЧ PEERLESS 850100 и ВЧ 811774. На рис. 33 показан чертеж корпуса СЧ-ВЧ бокса. Корпус изготовлен из МДФ толщиной 16 мм с антивибрационным покрытием из гидростекпоизола и заполнением синтепоном низкой плотности. Схема кроссовера СЧ-ВЧ бокса показана на рис. 35. В кроссовере используются фильтры третьего порядка на частоту раздела 3,2 кГц. Применение фильтров третьего порядка обусловлено стремлением сократить область совместного излучения головок и обеспечить надежную защиту ВЧ головки от перегрузив
КОРПУС (MDF 16 мм)	РАМКА ПЫЛЕЗАЩИТНАЯ
49
ки среднечастотными сигналами. АЧХ по звуковому давлению СЧ-ВЧ бокса показана на рис. 32. Неравномерность АЧХ составляет 5 дБ в диапазоне частот 85...20000 Гц.
Рис. 34. Зависимость модуля полного сопротивления от частоты СЧ-ВЧ бокса
Рис. 35. Схема кроссовера СЧ-ВЧ бокса
Зависимость модуля полного сопротивления от частоты СЧ-ВЧ бокса показана на рис. 34. Минимальное значение импеданса приходится на частоту 5 кГц и составляет 3,75 Ом. Чувствительность СЧ-ВЧ бокса равна 88 дБ. СЧ-ВЧ бокс можно использовать как самостоятельный громкоговоритель.
В басовом звене с полезным объемом 40 л используется динамическая головка PEERLESS 850148. Акустическое оформление го
50
ловки 850148 - фазоинвертор, рассчитанный по фактически измеренным Т-S параметрам, заметно отличающимся отданных каталога. Труба фазоинвертора с внутренним диаметром 70 мм и длиной 110 мм обеспечивает частоту настройки 39 Гц. Чертеж корпуса басового звена показан на рис. 37, схема кроссовера — на рис. 38. НЧ головка 850148 включена через фильтр первого порядка с частотой среза 200 Гц. СЧ-ВЧ бокс подключается через конденсаторы СЗ, С4 и резистор R2. Изменение номинала резистора позволяет при необходимости регулировать тональный баланс. Кроссовер басового звена имеет некоторую особенность. Она состоит в том, что для СЧ-ВЧ бокса с номинальным сопротивлением 4 Ом при частоте раздела 200 Гц требуется емкость 132 мкФ, в то время как суммарная емкость СЗ и С4 равна 40 мкФ. Дело в том, что частота раздела находится вблизи резонансной частоты СЧ головки и модуль полного сопротивления по мере приближения к резонансной частоте быстро возрастает, достигая на 100 Гц значения 17 Ом. В связи с этим емкости 40 мкФ оказывается достаточно. Пройдя максимум на 100 Гц, модуль полного сопротивления быстро уменьшается по мере снижения частоты, обеспечивая эффективную разгрузку СЧ-ВЧ бокса от низких частот.
Рис. 36. АЧХ по звуковому давлению басового звена
На рис. 36 показана АЧХ по звуковому давлению басового звена Пунктиром показаны АЧХ излучения головки и трубы. АЧХ излучения головки имеет характерный провал на частоте настройки фазоинвертора.
Учитывая проблемы воспроизводимости фазоинвертора, был разработан вариант басового звена закрытого типа. Использование
51
400
Рис. 37. Чертеж корпуса басового звена
52
головки 850140, имеющей такие же присоединительные размеры, как у 850148, решило проблему. Объем корпуса и кроссовер не потребовали изменений. Потребовалось только из корпуса исключить отверстие для трубы.
Рис. 38. Схема кроссовера басового звена
В корпусе 40 л головки 850140 имели резонансную частоту около 50 Гц при полной добротности 0,68, что очень близко к оптимальному значению 0,707, при котором спад АЧХ на резонансной частоте головки составляет 3 дБ.
Рис. 39. Двухкорпусной громкоговоритель. Суммарная АЧХ по звуковому давлению
Закрытое басовое звено несколько уступает фазоинверторному по частоте среза, но существенно превосходит последнее по артикуляции баса.
53
Гпава 14
Двухкорпусной громкоговоритель SWAN
При разработке ставилась задача создания любительского громкоговорителя, не уступающего по качеству звучания промышленным изделиям в ценовой категории 2500 у. е.
Название проекта SWAN связано с использованием НЧ головки SWAN 305 Woofer, которая в небольших количествах производится американской компанией MADISOUND.
Для средних частот была выбрана головка 165В40 фирмы Stanford Acoustic. Для высоких частот используется головка MDT-29 фирмы MOREL.
Басовое звено громкоговорителя выполнено в отдельном корпусе закрытого типа с полезным объемом 65 л. Чертеж корпуса басового звена показан на рис. 41. Корпус изготовлен из МДФ толщиной 16 мм, склеенной в два слоя. В корпусе имеются перемычки и распорки, обеспечивающие высокую жесткость. НЧ головка в корпусе имеет резонансную частоту 38 Гц при полной добротности 0,61. С учетом электрического раздемпфирования за счет сопротивления катушки индуктивности фильтра, сопротивления соединительного кабеля и выходного сопротивления усилителя
54
Рис. 41. SWAN. Чертеж корпуса басового звена
С15.6мк С2 20 мк
Рис. 42. SWAN. Схема кроссовера
55
полная добротность НЧ головки громкоговорителя близка к значению 0,7. Подгонка полной добротности НЧ головки в громкоговорителе возможна за счет изменения плотности заполнения зву-копоглотителем внутреннего объема корпуса. Зависимость модуля полного сопротивления басового звена от частоты показана на рис. 43.
Рис. 43. SWAN. Зависимость модуля полного сопротивления от частоты басового звена
На рис. 40 показаны АЧХ по звуковому давлению басовой головки с фильтром первого порядка на частоту 200 Гц и без фильтра.
СЧ-ВЧ блок громкоговорителя выполнен в закрытом корпусе с полезным объемом 10 л, изготовленном из МДФ толщиной 16 мм. Чертеж корпуса показан на рис. 44. Внутренний объем корпуса заполнен синтепоном низкой плотности. На рис. 45 показана область взаимного излучения СЧ и ВЧ головок и результирующая АЧХ на частотах выше 400 Гц. Разделение спектра звукового сигнала между СЧ и ВЧ головками происходит на частоте около 2000 Гц. Полная АЧХ СЧ-ВЧ звена показана на рис. 46. СЧ головка имеет в корпусе резонансную частоту 91 Гц при полной добротности около 0,5.
СЧ-ВЧ блок громкоговорителя может использоваться самостоятельно без басового звена, соответственно кроссовер громкоговорителя разделен конструктивно на две части и распределен по корпусам. Схема кроссовера громкоговорителя SWAN показана на рис. 42. Полная АЧХ громкоговорителя SWAN показана на рис. 47. Особенностью громкоговорителя SWAN является использование нижней частоты раздела 200 Гц. Это требует тщательного подбора динамических головок, позволяющих использовать фильтры первого поряд-
56
Фото 6. Громкоговоритель ВТ-4
Фото 7. Громкоговоритель ВТ-2
Фото 8. Двухкорпусной громкоговоритель	Фото 9. Двухкорпусной
на динамических головках PEERLESS	громкоговоритель SWAN
Фото 10. Демонстрация на выставке "Российский High End - 2000"
300
300
203
68 ,
Рис. 44. SWAN. Чертеж корпуса СЧ-ВЧ бокса
57
ка, которые не создают расстыковки временных задержек. Величина временного рассогласования, которое могут создать, например, фильтры второго порядка с частотой среза 200 Гц составит 5...10 мс. Такие рассогласования заметны на слух и воспринимаются как нечеткость и размытость в звучании. Отсутствие больших выбросов и провалов на АЧХ НЧ головки позволило успешно применить фильтры первого порядка и избежать временного рассогласования НЧ и СЧ головок.
Рис. 45. SWAN. Область взаимного звучания СЧ и ВЧ головок
Рис. 46. SWAN АЧХ по звуковому давлению СЧ и ВЧ бокса
Громкоговорители SWAN прослушивались широким кругом аудиофилов в сравнении с моделями промышленных громкоговорителей высокой ценовой категории, а также демонстрировались на выставке “Российский HIGH END-2000”. Отзывы о качестве звуча-
58
Рис. 47. SWAN. Полная АЧХ по звуковому давлению
ния громкоговорителя позволяют считать, что задача, поставленная при разработке, успешно выполнена.
59
Оглавление
Введение ...............................................3
Глава 1.	Параметры динамических головок................4
Глава 2.	Акустическое оформление НЧ
и НЧ-СЧ динамических головок...............13
Глава 3.	Влияние разброса параметров
динамических головок.......................17
Глава 4.	Корпуса громкоговорителей....................20
Глава 5.	Кроссоверы...................................23
Глава 6.	Громкоговоритель V1 .........................25
Глава 7.	Громкоговоритель V2..........................28
Глава 8.	Громкоговоритель V3..........................31
Глава 9.	Басовое звено (сабвуфер).....................35
Глава 10.	Громкоговоритель ВТ-3.......................38
Глава 11.	Громкоговоритель ВТ-4.......................41
Глава 12.	Громкоговоритель ВТ-2.......................45
Глава 13.	Двухкорпусной громкоговоритель на
динамических головках PEERLESS .............48
Глава 14.	Двухкорпусной громкоговоритель
SWAN........................................54
ИЗДАТЕЛЬСТВО «РАДИОСОФТ» http: //www. radiosoft. ru e-mail: info@radiosoft.ru Отдел реализации тел./факс. (095) 177-4720 e-mail: real@radiosoft.ru
ЖУРНАЛ «РАДИО»
http://www.paguo.ru e-mail: radio@paguo.ru
Отдел реализации тел./факс: (095) 207-7228 e-mail: sale@paguo.ru
Адрес и телефон для заявок на книги по почте:
111578 Москва, а/я 1 «Пост-Пресс», тел: (095) 307-0661,307-0621 e-mail: postpres@dol.ru