/
Author: Семенов Б.Ю.
Tags: электротехника электроника микросхемы радиотехника своими руками
ISBN: 5-98003-172-3
Year: 2005
Text
«СОЛОН» - РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ
I1K1D ЛА 1М1П1 A ПРППЕЕЕ! ВАМ УЦДЧУ!
SBN 5-98003-172-3
Усилители для праздника
Что такое сабвуфер
Маленькие хитрости С'»
О музыке света г* <
В мире звуков
9 785980 031725
Гетоохопи м'а:я
Серия «СОЛОН — радиолюбителям»
Выпуск 28
Б. Ю. Семенов
ДИСКОТЕКА
СВОИМИ РУКАМИ
Москва
СОЛОН-Пресс
2005
ББК 32.85
УДК 621.38
СЗО
Б. Ю. Семенов
СЗО Дискотека своими руками. М.: СОЛОН-Пресс, 2005. 256 с. —
(Серия «СОЛОН — радиолюбителям». Выпуск 28)
ISBN 5-98003-172-3
Книга в простой и увлекательной форме рассказывает о том, как с
помощью несложных самодельных электронных средств на высоком
профессиональном уровне организовать веселый праздник, дискотеку,
выпускной вечер, театральную постановку. Все приведенные в книге
конструкции доступны для повторения радиолюбителями даже с мини-
мальным опытом, не содержат дефицитных и дорогих радиоэлементов,
просты в настройке и надежны в работе. Книга будет полезна всем,
кто интересуется электронной звуковоспроизводящей техникой и тех-
никой световых эффектов.
На прилагаемом к книге компакт-диске содержится техническая
документация на большинство микросхем, транзисторов и других
электронных компонентов, использованных в публикуемых конст-
рукциях, эскизы всех печатных плат в формате SprintLayout 3.0,
свободно распространяемое программное обеспечение для расче-
та элементов акустических агрегатов и составления CD дисков, ма-
териалы по истории звукозаписи. Вся эта информация пригодится
тем, кто хочет подробнее разобраться в работе описанных схем и
реализовать свои идеи, которые могут появиться по ходу чтения
книги. Авторский сайт в Интернете можно посетить по адресу:
http://www.radioland. mrezha.ru
КНИГА - ПОЧТОЙ
Книги издательства «СОЛОН-Пресс» можно заказать наложенным платежом по
фиксированной цене. Оформить заказ можно одним из двух способов:
1. Послать открытку или письмо по адресу: 123242, Москва, а/я 20.
2. Передать заказ по электронной почте на адрес: magazin@solon-r.ru.
Бесплатно высылается каталог издательства по почте.
При оформлении заказа следует правильно и полностью указать адрес, по которо-
му должны быть высланы книги, а также фамилию, нмя и отчество получателя. Же-
лательно дополнительно указать свой телефон и адрес электронной почты.
Через Интернет вы можете в любое время получить свежий каталог издательства
«СОЛОН-Пресс». Для этого надо послать пустое письмо на робот-автоответчик по
адресу: katalog@solon-r.ru.
Получать информацию о новых книгах нашего издательства вы сможете, подпи-
савшись на рассылку новостей по электронной почте. Для этого пошлите письмо по
адресу: news@solon-r.ru. В теле письма должно быть написано слово SUBSCRIBE.
ISBN 5-98003-172-3
© Макет и обложка «СОЛОН-Пресс», 2005
© Б. Ю. Семенов, 2005
От автора
В России всегда умели и любили весело отдыхать, причем не-
зависимо от сословия, социального положения, возраста. Простой
люд традиционно собирался на «посиделки», на которых всегда
танцевали под нехитрую музыку — под гармошку, граммофон, па-
тефон. Знатные особы устраивали балы, приглашали музыкантов,
оркестры, специально учились танцевать.
В недалеком прошлом танцевальные вечера с оркестровой му-
зыкой стали доступными всем. Именно поэтому их так полюбили
наши папы и мамы, дедушки и бабушки. Танцевальные залы соби-
рали множество народа — отдохнуть от учебы, работы, службы, по-
знакомиться, подвигаться, пообщаться в непринужденной обста-
новке. Конечно, участники вечеров получали заряд положительной
энергии, хорошее настроение и массу впечатлений на долгое вре-
мя. Расспросите людей старшего поколения, и они расскажут вам о
том, какими были в прежние годы танцевальные вечера.
В последнее время повсеместно — в больших городах и ма-
леньких селах — появились дискотеки, продолжающиеся порой
заполночь, а то и всю ночь. Дискотека — неизменный атрибут со-
временного праздника. Без нее вряд ли обойдутся новогоднее тор-
жество, День защитника отечества, 8 Марта, свадьба, юбилей, вы-
пускной вечер, выходной на базе отдыха и детском лагере. Диско-
теки часто проходят в школах, профессиональных училищах,
высших учебных заведениях Активная молодежь иногда устраива-
ет их на предприятиях, если позволяют возможности. Курсанты
военных училищ часто знакомятся на дискотеках с будущими
спутницами жизни, которые приходят, конечно, не только потан-
цевать... Множество песен написано «про танцы». «Стоят девчон-
ки, стоят в сторонке, платочки в руках теребят...» — слова этой из-
вестной песни — именно о танцевальном вечере, о дискотеке.
Почему именно «дискотека»? Потому что сегодня уже не надо
приглашать оркестр, играющий «до упаду». Теперь любая мелодия
звучит при помощи «неутомимой» звуковоспроизводящей и звуко-
усилительной техники — магнитофонов, CD проигрывателей, пер-
4
От автора
сональных мультимедийных компьютеров, концертных усилите-
лей, акустических колонок, сабвуферов. Звукоусилительная техни-
ка сможет качественно «озвучить» и маленький зал и огромный
стадион.
Необходимым дополнением к музыке всегда служили свето-
вые эффекты. Конечно, сейчас никто не танцует «при свечах» —
им на смену пришли более совершенные «бегущие огни», разно-
цветные прожекторы (софиты), лазерные установки, зеркальные
проекторы, поворачивающиеся в такт с музыкой, излучающие
красочные лучи света и отражающие постоянно меняющиеся ри-
сунки, крутящиеся «головы», стробоскопы, «вертушки», светому-
зыкальные установки. Трудно перечислить все многообразие со-
временных спецэфффектов. С их помощью танцевальное поме-
щение по настоящему преображается, превращаясь в сказочную
феерию звука и света, в праздничное действо!
Множество серьезных и известных фирм выпускает специали-
зированное оборудование для дискотек, некоторые фирмы только
на этом и специализируются. Наберите слова «оборудование» и
«дискотека» в любом интернет-поисковике, и робот выдаст вам
сотни ссылок, сообщающих о том, где можно приобрести такую
технику. Встречаются сотни наименований, среди которых — уси-
лители, микшеры, акустические агрегаты, микрофоны, специаль-
ные программируемые системы управления светом, даже такие ап-
параты, как машины по производству снега, дыма и мыльных пу-
зырей. Некоторые устройства, создающие световые спецэффекты,
представляют собой уникальные по своей сложности оптико-элек-
тронные системы, имеют цену, поражающую воображение. При-
обретают такое дорогостоящее оборудование коммерческие клубы,
делающие в «дискотечном» мире свой бизнес. Клубы имеют доста-
точно средств на такие приобретения, и вложения в аппаратуру
окупаются большим количеством посетителей.
Однако... Однако далеко не всякая школа, училище, детский
лагерь отдыха смогут приобрести такое оборудование и устроить в
своих стенах «танц-пол» по «последнему слову техники». Едва ли
пойдет на такие расходы, не связанные с основной деятельностью,
и администрация предприятий. Но не стоит слишком огорчаться!
Как говорится, «голь на выдумку хитра», и вечера отдыха в этих
заведениях проходят ничуть не хуже, чем в клубах, а зачастую ос-
тавляют намного больше положительных впечатлений. Почему так
От автора
5
происходит? Просто организовываются такие дискотеки собствен-
ными силами, с помощью принесенной из дома или отремонтиро-
ванной «допотопной» техники. Подавляющее большинство «укра-
шательств» создается из подручных (подножных) средств — ста-
рых елочных гирлянд, «подвальных» светильников с плафонами,
коробочек от соков, металлических банок из-под прохладительных
напитков... Когда в дело вступают выдумка, творчество, молодость
и энергия, — профессиональная техника может просто «отдыхать».
Всегда очень приятно сознавать, что все, находящееся в зале, сде-
лано руками товарищей, а не куплено в магазине. Любая дискоте-
ка, пррведенная своими силами, может считаться произведением
искусства, так как она неповторима, уникальна
Работая над этой книгой, автор поставил задачу дать практиче-
ские советы тем, кто настроился провести танцевальный вечер
своими силами, с помощью друзей, коллег, одноклассников. Пре-
жде всего книга адресуется тем читателям, кто хотя бы немножко
умеет держать в руках паяльник, знает основы радиоэлектроники
и уже собирал электронные самоделки. Но поскольку подготовка
праздника — дело сугубо коллективное, лучше всего читать книгу
не одному, а с друзьями. И не только повторять то, о чем здесь бу-
дет рассказано, но и придумывать свои устройства для дискотеки
Вы узнаете об основах восприятия человеком звуков, разбере-
тесь, чем отличается прослушивание музыки в домашней обста-
новке от танцевального звуковоспроизведения. Достаточно много
времени вам придется уделить усилительной технике, микшерам,
эквалайзерам, микрофонам и другим необходимым «звуковым»
устройствам, без которых не обойтись при проведении дискотеки.
Естественно, вам также предстоит заняться световыми спецэффек-
тами — «бегущими огнями», прожекторами, проекторами, под-
светками, фонариками, лазерным шоу, цветомузыкой, стробоско-
пами. Конечно, воспользуетесь советами, связанными с ведением
дискотеки, последовательностью музыкальных произведений, ра-
ботой ди-джея. Немного, но достаточно для краткого ознакомле-
ния, будет уделено времени профессиональному оборудованию.
Обязательно расскажем о мерах техники безопасности и пожаробе-
зопасности при изготовлении, настройке аппаратуры, а также при
проведении праздника.
Автору книги в его школьные годы нс раз приходилось органи-
зовывать школьную праздничную дискотеку, настраивать и ре-
6
От автора
монтировать звукоусилительную аппаратуру, расцвечивать зал ог-
нями цветомузыки и световых автоматов, подбирать музыкальный
репертуар и даже «работать» ди-джеем, объявляя композиции.
Опыт, приобретенный в это «золотое» время, в значительной сте-
пени пригодился при написании этой книги Ведь подготовить
праздник, затратив на его организацию минимум денежных
средств, — задача нетривиальная и творческая. В свое время авто-
ру это удавалось, и он надеется, что книга поможет сегодняшним
организаторам почти «из ничего» сделать «нечто».
Книга пригодится не только тем, кто хочет устроить дискотеку
или танцевальный вечер, но также и любительскую театральную
постановку, концерт художественной самодеятельности, творче-
ские конкурсы и соревнования в небольшом спортзале — в об-
щем, любое веселое и радостное мероприятие.
Ну что ж, без лишних слов, в путь! Запасайтесь терпением,
упорством и желанием довести начатое дело до логического кон-
ца. А в конце этого пути — веселый праздник.
В дорогу!
Б Ю. Семенов
Глава 1
ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОСТЬ
ЗВУКОЗАПИСИ
Дискотека. Сегодня мало кто не знает, что это такое. Дискоте-
ка, основательно вошедшая в нашу жизнь приблизительно с сере-
дины 70-х годов XX века, — один из самых любимых способов
времяпровождения современной молодежи. Откуда произошло та-
кое название, пришедшее взамен «танцам»? Очевидно, что слово
это имеет почти такой же смысл, как и слова «библиотека», «кар-
тотека», «фонотека», то есть собрание некоторых однотипных
предметов. Скажем, библиотека — собрание книг, картотека — со-
брание карточек. А вот дискотека — собрание музыкальных дис-
ков? Так? Почти так, но не совсем!
Все дело в том, что первым массовым носителем музыкальной
записи была грамзапись, хранившаяся на диске, или, как говори-
ли в народе, на «пластинке». Чтобы весь танцевальный вечер не
«крутить» одну и ту же «пластинку», человек, отвечающий за му-
зыкальное сопровождение (сначала этого человека называли
диск-жокеем, затем он трансформировался в «ди-джея»), был вы-
нужден иметь под рукой несколько десятков дисков, меняя их по
ходу дела. Вот отсюда и появилось такое интересное слово.
Наша книга посвящена в основном технической стороне орга-
низации дискотеки. Но прежде чем перейти к технике, мы позво-
лим ненадолго отвлечь внимание читателя и рассказать об исто-
рии появления звукозаписи, о первых изобретениях, об именах,
подаривших нам такие замечательные вещи, которыми мы пользу-
емся. А история звукозаписывающих и звуковоспроизводящих ав-
томатов берет свое начало в августе 1877 года, когда гениальный
американский изобретатель Томас Алва Эдисон (1847—1931) при-
думал «говорящую машину».
О личности Эдисона и его роли в истории электронной техни-
ки написано множество книг. Как вспоминают современники
Эдисона, по темпераменту и наклонностям он напоминал своего
8
Гпава 1 История и современность звукозаписи
Рис. 1.1. Фонограф Эдисона
литературного тезку — Тома Сойера, героя романов Марка Твена.
Отвращение к этикету и условностям, презрение к общепризнан-
ным авторитетам, удивительное сочетание предпринимательской
жилки и разгильдяйства, бесконечный запас юмора, тяга к обога-
щению — все это позволило Эдисону сделать за свою жизнь более
3000 изобретений, официально закрепленных патентами и автор-
скими свидетельствами. Такое количество изобретений не сделал
ни один человек в мире!
«Говорящая машина» Эдисона сегодня более известна нам как
фонограф. Этот скромный прибор стал предтечей таких массовых
изделий, как граммофоны, патефоны, виниловые проигрыватели
(ЭПУ) и другие устройства, в основе которых лежит принцип ме-
ханической звукозаписи. Идея создания устройства для записи
звука пришла изобретателю в процессе работы над аппаратом
фиксирующим острой иглой телеграфные точки и тире на поверх-
ности плоского вращающегося диска. После приема телеграмму
Рис. 1.2. Канавки, оставленные иглой фонографа
Гпава 1. История и современность звукозаписи
9
предполагалось воспроизводить, устанавливая на аппарат с похо-
жей иглой, которая, поднимаясь и опускаясь, подчинялась помет-
кам, сделанным на диске.
Помогла Эдисону случайность, которая, как обычно, и являет-
ся главной во всех известных изобретениях. Однажды диск на вос-
производящем устройстве стал вращаться с большой скоростью, и
игла начала вибрировать, издавая звуки. Эдисон мгновенно сооб-
разил, что если он прикрепит иглу к рупору с упругой пленкой —
диафрагмой — звуки получат многократное усиление.
«Когда я работал над улучшением телефона, я как-то запел над
тоненькой стальной пластинкой, к которой была припаяна игла.
Благодаря дрожанию пластинки, игла уколола мне палец, что за-
ставило меня задуматься. Если бы можно было записать эти коле-
бания иглы, а потом снова провести иглой по такой записи — от-
чего бы пластинке не заговорить? Вот и вся история: не уколи я
палец, не изобрел бы фонографа», — рассказывал Эдисон.
Сев за письменный стол, Эдисон вчерне набросал чертеж но-
вого аппарата, прикинув не только чисто техническую сторону во-
проса, но и экономическую — в какую сумму обойдется воспроиз-
водство фонографа «в железе». Интересно отметить, что своим ме-
ханикам изобретатель платил по сдельной форме оплаты, поэтому
на чертеже была оставлена пометка «18 долларов». На чертеже
Эдисон изобразил вращающийся цилиндр, приводимый в движе-
ние рукояткой. Цилиндр был обернут мягким оловянным листом
и вращался таким образом, чтобы двигаться вблизи рупора с диа-
фрагмой, на которой закреплялась иголка. Фонограф имел два ру-
пора, один из которых служил для записи звука, а второй — для
его воспроизведения.
Вначале звук требовалось записать. Для этого на фонограф ус-
танавливался один рупор с диафрагмой и закрепленной на ней иг-
лой. Колеблясь в такт со звуковыми волнами, игла оставляла на
поверхности цилиндра бороздки. А воспроизведение осуществля-
лось другим рупором, который устанавливался после записи. Та-
кой рупор имел более чувствительную диафрагму.
Дальше чертеж попал в руки коллеге Эдисона, инженеру Джо-
ну Круези, который его спросил, что здесь изображено. Эдисон
ответил, что на чертеже показано, как сделать «говорящую маши-
ну». Круези, видя чрезвычайную простоту конструкции, расхохо-
тался. Однако веселое настроение у Круези сменилось на деловое,
10
Гпава 1. История и современность звукозаписи
когда была изготовлена последняя деталь. Как повествует история,
Эдисон установил фонограф на стол, запустил его и громко крик-
нул в рожок слова детской песенки: «У Мэри был барашек». Затем
рупор был заменен и фонограф выдавил из себя — конечно, с
ощутимым скрежетом — эти же слова про овечку.
Эдисон не остановился на достигнутом и взялся за совершен-
ствование изобретения. Он достаточно быстро избавился от необ-
ходимости смены рупоров, повысил громкость звука введением
дополнительного механического усилителя — мегафона. Вообще
фонограф стал любимым изобретением Эдисона. Он продолжал
совершенствовать его на протяжении сорока лет, получив около
80 патентов. Интересно отметить, что один из своих фонографов
изобретатель подарил Льву Толстому, отдавая дань уважения его
творчеству, и теперь мы имеем возможность услышать голос на-
шего великого писателя.
Идея фонографа как машины для записи и воспроизведения
звука оказалась настолько новой, что когда Эдисон принес заявку
на получение патента, бюро изобретений не смогло найти ни од-
ного аналога, даже отдаленно напоминающего это изобретение.
После официальной регистрации идеи фонографа Эдисон показал
его своим друзьям, которые немало удивлялись механическому го-
лосу, произносившему: «Доброе утро! Как поживаете? Как вам
нравится фонограф?»
Свое победное шествие фонограф начал в начале 1878 года,
после широкого показа на выставках, прошедших в США и Евро-
пе. Как писали газеты того времени, вокруг фонографа наблюда-
лось настоящее «вавилонское столпотворение». Тысячи посетите-
лей стояли во многочасовых очередях, чтобы прослушать корот-
кую запись. А канцлер Германии Бисмарк предсказал большое
будущее технике звукозаписи, сказав: «Фонограф — очень опасная
вещь для политиков, но он станет чрезвычайно полезным, если
политики начнут говорить правду».
Сегодня, в век цифровой звукозаписи, мы считаем все механи-
ческие звукозаписывающие средства устаревшими, архаичными,
недостойными внимания. Но надо все равно отдать им должное —
ведь без них не появились бы привычные проигрыватели ком-
пакт-дисков и шрЗ-плееры. Сегодня мы найдем десятки тысяч
очевидных способов применения звукозаписывающей аппаратуры
А тогда, на заре ее появления, все казалось не таким очевидным.
Глава 1. История и современность звукозаписи
11
Рис. 1.3. Графофон
Рис. 1.4. Сменные валики с записями для графофона
Но Эдисон сумел не только разработать техническую сторону во-
проса. Он предложил десяток возможных способов применения
фонографу. Прочитайте их внимательно и попробуйте сказать, что
из его предложений удалось реализовать, а что — нет:
• диктовка писем и документов без стенографистки;
• фонографические книги для слепых;
• обучение красноречию;
• воспроизведение музыки;
• запись на память семейных событий, голосов членов семьи;
• музыкальные шкатулки и игрушки;
• часы, которые могут вслух объявлять время;
• сохранение языков с помощью точной фиксации произно-
шения;
• в целях образования;
• в сочетании с телефоном для записи переговоров.
Фонограф как коммерческий аппарат не получил широкого
распространения, но на основе идеи его устройства стали возни-
кать вполне коммерческие проекты, приносящие ощутимые дохо-
ды. Развив идею Эдисона, изобретатель телефона Александр Белл
создал графофон, в котором оловянный цилиндр был заменен на
72
Глава 1. История и современность звукозаписи
восковой, что в значительной степени повысило качество звука —
на восковом цилиндре игла прочерчивала четкую дорожку, в то
время как на олове оставались лишь отметины. Фонографы не
воспроизводили звук «ш», звуки «д» и «т» не различались, в то
время как графофон фиксировал все звуки. Для производства гра-
фофонов даже была создана коммерческая «Коламбиа графофон
компани». Постепенно совершенствуясь, графофон прошел от
ручного привода валика к электрическому. Как аппарат для запи-
си музыкальных произведений он перестал выпускаться в первом
десятилетии XX века, а последний валик для графофонов-дикто-
фонов был произведен в 1929 году.
Однако даже графофон не смог остаться в истории звукозапи-
си как популярный у большинства людей аппарат для записи и
воспроизведения звука. Таким устройством стал граммофон, соз-
данный в 1888 году Эмилем Берлинером (1851—1929). Граммофон
несколько десятилетий верой и правдой служил людям, со време-
нем превратившись в более компактное устройство, построенное
на том же самом принципе, — патефон (в европейских странах его
называли портативным граммофоном). Сегодня и граммофон, и
патефон можно встретить разве что в музее, или в фильмах с дей-
ствием, происходящим в начале XX века, в военное время.
Главное усовершенствование, которое внес Берлинер в конст-
рукцию фонографа, кроется в переходе от цилиндров к плоским
круглым пластинкам, запись на которые осуществляется по спи-
рали — от окружности к центру. Пластинки стало проще хра-
нить — они занимают гораздо меньше места. Но самое главное
преимущество, решившее судьбу граммофонной пластинки, за-
Рис. 1.5. Граммофон Э. Берлинера
Глава 1. История и современность звукозаписи
13
ключалось в возможности легкого копирования записи путем
прессовки дисков. Копировать записи фонографа таким способом
едва ли получится.
Скорость вращения пластинки была выбрана не такой уж ма-
ленькой — 78,26 оборотов в минуту. И эта скорость вращения ос-
тавалась в качестве стандарта до 1948 года, когда появилась всем
известная низкооборотная пластинка со скоростью вращения З3‘/3
оборота в минуту. Диаметр пластинок в течение короткого време-
ни изменился: с 175 мм он увеличился сначала до 250, а потом и
до 300 мм. С 1903 г. начался выпуск двусторонних грампластинок,
разработанных фирмой «Одеон».
Граммофоны и патефоны имели массу недостатков, среди ко-
торых основные приходились на носитель информации — на пла-
стинки. Обладая хрупкими свойствами, пластинки легко разбива-
лись от неосторожного обращения, царапались, теряли качество
звука после многократного проигрывания. Граммофонные и пате-
фонные иглы приходилось менять через 15 минут работы. И тем
не менее изобретение Эмиля Берлинера оставалось главным сред-
ством звуковоспроизведения, доступного для большинства людей,
более полувека.
Несколько слов — собственно о пластинках. Сегодня, с появ-
лением CD-дисков, они стали оригинальным достоянием коллек-
ционеров, как справедливо пишет автор одного журнала для цени-
телей звукозаписи: «У меня есть несколько знакомых, которые со-
бирают виниловые диски, причем «вертушек» у них нет, и
приобретать их они не планируют. Диски собираются как антик-
вариат, как предание времен аналогового ХХ-го века. Коллекцио-
неры иногда достают свои сокровища, смахивают с конвертов
пыль, вздыхают, а потом вставляют в CD-плейер компакт-диск с
записью, аналогичной «винилу». По сути «винил» напоминает
египетские папирусы — они много у кого есть, но мало кто их мо-
жет прочесть. Скоро «вертушки» исчезнут из широкого обраще-
ния, и тогда виниловые диски приобретут загадочность древних
манускриптов».
Мы хорошо знаем, как выглядят классические виниловые дис-
ки — это блины из пластмассы черного цвета с приклеенной в
центре этикеткой-кружочком. А вот первые диски, изобретенные
Берлинером, покрывались специальным составом из сажи, сме-
шанной с воском. Этот материал не утвердился в индустрии грам-
14
Глава 1. История и современность звукозаписи
записи, равно как и стекло, и даже шоколад. Найти подходящий
материал для дисков оказалось не так просто — требовалось обес-
печить стойкость к механическим воздействиям, низкий уровень
шума при проигрывании, низкую стоимость, возможность без тру-
да изготавливать необходимое число копий. К счастью, этот мате-
риал был найден в природе. Им стала смесь на основе натураль-
ной шеллачной смолы, вырабатываемой лаковыми червецами, жи-
вущими на тутовых деревьях.
Для производства шеллачной смолы были разработаны слож-
ные технологии, поэтому на первых порах в бизнесе грамзаписи
утвердилось лишь несколько крупных фирм из США, Италии и
Франции. Интересно отметить, что во Франции производством
грампластинок занималась фирма «Pathe», давшая название знаме-
нитому патефону. На первых порах массового производства грам-
пластинок — примерно до начала XX века — в мире было продано
всего 4 миллиона дисков. К 1933 году уже многие звукозаписываю-
щие компании США маркируют все выходящие диски надписью
«not licensed for radio broadcast» («без лицензии на радиовещание»).
На передний план выходит проблема защиты авторских прав.
А что в России? Первые заводы по изготовлению грампласти-
нок появились в 1907 году. Владела ими все та же французская
«Pathe». В 1910 году вступил в строй немецкий завод-конкурент на
станции Апрелевка Московской железной дороги (кстати, этот за-
вод работал до начала 90-х годов XX века). Дореволюционная Рос-
сия производила около 18 миллионов дисков в год, причем шел-
лачная основа в полном объеме импортировалась.
Что еще можно рассказать о том времени? Одним из самых
первых певцов, выпустившим грамзапись своего голоса, стал Фе-
дор Иванович Шаляпин. Но все же основные объемы предлагае-
мых в то время записей составляла танцевальная музыка Дли-
тельность проигрывания одной стороны диска составляла всего
3—5 минут, поэтому авторы всех эстрадных произведений, полу-
чивших широкое хождение на народных танцевальных вечерах,
стремились уложиться в этот формат во что бы то ни стало. Так
начиналась эпоха звукозаписывающей техники.
Еще одно направление звукозаписывающей техники — маг-
нитная запись — появилась 1 декабря 1898 года. В этот день дат-
ский инженер-электрик Вальдемар Поулсен (1869—1942) запатен-
товал первый в мире аппарат для магнитной записи звуковых ко-
Гпава 1. История и современность звукозаписи
15
лебаний. Свое детище Поулсен назвал «телеграфон». В качестве
носителя информации в нем использовалась стальная проволо-
ка — это прототип магнитной ленты. Кстати, проволока как более
надежный вид магнитного носителя, до сей поры применяется в
«черных ящиках» — аппаратуре для записи переговоров экипажей
самолетов. На Всемирной выставке, прошедшей в Париже в
1900 году, телеграфон вызвал повышенное внимание посетителей.
Некоторые из записей, сделанных на этой выставке, сохранились
до настоящего времени.
Эпоха электромеханической грамзаписи наступила с 30-х го-
дов XX века. Тогда стали появляться первые звукосниматели,
преобразующие механические колебания иголки в электрические.
Эти колебания можно было' усиливать обычными ламповыми
усилителями. Электрическая запись резко повысила качество за-
писи: например, частотный диапазон воспроизводимых звуков со
150—4000 Гц (примерное качество звука в телефонной трубке)
расширился до 50—10 000 Гц.
В это же время интенсивно развивается техника магнитной за-
писи, появляются первые магнитофоны. На технической выстав-
ке, прошедшей в Берлине в 1935 году, посетителям представляется
Рис. 1.6. Один из первых портативных магнитофонов
16
Гпава 1. История и современность звукозаписи
первый пленочный магнитофон, разработанный немецкой компа-
нией «BASF». Правда, на первых порах магнитофоны стали ис-
пользоваться не для развлечений, а в военных целях — для записи
телефонных переговоров, для ускоренной передачи в эфир сооб-
щений. Время звучания вначале составляло 30 минут, но его дос-
таточно быстро довели до 60 минут. Интересно также отметить,
что впервые способ производства магнитной ленты был разрабо-
тан в 1935 году немецким инженером Вильгельмом Гаусом.
После окончания Второй мировой войны, в 1945 году амери-
канцы обнаружили несколько немецких магнитофонов в здании
«Радио Франкфурт» и на основе этих трофейных образцов компа-
ния «Атрех» разработала собственную конструкцию, которая бы-
ла представлена в 1948 году. Тогда же стали активно применять
пленку на основе гамма-окиси железа. Эта магнитная лента ис-
пользуется в технике магнитной записи и по сей день.
Магнитная запись к этому времени пока еще не вышла за пре-
делы профессиональных студий, но уже начала активно «насту-
пать на пятки» трехминутным «народным» дискам, и фирмы-про-
изводители оборудования грамзаписи предпринимают усилия для
поиска способов увеличения времени звучания. В 1948 году на
свет появляется «долгоиграющая» пластинка на основе синтетиче-
ского полимерного материала — винилита. Отсюда родилось со-
временное название диска грамзаписи — виниловый. Долгоиграю-
щие пластинки за счет использования уплотненной записи с мик-
роканавками и снижения скорости проигрывания позволяли
записывать произведения, длительность которых достигала 30 ми-
нут для одной стороны пластинки при одновременном расшире-
нии частотного диапазона до 16 000 Гц. Кроме того, пластинка
стала небьющейся. В нашей стране долгоиграющие пластинки
стали выпускаться с 1950 г. В том же году в мире появились долго-
играющие пластинки с переменным шагом записи, позволившие
увеличить длительность записи еще на треть.
Современная музыка обязательно записывается в стереофони-
ческом варианте. Почему? Объяснять дополнительно здесь
что-либо нет смысла: и так все очевидно. Механическая грамза-
пись подошла к своему закату, случившемуся в середине 80-х го-
дов XX века, именно в варианте стереофонического звука. Первые
же попытки записать стереозвук на грампластинку относятся к
1910 году. Тогда задачу решали, что называется, «в лоб» — записы-
Глава 1. История и современность звукозаписи
17
Рис. 1.7. Первый CD-проигрыватель
вали оба канала на параллельных дорожках. Способ оказался не-
удобным, и стереофоническую грамзапись отложили до лучших
времен.
Лучшие времена наступили, когда в 1931 году английский фи-
зик Блюмлейн предложил способ стереозаписи в одной канавке,
при котором сигналы обоих каналов записываются раздельно на
стенки канавки, ориентированные под углом 45 градусов к по-
верхности пластинки. Такой способ оказался совместимым с мо-
нофоническим, то есть стереопластинки можно было бы воспро-
изводить на монофонической аппаратуре и наоборот. В декабре
этого же года инженеры американской компании «Bell Labs» Хар-
ви Флетчер (1884—1981) и Артур К. Келлер (1901—1983), осущест-
вили стереофоническую запись звука на одну дорожку граммо-
фонной пластинки. К сожалению, низкий технический уровень
того времени не позволил наладить серийное производство сте-
реопластинок. Только в 1958 г. был разработан способ записи сте-
реопластинок, пригодный к массовому и дешевому производству.
Что так и не удалось реализовать в области массовой грамза-
писи, что не вышло за лаборатории и экспериментальные серии?
Например, еще более сложные системы’. В семидесятые годы поя-
вились четырехканальные, или квадрофонические, записи с ис-
пользованием ультразвукового диапазона частот и соответствую-
щими преобразованиями сигналов — как при записи, так и при
воспроизведении. Были разработаны и другие способы записи, в
18 Гпава 1. История и современность звукозаписи
том числе с преобразованием аналогового сигнала в цифровой. Не
получили распространения разработанные в 60-е годы XX века
пластинки на 16 и даже 8 об./мин.
Современная дискотека легко может обойтись без виниловых
дисков — все, что ранее вышло на них, сегодня переписано на
CD-диски. Намного удобнее записать в память персонального
компьютера трЗ-файлы и «запустить» многочасовую нон-стопо-
вую вереницу, отвлекаясь лишь на несколько слов, сказанных в
микрофон в паузах между музыкальными произведениями. Диско-
тека не требует высочайшего качества звука и аппаратуры, учиты-
вающей все нюансы звуковоспроизведения — достаточно и
трЗ-качества. На худой конец сгодится классический магнито-
фон — но этот вид источника звука также сегодня все более отхо-
дит на второй план Наша эра — это эра цифрового звука, таящая
еще много загадок, открытий и изобретений. О том, как восполь-
зоваться современными источниками звука для дискотеки, мы
расскажем в следующих главах.
С историей мы закончили — переходим к технике.
Глава 2
Э Л ЕКТРОАКУСТИ КА
Любое направление человеческого творчества нуждается в
средствах своего воплощения, которые должны совершенствовать-
ся, улучшаться. Скажем, изобразительное искусство рождает ри-
сунки, картины, скульптуры, которые остаются в веках, и их мо-
жет созерцать много поколений людей. Искусство музыки и пения
до настоящего времени сохранять для потомков было практически
невозможно. Да, были придуманы ноты, которые фиксировали
мелодию. Но они лишены возможности передавать настроение, с
которым исполнял произведение его автор. Благодаря звукозапи-
сывающей и звуковоспроизводящей технике мы имеем возмож-
ность сохранить музыкальный образ в исполнении автора. На дис-
котеках продолжают звучать мелодии, созданные ныне несущест-
вующими музыкальными коллективами и музыкантами.
Однако приблизить звучание механического средства к живому
воспроизведению — задача весьма непростая. Именно поэтому
оборудование современных звукозаписывающих студий содержит
большое количество разных приборов и стоит очень дорого — за-
пись хорошей фонограммы превратилась в искусство. Но даже от-
лично сделанная запись может отвратительно звучать при воспро-
изведении. Тут вступают в силу особенности помещения, качество
аппаратуры, умение настраивать звучание. В этой главе мы позна-
комим читателя с характеристиками «искусственного» звука, его
распространением в замкнутом пространстве и с особенностями
человеческого восприятия звука.
2.1. Как характеризуются источники звука
Любое средство воспроизведения звука должно обладать опре-
деленными техническими характеристиками, которые позволят
ему в той или иной степени достоверности передать реальные осо-
бенности звукового источника. Едва ли кому из участников диско-
20
Гпава 2. Электроакустика
теки понравится искаженная до неузнаваемости фонограмма. По-
этому нам просто необходимо разобраться, какие технические ха-
рактеристики введены для описания звуковых источников.
Самый простой вид звука — тональный звук (рис. 2.1) В элек-
тротехнике такой вид называется гармоническим (синусоидаль-
ным). Тональный звук характеризуется высотой (частотой), гром-
костью, длительностью. На слух тональный звук воспринимается
как гудок, как звук пищалки, а характеризуется частотой (единица
частоты — герц). Это — основа, кирпичик звукового сигнала
сложной формы, называемого нетональным. Нетональный звуко-
вой сигнал мы встречаем в реальной жизни гораздо чаще — это
музыка, речь, звуки животных, шум листвы, рокот моря. Именно
нетональные сигналы представляют для нас практический инте-
рес. Для их оценки вводится еще одна характеристика — тембр.
Рис. 2.1. Тональный сигнал
Что такое тембр? Вы наверняка встречали в быту, и не раз, та-
кие характеристики звука, как «глухой», «бубнящий», «булькаю-
щий», «рокочущий», «шепелявый», «свистящий», «шипящий»,
«густой», «мягкий», «жесткий», «прозрачный». Особенно много та-
ких характеристик можно найти в художественной литературе, где
таким способом добиваются большей рельефности сюжета. Ассо-
циации, возникающие при этом, носят субъективный, то есть ме-
няющийся от человека к человеку, характер Один человек может
представить «роког» как звук проезжающего трактора, а другой —
как звук работающего холодильника. Пользоваться такими рас-
плывчатыми характеристиками в технике нельзя, но, как мы уви-
дим, дальше, некоторые из них все же могут быть приняты в каче-
стве предварительных характеристик.
В основе любого музыкального произведения лежит так назы-
ваемый музыкальный звукоряд — частотная (тональная) сетка, со-
стоящая из 88 звуков, расположенных в диапазоне от 16 до
4176 Гц. Этот звукоряд появился в результате многовекового раз-
Гпава 2. Электроакустика
21
вития музыки и, как показывают современные исследования, со-
ответствует возможностям человеческого уха отличать звуки друг
от друга (разрешающей способности органа слуха). Звуки музы-
кального звукоряда, частоты которых укладываются в ряд 1, 2, 4,
8, 16, при одновременном воспроизведении, звучат в унисон, то
есть сливаются (человеческое ухо четко улавливает унисонное зву-
чание). Интервал между соседними унисонными звуками назван
октавой, и это понятие часто встречается в электротехнике при
построении частотных характеристик усилительной аппаратуры.
Но в электротехнике октава — это отношение между частотами
сигналов, равное двум.
Унисонным звучанием пользуются прежде всего настройщики
музыкальных инструментов Обычно в кармане настройщика ле-
жит эталон звука, называемый камертоном, способный извлекать
только одну ноту. Камертон выглядит как вилка с двумя кончика-
ми, и при ударе по нему он издает эталонный звук.
Любой музыкальный инструмент обладает возможностью из-
влекать звуки музыкального звукоряда, как по отдельности, так и
одновременно. Мы не будем обращаться к сложному случаю одно-
временного извлечения, а рассмотрим простейший — одиноч-
ный — звук. Допустим, мы услышали поочередно две одинаковые
ноты «ля» от разных инструментов — пианино и кларнета. Мы
никогда не спутаем эти звуки! Почему? Да потому что они облада-
ют разным тембром. А тембр звука «спрятан» в форме сигнала, ко-
торую мы сможем увидеть, подключив выход хорошего микрофо-
на ко входу осциллографа (рис 2.2).
В обоих звуках присутствует тон — основная частота (она назы-
вается еще основной гармоникой), а также обертоны — гармоники с
Рис. 2.2. Нетональные звуки: a — пианино; б — кларнет
22
Гпава 2. Электроакустика
частотой, кратной основной Амплитуды обертонов у разных музы-
кальных инструментов разные, и именно это явление создает непо-
вторимый тембр. На рис. 2 3 показан результат сложения двух гар-
монических колебаний с разными частотами На рис. 2.4 проиллю-
стрированы разложения звуков по тону и обертонам, извлеченных
из пианино и кларнега. Музыкальный звукоряд, как мы уже знаем,
учитывает только тональные звуки. С их помощью можно воспро-
извести мелодию (как это делалось в первых моделях сотовых теле-
фонов), но особой эстетической ценности такая последователь-
ность гудков с разной высотой звука не представляет Музыка ста-
новится музыкой только тогда, когда она украшается обертонами.
Рис. 2.3. Сложение двух тональных сигналов
Какое количество обертонов необходимо учесть для точной пе-
редачи тембра музыкального произведения? Теоретически — бес-
конечное множество. Но практически замечено, что амплитуда
обертонов быстро убывает с ростом их номера, и пяти-семи гар-
моник вполне оказывается достаточно. Здесь может возникнуть
вопрос: каким образом можно управлять количеством обертонов,
выдаваемых музыкальным инструментом? На самом деле источ-
ник звука рождает большое количество гармоник, но вклад обер-
тонов с номерами, большими, чем 5...7, практически незаметен.
Гпава 2. Электроакустика
23
t
fi = 440 Гц
f2 = 880 Гц
Тз=1320Гц
f4 = 1760 Гц
fi = 440 Гц
f2=880 Гц
f3= 1320 Гц
f4 = 1760 Гц
Рис. 2.4. Спектры сигналов музыкальных инструментов:
a — пианино; б — кларнета
Этот факт очень важен для технических средств записи и воспро-
изведения звука, возможности которых по учету гармоник ограни-
чены. С учетом сказанного определим верхнюю частоту тракта
звуковоспроизводящего устройства, достаточную для точной пере-
дачи звука музыкального произведения — она оказывается близ-
кой к 28 кГц Особенности устройства слухового аппарата челове-
ка позволяют снизить эту частоту в 2 раза, но об этом мы погово-
рим позже.
Разобравшись в механизме тембровой окраски звуков, теперь
мы сможем тверже определить «субъективные» характеристики не-
тональных звуков. Признак «глухого» звука — низкий уровень
присутствия обертонов, признак «звонкого» — высокий уровень
обертонов. В «бубнящем» наряду со сбалансированным присутст-
вует низкочастотный сигнал большой амплитуды с низким уров-
нем обертонов — поэтому «бубнящий» звук хуже в плане разбор-
чивости, чем сбалансированный. «Рокочущий» обладает некото-
рым периодическим изменением во времени громкости, что
физически означает амплитудную модуляцию, у тона и обертонов
24
Гпава 2. Электроакустика
появляются боковые полосы. «Свистящие» и «шипящие» звуки ха-
рактеризуются наличием в спектре широкополосного непериоди-
ческого колебания Этот звук присутствует в любом тракте звуко-
воспроизведения, и по его величине судят о качестве аппаратуры.
Шипение сопровождает также и старые записи с грампластинок.
Из сказанного следует, что, искусственно создав определенную
форму звукового сигнала, можно придать звуку тембровую окра-
ску любого инструмента Действительно, такие работы идут уже
давно, и современная компьютерная техника позволяет делать это
даже в домашних условиях. Профессиональные музыканты часто
записывают свои произведения в одиночку, пользуясь синтезиро-
ванным звуком. Так получается гораздо дешевле — не нужно со-
держать музыкантов Однако синтезированный звук относится к
«холодному» звуку, лишенному особенностей «живого» звука, соз-
даваемого классическими музыкальными инструментами. Машин-
ная фонограмма стандартна и математически выверена, в то время
как «живая» музыка обладает особенностями, которые не могут
быть пока зафиксированы никакой измерительной аппаратурой,
но которые улавливаются знатоками и любителями музыки Кста-
ти, для дискотеки компьютерная музыка сгодится.
Вернемся к «живым» источникам звука и немного подробнее
рассмотрим особенности некоторых широко распространенных
музыкальных инструментов. Это позволит нам понять, что нуж-
но для того, чтобы без заметных искажений передавать их «голо-
са». Любой музыкальный инструмент характеризуется тремя ос-
новными характеристиками — диапазоном частот тонов, фор-
мантой и атакой (затуханием) Имеется и множество других
характеристик, но, учитывая, что они менее важны, мы их назы-
вать здесь не будем
Диапазон частот тонов — очень простая и понятная характери-
стика. Она показывает, какой диапазон музыкального звукоряда
может воспроизвести данный музыкальный инструмент. Диапазон
тонов указывается как пара чисел (нижняя и верхняя частотная
граница), и не может характеризовать тембр инструмента.
Форманта — тембровая характеристика музыкальных инстру-
ментов. Это диапазон частот, в котором основной тон и обертоны
имеют максимальную интенсивность Форманта показывает диа-
пазон частот, которые музыкальный инструмент производит фи-
зически. Инструменты могут иметь несколько формант
Гпава 2. Электроакустика
25
Атака (затухание) — третья важная характеристика, показы-
вающая динамические свойства музыкальных инструментов. Она
наиболее сложна, так как может быть охарактеризована с помо-
щью физических величин достаточно поверхностно. Тем не менее,
атака (затухание) играет важнейшую роль в процессе узнавания
музыкального инструмента, причем атака и затухание взаимно
связаны. Чтобы показать важность этой характеристики извест-
ный авторитет в области электроакустики А. Лихницкий предлага-
ет прослушать фонограмму «задом наперед» (лучше всего для это-
го подойдет магнитофон) Атака и затухание поменяются местами,
и музыкальный инструмент станет неузнаваемым. Обычно атака
длится сотые доли секунды. Затухание — процесс более длитель-
ный, вдобавок зависящий и от акустических свойств помещения,
в котором происходит звукоизвлечение.
Чтобы легче сравнивать характеристики известных музыкаль-
ных инструментов, обратимся к табл. 2.1.
Таблица 2.1. Диапазоны частот тонов
Название музыкальн го инструмента Диапазон частот тонов,Гц
Скрипка 130...2000
Альт 130...1100
Виолончель 65...700
Контрабас 41...240
Клавесин 85...1400
Акустическая гитара 80...1300
Арфа 35...3300
Рояль 25...4125
Флейта 260. .2100
Кларнет 140...1500
Гобой 230...1570
Фагот 58...622
Труба концертная 185...1050
Валторна 60...700
Тромбон 80...520
26
Гпава 2. Электроакустика
Рассматривая табл. 2.1, у читателя может сложиться впечатле-
ние, что многие инструменты дублируют друг друга, и без них
можно вполне обойтись. Однако мы уже знаем, что кроме частот-
ного диапазона имеется также и тембровая окраска (форманта), а
также атака (затухание). Смычковые инструменты (скрипка, альт,
виолончель, контрабас) обладают тремя характерными форманта-
ми. Первая лежит в диапазоне 220...300 Гц (она является основ-
ной), вторая — в диапазоне 600...800 Гц, третья — в диапазоне
1400...4500 Гц. Опыт разработки звуковоспроизводящей аппарату-
ры показывает, что передать звучание смычковых музыкальных
инструментов — задача очень сложная. Особенно эти слова отно-
сятся к скрипке, обладающей высокой динамикой интонации. Ча-
ще всего тракты звуковоспроизводящих устройств передают
«скрипку» с достаточной степенью детальности, но звук получает-
ся «резким», отчасти даже «рваным», вызывая быструю утомляе-
мость слушателя. «Голос» скрипки хорошо использовать при тес-
тировании новой аппаратуры.
Щипковые инструменты, к которым относятся арфа и гитара,
характеризуются быстрой атакой (время атаки колеблется от 1 до
5 миллисекунд) и длительным затуханием звука (время затухания
составляет 1. 5 секунд). Передача звучания гитары — задача не
очень сложная, поскольку этот инструмент обладает по сравнению
со скрипкой значительно меньшей динамикой.
Медные духовые инструменты имеют достаточно большое вре-
мя атаки (десятые доли секунды), сложный обертональный состав,
который динамично перестраивается при звукоизвлечении.
Ударные музыкальные инструменты невозможно характеризо-
вать тональными характеристиками (табл. 2.2). Здесь можно ука-
зать лишь диапазон спектра звуков и сказать, что их атака состав-
ляет тысячные доли секунды, а тембровая окраска практически
отсутствует.
Таблица 2.2. Ударные инструменты
Название музыкального инструмента Диапазон частот, Гц
Кастаньеты 600...16 000
Большая оркестровая тарелка 800...18 000
Джазовая тарелка (хэт) 500...18 000
Литавра большая 87...800
Гпава 2. Электроакустика
27
Итак, мы делаем несколько очень важных предварительных
выводов, которые пригодятся нам для понимания всего того, о
чем повествуется в книге. Во-первых, источники звука, исполь-
зующиеся при создании музыкальных произведений, обладают яр-
ко выраженной индивидуальностью. Их особенности нельзя не
учитывать при разработке и изготовлении звукозаписывающей и
звуковоспроизводящей аппаратуры. Чтобы максимально прибли-
зить звучание аппаратуры к естественному звуку, необходимо
обеспечить передачу не только тонального состава звука, но и
формант (тембровой окраски). Кроме того, аппаратура должна
иметь достаточный запас по динамике (способности реагирования
на быстро изменяющиеся воздействия), чтобы передавать особен-
ности атаки
В заключение раздела приведем небольшую цитату из буклета
выставки «Средства связи США», прошедшей в нашей стране в
начале 1960-х гг. XX века. Она показывает, что работы по изуче-
нию особенностей источников звука начались достаточно давно.
Эта область таит в себе много неизведанного.
«В мае 1962 года был представлен отчет по исследовательской
работе «звукоотиск». Это — визуальное изображение индивидуаль-
ной фонемы в потоке речи Фонема — чрезвычайно характерная
запись спектра звука. Во время опытов производились записи зву-
кооттисков определенного слова, произносимого несколькими
людьми. Участников просили всячески менять голос и при этом
записывали звукоотиски. Проанализировав данные 25 000 экспе-
риментов, удалось выявить, что в 97 процентах случаев голос
идентифицируется даже после изменения.
Рис. 2.5. «Оттиск голоса» — изображение произнесенного слова «вы»
г
28 Гпава 2. Электроакустика
Огромное разнообразие человеческих голосов давно интересует
ученых. Как показали звукооттиски, формы и размеры полостей
рта, горла, носа влияют на концентрацию звуковой энергии в точ-
но определенных полосах частотного диапазона. Общая схема рас-
пределения таких частотных полос остается одинаковой, как бы ни
пытался человек изменить голос, поднимая или понижая тон, го-
воря шепотом, приглушая голос или симулируя какой-либо ак-
цент. На нее не должен оказывать особого влияния даже возраст.
Некоторые специалисты, работающие в области электроакустики,
убеждены, что в дальнейшем можно будет идентифицировать чело-
века по его звукоотиску даже лучше, чем по отпечаткам пальцев».
В начале XXI века (а прошло уже 40 лет после данных исследо-
ваний) мы видим, что системы голосовой идентификации не по-
лучили распространения. Но мы, как и прежде, узнаем голоса из-
вестных певцов, дикторов, артистов не только «вживую», но и при
звуковоспроизведении носителей записи. Почему удается узнавать
знакомые голоса — в этом вопросе мы уже разобрались. Теперь
перейдем к другому непростому вопросу — распространению зву-
ка в закрытых помещениях.
2.2. Как звук распространяется в помещении
Изучению распространения звука в закрытом помещении не-
обходимо уделять достаточно времени, так как даже отличная зву-
ковоспроизводящая аппаратура, оказавшись в помещении, не
предназначенном для прослушивания, покажется продуктом низ-
кого качества. Только сочетание с соответствующими качествами
помещения дает эффекты, запоминающиеся для слушателя на де-
сятилетия, например, исполнение хоровой музыки в соборах или
просторных, специально спроектированных залах.
Японский специалист по электроакустике Хирояши Кондо вы-
разил следующими словами необходимость изучения акустических
свойств помещений, в которых устанавливается звуковоспроизво-
дящая и звукозаписывающая аппаратура: «Считается, что звук
распространяется прямолинейно, но это справедливо лишь для
лишенного препятствий широкого пространства. В реальности
движение звуковых волн неизмеримо сложнее. На мой взгляд,
тем, кто занимается электроакустикой, необходимо обладать про-
Гпава 2. Электроакустика
29
странственным воображением, чтобы ясно представлять визуаль-
ные образы звуковых волн и их поведение, которое невозможно
объяснить, опираясь только на теорию электричества. По сей день
огромное количество факторов, влияющих на звуковоспроизведе-
ние, остаются неизученными, бросая вызов всем накопленным
знаниям и опыту звукоинженеров. Чем больше я размышляю над
этим, тем более отчетливо понимаю, что мир звука намного глуб-
же, чем мы можем себе представить». Но, тем не менее, мы попы-
таемся разобраться в азах этого вопроса.
Звук распространяется в пространстве с помощью акустической
волны. Акустическая волна — это участки с избыточным и недоста-
точным давлением, или сгустки и разрежения воздуха, которые соз-
дают колебания ушной мембраны (барабанной перепонки). Таким
образом, мы слышим звук. Вообще в воздушной среде уже имеется
статическое атмосферное давление, стандартное значение которого
равно 10 Па (1 паскаль равен силе в 1 ньютон, приложенной к пло-
щади 1 м2). Поскольку звук переносит энергию, он сам создает зву-
ковое давление (обозначается буквой /?), равное разности между ста-
тическим давлением воздуха и давлением, возникшим в зоне сгуст-
ка (разрешения) воздуха. К примеру, музыкальные и речевые звуки
могут иметь звуковое давление, достигающее 100 Па.
Еще одна единица измерения, связанная с акустической вол-
ной, называется силой звука (обозначается буквой /). Сила зву-
ка — это поток звуковой энергии, проходящий в единицу времени
через площадь, равную 1 м2 (измеряется в Вт/м2). Интересно так-
же отметить, что сила звука изменяется пропорционально квадра-
ту звукового давления.
Очевидный вывод, который мы можем сейчас сделать, состоит
в следующем: статическое атмосферное давление звука не создает,
а услышать звук мы сможем только тогда, когда звуковая волна
принесет нам энергию, причем тем громче, чем больше сила зву-
ка. Эта мысль будет продолжена нами чуть позже, а сейчас разбе-
ремся в другом не менее важном вопросе.
Как вы думаете, с какой скоростью распространяется звук в
воздушной среде? Бесконечно быстро или с некоторым запаздыва-
нием? Наукой уже доказано, что волны любой природы не могут
распространяться в пространстве с бесконечной скоростью. Ско-
рость звука в воздухе невелика и непостоянна. Она зависит от
температуры окружающей среды, от атмосферного давления. Для
30
Гпава 2. Электроакустика
нормального атмосферного давления скорость звука в воздухе мо-
жет быть определена из простой формулы:
/ т '
c.n =33L----м/с,
зп У 273
где Т — абсолютная температура, К.
Много это или мало в нормальных условиях? Температура в
17 °C — это тоже самое, что температура 290 К (по абсолютной
шкале Кельвина). Легко рассчитать, что скорость звука при этом
составит 340 м/с. Но звук в качестве акустической волны может
распространяться не только в воздухе. Для сравнения, в воде его
скорость — 1430 м/с, а в стали еще больше — до 5000 м/с. Поэто-
му мы сначала видим вспышку молнии, а потом слышим звук гро-
ма. Чем дальше гроза от точки наблюдения, тем больше это запаз-
дывание.
До сих пор мы считали, что наши источники звука располага-
ются в неограниченном пространстве, например, в открытом по-
ле, где нет ни стен, ни потолка. В реальности выступления музы-
кальных коллективов на улице и «дискотеки под открытым небом»
проходят довольно редко, и в основном такие мероприятия уст-
раивают в закрытых пространствах — в залах и помещениях. А что
происходит с акустической волной, если она упрется в стенку или
в какой-либо другой предмет? Она не исчезнет, а будет отражаться
от него, что сопровождается изменением «маршрута» волны. Во-
обще, строго говоря, волна может исчезнуть, поглотиться препят-
ствием, но идеальных поглощающих поверхностей не существует,
поэтому все равно какая-то часть волны отражается. В электро-
акустике любое препятствие на пути волны называют отражате-
лем. Отражатель также считается источником звука, но лишенным
свойства самостоятельности. Он только преобразует пришедшую к
нему звуковую волну.
Проследим дальнейшую судьбу отраженной волны. Отразив-
шись от нескольких препятствий, волна придет в точку слушателя
(рис. 2.6). Какая звуковая картина в результате сложится у слуша-
теля? Он, вне всякого сомнения, воспринял результат действия
прямой волны, поступившей от источника звука (от музыканта), и
услышал звук отраженной волны. Скорость распространения волн
при конкретном атмосферном давлении и температуре остается
неизменной для любой волны, будь она прямой или отраженной,
Гпава 2. Электроакустика
31
Рис. 2.6. Явление реверберации
Поэтому прямая волна придет к слушателю немного раньше, чем
отраженная, и слушатель воспримет отраженную волну как задер-
жанную во времени копию звуковой волны.
Читатель, хоть раз бывавший в горах, никогда не забудет «гор-
ное эхо». Точки, где эхо особенно сильно проявляется, хорошо из-
вестны бывалым туристам. Попробуйте, например, стоя в такой
точке, громко крикнуть: «Кто украл хомуты...» и услышите отра-
женное «...ты ...ты ...ты». Звуковая волна, блуждая в горных
ущельях, отражается от скалистых уступов, время от времени воз-
вращаясь к слушателю. В горах отраженное эхо возвращается че-
рез некоторое время, измеряемое секундами, и знатоки ловят мо-
мент, когда тишина вдруг нарушается. Удовольствие, получаемое
при этом, огромно.
Явление прихода к слушателю задержанных в результате отра-
жений от препятствий копий основного сигнала — называется ре-
верберацией Это явление в ограниченном пространстве имеет
чрезвычайно важное значение Помещение со сбалансированной
реверберацией оставляет прекрасное впечатление у слушателя, в
то время как недостаточный учет реверберационных характери-
стик сводит на «нет» достоинства любого музыкального произве-
дения О том, как учитывают последствия реверберации, мы сей-
час поговорим.
Сразу отметим, что реверберация — очень сложное явление, и
в разных точках пространства зала может наблюдаться совершен-
но разная реверберационная картина. В одной точке зала соотно-
шение прямой и отраженной волны могут быть оптимальными,
благоприятными для слушателя, а в другой — возможно наруше-
ние равновесия, поскольку расположение источников звука и от-
ражателей меняется при переходе из точки в точку. Все это застав-
32
Гпава 2. Электроакустика
ляет специально заниматься вопросами акустической благоприят-
ности концертных залов и помещений для прослушивания
музыки. Архитектурная акустика достигла определенных успехов в
этом направлении. Но далеко не всегда приходится капитально
перестраивать помещения, чтобы достигнуть определенного уров-
ня «акустики» — бывает достаточно закрепить на стенах специаль-
ные материалы, имеющие благоприятные характеристики отраже-
ния, и плохой зал преобразится до неузнаваемости.
Реверберация, возникающая при записи музыки в концертных
залах, не может быть в точности передана на фонограмме, даже
если микрофон будет^ размещен в наиболее благоприятной точке
пространства. Замечено, что ненаправленный микрофон «ловит»
отраженные волны со всех сторон, в то время как слуховой аппа-
рат человека (конкретно — его уши) имеет некоторую направлен-
ность (одни направления прихода звука воспринимаются более
громкими, чем другие). Поэтому для записи концертов, проходя-
щих в залах, разработана специальная техника.
Несколько проще обстоит дело при студийной записи музыки.
Современная студийная аппаратура имеет возможность искусст-
венно вводить в фонограмму реверберационный сигнал, поэтому
помещение студии стремятся сделать с максимально возможным
звукопоглощением отраженных волн. Фонограммы, записанные
таким способом, легко отличить от сделанных в реальной обета
новке, хотя субъективно они звучат эффектнее.
Кстати, о субъективном восприятии, которое в электроакусти
ке играет далеко не последнюю роль Сбалансированная ревербе-
рация помогает удлинить время восприятия сигнала, а, следова
тельно, лучше проанализировать его Человеческий мозг «пропус
кает через себя» как информацию, пришедшую с прямой волной
так и с отраженной. «Повторение — мать учения» — говорит одн<
небезызвестная пословица.
Еще одно субъективное обстоятельство, замеченное специали
стами в области электроакустики, — фильтрация искажений i
улучшение качества звучания. Здесь можно вспомнить аналогия
ное явление — медленное затухание колебаний при резонансе. До
пустим, мы раскачали маятник, и оставили его в свободном со
стоянии Маятник будет долго раскачиваться, амплитуда колеба
ний — медленно убывать. Так и с реверберацией, не позволяющег
слишком быстро меняться основным слышимым характеристикам.
Глава 2. Электроакустика
33
звуковой волны. А при чем здесь искажения? При том, что любая
фонограмма содержит достаточно быстрые всплески и провалы
сигнала, не связанные с музыкой (или речью), — треск дефектов
грампластинки или магнитной ленты, электромагнитные наводки
на звуковоспроизводящую аппаратуру, хруст подвесов динамиче-
ских головок. Реверберация в некоторой степени компенсирует
эти дефекты, подавляет помехи.
Фильтрующее действие реверберации приводит к тому, что да-
же посредственная звуковоспроизводящая аппаратура, размещен-
ная в помещении со сбалансированной реверберационной харак-
теристикой, начинает звучать лучше.
Мы разобрались с полезным действием реверберации. Теперь
ответим на следующий вопрос можно ли каким-то образом спрог-
нозировать реверберационную характеристику помещения, при
необходимости скорректировать ее, улучшить? Оказывается, мож-
но. Правда, задача эта далеко не простая, требующая профессио-
нальных знаний. Но подходы к ее решению мы наметим.
Задумывался ли читатель когда-нибудь, почему люди часто на-
певают мелодии в ванных комнатах, что обычно с ними не случа-
ется в других, более объемных помещениях? Ответ достаточно
простой: большинство людей не обладает певческим голосом, и,
соответственно, может правильно воспроизвести мелодию только
«мурлыкая» ее себе под нос А любое помещение для звуковых
волн определенной частоты может служить резонатором, то есть
усиливать звуки, что воспринимается на слух благоприятно. Фи-
зика процесса проста — на определенной частоте в размер поме-
щения «вписывается» целое число полупериодов звуковой волны,
что способствует резонансному наложению волн друг на друга.
Частоты, на которых возникают акустические резонансы, называ-
ются собственными частотами помещения Спектр собственных
частот возможно рассчитать только для помещений простой фор-
мы. Например, для помещения прямоугольной формы с размера-
ми /, b, h и стенками с идеальным отражением собственные часто-
ты могут быть определены по формуле:
Jz \2 z \2 z \2
g q г
[/J Ы W ’
где g, q, г — целые числа (1, 2, 3, ...).
34
Гпава 2. Электроакустика
Нетрудно заметить, что спектр собственных частот — линейча-
стый (рис. 2.7), причем интервал между соседними резонансными
частотами с ростом значения частоты уменьшается. Соответственно
высокие частоты лучше звучат в помещениях ограниченного разме-
ра, чем низкие частоты. Отсюда следует известный вывод: воспро-
изведение так называемого «глубокого баса» в маленьких помеще-
ниях с помощью стандартной техники — задача невозможная. При-
ходится искусственно выделять из спектра сигнала «басы», отдельно
их усиливать и увеличивать уровень акустической волны с помощью
так называемых сабвуферов. О сабвуферах мы поговорим отдель-
но — в главе, посвященной акустическим агрегатам, но уже сейчас
следует знать, что даже таким искусственным приемом мы лишь до
некоторой степени приближаемся к «глубокому басу» больших по-
мещений, лишь частично имитируем его. Дело в том, что «бас» на
самом деле — это не гулкий ритм ударных установок, а эффект по-
стоянного присутствия «низов» на частотах ниже 60 Гц, который
очень сложно передать в помещениях небольшого размера.
Рис. 2.7. Спектр собственных частот помещения прямоугольной формы
А что вообще понимает электроакустика под словом «бас»*;
Этот частотный диапазон разбит на три октавы. Первая октав;
простирается от 20 до 40 Гц — так называемый глубокий бас. Вто-
рая октава лежит в диапазоне от 40 до 80 Гц и именуется среднеба
совым диапазоном (обычно сюда попадают звуки эстрадного басо
вого барабана). Третья октава — от 80 до 160 Гц Называется он
диапазоном высоких басов.
И все же — какие частоты из басового диапазона реально яв
ляются музыкальными? Ведь формально тональные звуки начина
ются от частоты 16 Гц... Исследования, проведенные специалиста
ми в области электроакустики, показали, что на частотах ниж
40 Гц спектры большинства музыкальных произведений уже прак
тически не содержат «басовых» составляющих, и желание борот;
Гпава 2. Электроакустика
35
ся за их воспроизведение на танцевальном вечере — едва ли оп-
равдано. Для дискотеки воспроизвести звук басового барабана (мы
назвали цифру 40 Гц) — уже хорошо. Правда, существуют экзоти-
ческие виды гигантских барабанов (так называемые японские
«Кодо» и китайские супербарабаны), которые имеют максимум
«басов» на частотах до 30 Гц, но, повторяем, это — чрезвычайно
редкая экзотика Мы не будем говорить про спектр звуков акусти-
ческого органа, являющегося непременным атрибутом католиче-
ских костелов, так как этот замечательный музыкальный инстру-
мент предназначен для вдумчивого прослушивания музыки, а не
для танцев. Но все же скажем, что орган «работает» даже ниже
частоты 20 Гц, и именно это обстоятельство придает органной му-
зыке величественность. Много «суббаса» в спектрах природных и
техногенных источников звука, например, в звуке грома, в реве
уходящего реактивного истребителя, при артиллерийском выстре-
ле. При создании своих произведений музыканты иногда включа-
ют в качестве фона эти звуки, но опять же это — экзотика.
В области низких частот большое значение имеет форма поме-
щения, так как там длина звуковой волны сопоставима с геомет-
рическими размерами. В области же высоких частот форма поме-
щения перестает играть существенную роль, и влияние на сетку
собственных резонансных частот оказывает только его объем.
Кстати, интервал между смежными частотами в этой области мож-
но рассчитать по формуле:
Д/с =
W02 ’
где V — объем помещения; f0 — частота, в окрестности которой
ведется расчет Д£.
В области высоких частот расстояние между соседними резо-
нансами настолько мало, что оно перекрывает спектр любого ре-
ального звука, даже тонального (естественно, взятого из музы-
кального звукоряда). Амплитудно-частотная характеристика поме-
щения в этой области считается равномерной, передающей звук
без искажения.
Какие помещения с точки зрения своего архитектурного уст-
ройства наиболее предпочтительны для устройства залов? Если
речь идет о параллелепипедах, то самым неудачным считается куб.
Количество резонансных частот у куба меньше из-за совпадения
36
Гпава 2. Электроакустика
размеров его сторон. Но вообще лучшая форма — наличие как
можно большего количества непараллельных поверхностей, кри-
вых линий, рождающих дополнительные резонансы. Когда в поме-
щении много вогнутых поверхностей, они начинают концентриро-
вать отраженные волны, собирая их в пучки (своего рода «акусти-
ческие линзы»). Залы, имеющие много сводов, неоднородны по
своим акустическим характеристикам — в них много «акустиче-
ских ям». А вот выпуклые поверхности рассеивают звуковые волны
и равномернее распределяют звуковую энергию в пространстве.
Реальные помещения имеют сложную форму, большое количе-
ство отражателей с разной отражательной способностью. Как оце-
нить акустические свойства помещения, его способность переда-
вать звуки без искажений в этом случае? Существует два метода.
Первый базируется на экспериментальном поиске акустических
резонансов, когда на месте источника звука устанавливается гене-
ратор синусоидального сигнала, а на месте слушателя — микро-
фон. Генератор меняет частоту от самой низкой до самой высо-
кой, микрофон снимает сигнал Резкое повышение уровня сигна-
ла свидетельствует о наличии акустического резонанса. Этот метог
не слишком удачен, так как в области высоких частот резонансь
следуют настолько часто, что зафиксировать их весьма трудно
Второй метод гораздо более удачен, так как избавляет от необ-
ходимости иметь синусоидальный генератор В этом случае н<
месте источника звука производится короткий громкий хлопш
(например, выстрел), а на месте слушателя регистрируются во вре
менной оси все приходящие отклики (так называемая «диаграмм;
откликов на дельта-импульс») На рис. 2.8 представлена диаграмм;
характерных откликов помещения среднего объема. Начальны!
участок (область дискретных отражений), длящийся примерн<
0,1 с, характеризует индивидуальные особенности помещения. П<
этому участку, снятому для разных точек зала, можно судить о ка
честве этих точек, пригодности их для восприятия звука. Наиболе
желательным считается появление первого отраженного сигнала
интервале 20...30 мс, а последующие три приходят на интервал
45...75 мс. Конечный участок, представляющий собой сплошнуь
область (она лишена дискретных откликов), несет информацию
многократных отражениях звука и характеризует так называему!
«гулкость зала». На этот участок должно приходиться не боле
10 % от всей излученной энергии. Чем плоха «гулкость»? Она мс
Гпава 2. Электроакустика
37
жет уничтожить полезные свойства реверберации, полученные в
области дискретных отражений. Пример гулкого помещения —
длинный коридор с гладкими стенками.
«Не слишком ли сложно реализовать такие измерения?» —
спросит читатель. Автор подтверждает: сложно. Необходимо иметь
комплект соответствующей аппаратуры и большой опыт в прове-
дении таких измерений. Однако для достижения наших целей во-
все не обязательно проводить такие измерения — достаточно про-
слушать на необходимой громкости фонограмму, оценив «на слух»
ее разборчивость в разных точках зала. Выполнить эту операцию
можно и в безлюдном зале, но обойтись без нее нельзя, и вот по-
чему. Иногда для проведения мероприятий выделяются помеще-
ния, совершенно к ним не приспособленные — слишком длин-
ные, с гладкими жесткими стенами и низкими потолками. Такой
зал всегда будет «гулким», музыка и речь (комментарии ди-джея) в
нем потеряются. В одних случаях понизить «гулкость» возможно,
сменив место расположения источника звука (передвинуть звуко-
усилительную аппаратуру, развернуть акустические агрегаты, под-
нять или опустить их). Этот совет подтвержден многочисленными
экспериментальными данными. В других случаях простыми мера-
ми не обойтись, и придется сделать что-то дополнительно. Давай-
те разберемся, к чему прибегать в таком случае.
Так как характер реверберации напрямую связан с наличием и
свойствами отражателей звука, можно, изменив эти свойства, дос-
тигнуть требуемого результата (мы уже об этом упоминали). Все
отражающие поверхности, с которыми воздействует звуковая вол-
на, называются фондом звукопоглощения (обозначается буквой А).
Фонд звукопоглощения насчитывает три составляющих: основную
(стены и неподвижные элементы конструкций зала), дополнитель-
ную (люди, предметы обстановки, мебель) и добавочную (щели,
отверстия, дефекты поверхностей и неоднородности). Такое разде-
38
Гпава 2. Электроакустика
ление не случайно: если основная и добавочная составляющие мо-
гут быть спрогнозированы, то дополнительная поддается лини
приблизительной оценке — хотя бы уже потому, что количестве
людей и их размещение в зале нельзя предугадать.
Исследования показывают, что процесс «накачки» энергии ис-
точника в зал происходит тем быстрее, чем больше фонд звукопо-
глощения и меньше объем помещения. Объясняется это явление
просто: по аналогии с резонансной системой, на резонансе такук
систему труднее «раскачать», но и колебания в ней затухают мед-
леннее. Кстати, обратный процесс «спада» энергии в зале тоже
идет быстрее, если фонд звукопоглощения больше и меньше объ
ем Быстрее затухание — меньше «гулкость».
Чтобы снизить «гулкость» помещения до приемлемого уровня
стены и потолок помещения покрывают материалами, увеличи
вающими фонд звукопоглощения. Наиболее часто используются
пористые и резонансные звукопоглотители. Пористые звукопогло
тители с жестким скелетом изготавливаются на основе жестких по
ристых материалов (пемза, шлак). Их смешивают с вязкой компо
зицией (цемент, алебастр) и покрывают такой массой стены зала
Эффективность звукопоглотителей с жестким скелетом невысока
и проявляется в основном в области высоких частот. Пористы
звукопоглотители с упругим скелетом (войлок, вата, стекловолок
но, тканевая драпировка, ковры) значительно более эффективны
Наибольшая эффективность достигается при размещении этог
вида звукопоглотителя не вплотную к стене, а на некотором рас
стоянии.
Конкретный материал поглотителя характеризуется коэффици
ентом поглощения. Этот параметр показывает отношение энергии
поглощенной материалом, к энергии падающей на поверхност
звуковой волны. На рис. 2.9 показана зависимость коэффициент
поглощения от частоты для нескольких вариантов пористых пс
глотателей:
кривая 1 — известковая штукатурка, нанесенная на деревян
ную обрешетку;
кривая 2 — ворсяной ковер, лежащий на бетонном полу:
кривая 3 — оргалитовая плита толщиной 20 мм;
кривая 4 — фиброакуститовая плита толщиной 25 мм;
кривая 5 — драпировка тканью на поверхности стены;
кривая 6 — драпировка тканью на расстоянии 100 мм от стень
Гпава 2. Электроакустика
39
Рис. 2.9. Зависимость коэффициента звукопоглощения а от частоты
для пористых поглотителей
Другой вид звукопоглотителей называются резонансными. Они
поглощают максимум звуковой энергии на резонансной частоте.
В окрестностях этой частоты характеристика плавно спадает. Ис-
пользуются резонансные поглотители в области низких частот, где
пористые материалы просто не обеспечивают такой возможности.
Особый случай резонансного звукопоглотителя, часто применяю-
щийся на практике, представляет собой плоскую перфорирован-
ную панель (панель с отверстиями, равномерно распределенными
по поверхности). Эта панель (рис. 2.10) не прилегает непосредст-
венно к стене, а между ней и стеной прокладывается слой порис-
того материала (вата, стекловолокно). Такая конструкция широко
используется во многих помещениях, даже никак не связанных с
музыкой.
Рис. 2.10. Перфорированная панель
40
Гпава 2. Электроакустика
Рис. 2.11 показывает зависимость коэффициента звукопогло-
щения перфорированных панелей от частоты при различной их
толщине, диаметре отверстий, расстоянии между отверстиями и
расстоянии от стены:
кривая 1 — / = 3 мм, D - 7 мм, d = 3 см, h = 5 см;
кривая 2 — 1-3 мм, D =7 мм, d = 3 см, h = 10 см;
кривая 3 — / = 3 мм со щелью 45 мм, расстояние между щеля-
ми 6,5 см, перфорированная панель подклеена тканью;
кривая 4 — /= 3 мм со щелью 45 мм, без подклейки ткани, нс
с заполнением воздушного промежутка ватой.
Рис. 2.11. Зависимость коэффициента звукопоглощения от конструкции
перфорированной панели
Теперь, в заключение этого раздела, настала пора дать некото
рые простые советы тем, кто хочет избавиться от гулкости с помо
щью подручных средств. Едва ли силами любителей удастся пере
строить зал или полностью закрыть его хорошими звукопогло
тающими материалами, тем более перфорированными панелями
Но все же кое-какие методы применить можно. Например, все ок
на желательно занавесить шторами из плотной ткани. На стены
покрашенные масляной краской, можно прикрепить куски мате
рии (ее можно разрисовать, дополнительно украсив зал). Под по
толком — развесить надутые шарики. Они неплохо поглощают от
раженные волны. Если от гулкости избавиться не удалось, по
кусками материи возможно закрепить байховые одеяла (они н
будут видны, и внешний вид зала не пострадает, да и сами одеял
не испортятся). Не исключено, что помещение лишится гулкост
тогда, когда наполнится народом (люди, как нам известно, такж
составляют фонд звукопоглощения).
Довольно часто зал имеет паркетный пол, который поднят от
носительно бетонного пола на некоторую высоту с помощью дере
Гпава 2. Электроакустика
41
вянной обрешетки. Если акустические агрегаты поставить на та-
кой пол, они будут резонировать с полом, звук — распространять-
ся под полом. Главным образом это влияет на низкие частоты —
«басы», которые в результате станут гулкими и потеряют естест-
венность. Поэтому лучше такие резонансы исключить: поставить
«акустику» на стулья или столики, под их ножки подложить мяг-
кий войлок.
Еще один, прямо скажем, парадоксальный факт: в помещении
должно быть как можно больше свежего воздуха. Сигаретный дым
привычен для курильщиков, но для некурящих создает тяжелую
атмосферу, при которой звучание музыки теряет много полезных
свойств. Дым — это среда, насыщенная взвешенными частицами,
по своему размеру намного крупнее молекул газов, входящих в со-
став воздуха. Поэтому и распространение звука в сильно задым-
ленной атмосфере имеет свои особенности. Впрочем, в задымлен-
ности, которую еще может выдержать человек, различия распро-
странения акустических волн незаметны на слух. Причина здесь
больше психологическая.
Очень мешает восприятию музыки внешние шумы, например,
шум автомобильной трассы, расположенной неподалеку. Зашум-
ленность сбивает ритм, отвлекает внимание. Но здесь возникает
дилемма: чтобы уменьшить уровень внешнего шума, проникаю-
щего в помещение, необходимо плотно закрыть окна и заделать
щели. Это значительно ограничит приток свежего воздуха в зал,
лишенный искусственной вентиляции.
При проведении мероприятий нужно избегать помещений, в
которых чувствуется сырость, быстро наступает духота и повыша-
ется температура при большом стечении людей. Во-первых, это
неприятно для присутствующих, а во-вторых, самым непосредст-
венным образом влияет на распространение звука. Во влажном
помещении звук «уходит» быстрее, поэтому звучание становится
тяжелым, теряется разборчивость.
Большое значение в электроакустике придается так называе-
мой объемности звучания. Стереоэффект, значительно улучшаю-
щий восприятие, ощущается не только при индивидуальном до-
машнем прослушивании, но и на дискотеке. Наилучшая зона, в
которой приятно находиться, лежит обычно между акустическими
агрегатами. Нужно расположить их так, чтобы звук субъективно
исходил не из «динамиков», а от воображаемой сцены между ними.
42
Гпава 2. Электроакустика
Звук, исходящий от акустических систем, должен восприми
маться как однородный, то есть лишенный перекосов в какой-ли
бо частотной области (избыток или недостаток тех или иных час
тот). Исключение обычно делается для низких частот, отвечающи
за ритм, но и с «низами» перебарщивать не следует — мелоди
также не должна теряться. Отрегулировать частотный баланс есте
ственными методами (форма помещения, фонд звукопоглощения
едва ли удастся — слишком это сложно. Даже акустические систе
мы, имеющиеся в наличии, не всегда смогут удовлетворить этом
требованию. Поэтому следует использовать искусственные спосо
бы регулировки частотного баланса — с помощью регулятора тем
бра или многополосного эквалайзера. Им можно оперативно вме
шиваться в распределение частот музыкального произведения
корректировать неудачные записи «на ходу». О том, как сделат
такую несложную «примочку» для корректировки тембра, мы рас
скажем дальше.
Но — спешим обрадовать читателя — принимать дополнитель
ные меры приходится редко. В большинстве случаев помещени
более-менее подходит для проведения мероприятия и, если н
полностью, то в значительной мере лишено резко выраженных не
достатков.
2.3. Как люди воспринимают звук
Восприятие музыки разными поколениями происходит по-раз
ному: старшее просит сделать «потише», «приглушить громкость»
а молодое — завернуть регулятор громкости «на полную катушку»
Как правило, не любят громкую музыку соседи по дому... Но
этом разделе мы не будем говорить ни о стилях музыки, ни о му
зыкальных предпочтениях поколений. Нас интересует человек ка]
биологическая особь, способная воспринимать звук и анализиро
вать информацию, содержащуюся в акустической волне. Конечно
процесс восприятия звука разными людьми различается — бываю'
люди с абсолютным музыкальным слухом, а бывают с «медвежьи
ми ушами». Однако всем людям присущи некоторые общие черть
восприятия, о которых мы поговорим.
Итак, звук, рожденный источником, прошел необходимы!
путь в пространстве и дошел до человеческого уха. Звуковая волн;
Гпава 2. Электроакустика
43
вызывает колебание барабанной перепонки, напоминающей мем-
брану, которая через достаточно сложную биологическую конст-
рукцию передает воздействие на слуховой нерв. Нерв возбуждает-
ся и транслирует информацию в мозг, а мозг уже «разбирается» с
полученной информацией.
Процесс «разборки» сложен и как следует не изучен, но неко-
торые операции, которые мозг проделывает с информацией, на-
звать можно В памяти человека хранятся накопленные музыкаль-
ные образы, типичные черты, обобщенные конструкции. Вот
их-то и «достает» мозг при анализе. Обычно человек отдает при-
оритет внутренним образам, но под действием авторитетного мне-
ния может сформироваться другая установка. Кодирование звуко-
вых сигналов в мозгу, оказывается, осуществляется двумя спосо-
бами, выбор которых зависит от частоты сигнала. На частотах до
4 кГц мозговые нейроны еще имеют способность кодировать фор-
му сигнала. При этом поскольку разные нейроны имеют разные
пороги срабатывания, кодировка осуществляется с помощью оп-
ределения номера сработавшего нейрона.
При восприятии частот выше 4 кГц нейроны теряют способ-
ность кодировать форму сигнала — они просто не «поспевают» за
сигналом. Поэтому кодироваться начинает огибающая сигнала
Конечно, в этом диапазоне разрешающая способность слуха пада-
ет, что согласуется с экспериментальными данными, но тональ-
ные звуки музыкальных инструментов заканчиваются именно на
этой частоте. Выше — только обертоны, отвечающие за уникаль-
ность звучания музыкальных инструментов, которые, как извест-
но, в восприятии мелодии вторичны.
Еще одна весьма характерная черта человеческого слуха — вы-
сокая восприимчивость к изменению частоты сигнала. Человеку
достаточно трудно определить частоту чистого тона (человек на
самом деле воспринимает не частоту, а высоту тона). Объясняется
это явление тем, что в человеческом мозгу отсутствуют нейроны,
которые реагируют на чистые тоны. Зато много нейронов, фикси-
рующих повышение или повышение частоты тона (на повышение
«работают» одни нейроны, на понижение — другие) Именно по-
этому, чтобы взять нужную тональность, хоровые дирижеры «да-
ют» несколько звуков, различающихся по частоте (высоте). Дан-
ной особенностью слуха объясняется восприятие так называемой
детонации Яркий пример детонации — работа магнитофона с не-
44
Гпава 2. Электроакустика
исправным лентопротяжным механизмом, когда звук «плавает»,
звучит то быстрее, то медленнее, «тянется». Эта особенность слуха
предъявляет к магнитофонам очень жесткие требования по допус-
тимым нормам детонации. Другой пример детонации — так назы-
ваемый джиттер цифровой аппаратуры воспроизведения. Любая
цифровая запись дискретна, то есть состоит из кодов, которые
должны поступать в преобразовательную схему через строго опре-
деленные промежутки времени. Если происходит задержка, звук
также начинает «плыть».
Человеческий слух не может воспринимать неограниченный
диапазон частот. Ему доступно слышать частоты от 16 Гц до
20 кГц. Но такой диапазон доступен лишь хорошим музыкантам.
Реальное среднестатистическое ухо ограничивается верхней часто-
той в 12... 14 кГц. Частоты ниже 16 Гц называются инфранизкими и
слухом не воспринимаются. Но их хорошо чувствуют другие орга-
ны — сердце, легкие, желудок. Очень хорошо ощущается воздей-
ствие инфранизких частот на рок-концерте или дискотеке. Как
правило, инфранизкие частоты сопровождают ударные инстру-
менты (большие басовые барабаны). Некоторые животные инфра-
звук слышат, например, обыкновенная морская медуза способна
воспринимать частоты 8... 13 Гц. Частоты выше 20 кГц называются
ультразвуком. Ультразвуковые колебания человек также не слы-
шит, зато летучие мыши могут распозначать частоты акустических
колебаний с частотами до 90 кГц, дельфины — до 80 кГц, а всем
известные морские свинки — до 190 кГц! Но ни медузы, ни лету-
чие мыши, ни морские свинки, ни даже такие разумные живот-
ные, как дельфины, не могут оценивать красоту музыкального
произведения, и уж тем более сами сочинять музыку.
Очень важный параметр слуха — дифференциальный порог слы-
шимости по частоте. Это — минимальное относительное измене-
ние частоты, которое еще воспринимается как изменение высоты
тона. В среднем для частоты 1 кГц данный параметр составляет
0,2...0,3 %. Представьте, что изменение частоты всего на 2 Гц уже
будет воспринято как новый тон!
Слуховой аппарат здорово помогает человеку ориентироваться
в пространстве. По азимуту (в горизонтальной плоскости) точ-
ность достигает Г, по углу места (в вертикальной плоскости) — 2°,
по дальности — 3...5 м. Однако сделаем оговорку — на частотах
выше 250 Гц. Почему? Дело в том, что ниже этой частоты бинау-
Гпава 2. Электроакустика
45
ральные различия сигналов, приходящих в разные уши, теряются,
и мозг уже не способен анализировать фазовые, амплитудные раз-
личия. Кстати, ниже этой частоты стереоэффект практически не
проявляется, и поэтому в составе комплекса звуковоспроизводя-
щей аппаратуры есть смысл иметь только один низкочастотный
звуковой агрегат (сабвуфер).
Вследствие неодинаковой чувствительности слуха к разным
частотам, звуки одинаковой интенсивности и разной частоты,
субъективно воспринимаются как неодинаково громкие. Вопрос
этот был давно исследован, в результате чего появились кривые
равной громкости (рис. 2.12). На низких частотах (ниже 20 Гц) и
высоких частотах (выше 6 кГц) острота слуха понижается, макси-
мум чувствительности достигается на частоте 2...4 кГц. Объясне-
ние этому факту очень простое — резонанс ушного прохода лежит
именно на данной частоте.
Рис. 2.12. Кривые равной громкости
Не все звуки человек может услышать даже в доступном ему
частотном диапазоне. Существует понятие порога слышимости, ха-
рактеризующее наиболее тихий звук, который еще может слышать
человек. Этот звук вызывает давление р0 = 2 • IO-3 Па на частоте
1 кГц. Забегая вперед, мы скажем, что порог слышимости принят
в качестве нулевого уровня в относительной системе оценки уров-
ня звуковых сигналов. Другая граница слышимого звука называет-
ся болевым порогом (он превышает порог слышимости примерно в
десять миллионов раз). Давление звука при болевом пороге равно
46
Глава 2. Электроакустика
20 Па При этом звук уже не может различаться ни по тону, ни по
громкости. Название параметра говорит само за себя — в ушах
возникает боль. А разность между порогом слышимости и боле-
вым порогом называют динамическим диапазоном слухового аппа-
рата человека.
В результате чтения раздела читатель должен уяснить себе,
что слуховой аппарат — достаточно тонкий и чувствительный ор-
ган, предъявляющий к качеству воспроизводящей аппаратуры
достаточно много требований, обеспечить которые далеко не так
просто. Однако есть у него и совершенно конкретные ограниче-
ния, которые надо знать, чтобы не переусердствовать с обеспече-
нием качества. Избыточность едва ли кто сможет оценить, и за-
траченные усилия (порой весьма дорогостоящие) могут стать бес-
полезными.
2.4. Что такое децибелы, ватты, RMS-ы и РМРО
Озвучить небольшое помещение (например, комнату) неслож-
но — большинство источников звукового сигнала (усилители и
магнитофоны) специально проектируются для работы в таких ус-
ловиях. Но озвучить большой зал — задача куда как более сложная.
Во-первых, нужно не ошибиться с мощностью аппаратуры. Недос-
таток громкости окажется так же плох, как и ее переизбыток. Кон-
кретному залу нужно совершенно конкретное значение мощности
звука Конечно, если имеется запас по мощности, можно всегда
воспользоваться регуляторами и убавить громкость. Но если нали-
цо явный недостаток, придется сменить аппаратуру, а это — далеко
не дешевое решение Вот поэтому просто необходимо знать, каким
образом оценить звуковую энергию, какие физические единицы
введены для этого, как ими правильно воспользоваться
Слуховой аппарат человека устроен так, что воспринимает звук
не в линейном, а в логарифмическом масштабе. Как это пони-
мать? Звуки, создающие малые значения акустического давления
(вблизи порога слышимости), очень четко различаются человеком
по своей силе, в то же время как в окрестности болевого порога
эта способность «загрубляется», различия почти не воспринима-
ются. Поэтому все характеристики звуковых сигналов удобнее вы-
ражать в логарифмическом масштабе.
Гпава 2. Электроакустика
47
Поскольку мы первым затронули звуковое давление (р), его и
возьмем в качестве характеристики звука. За нулевую точку, как
мы сейчас увидим, удобнее принимать не давление в 1 Па, а из-
вестный нам порог слышимости рй = 2 • 10° Па. Введем некоторую
безразмерную величину /V, которую будем находить по формуле:
Ро
где р — текущее значение звукового давления.
Величина N — это относительная величина, которая называет-
ся бел (такое название она получила в память изобретателя теле-
фона Александра Белла). 1 бел характеризует изменение звукового
давления в 10 раз. Это довольно крупная единица, которая на
практике применяется очень редко. Значительно чаще говорят о
децибелах — об изменении звукового давления в 1,26 раза. 1 деци-
бел приблизительно соответствует порогу чувствительности слухо-
вого аппарата к изменению громкости. Величины, выраженные в
децибелах, носят названия уровней.
При работе с децибелами нужно иметь в виду, что в этих еди-
ницах невозможно вычислять мгновенные значения знакопере-
менных величин (давление звуковой волны знакопеременно, так
как образует участки сгустков и разряжений). Логарифмическая
шкала применяется только к амплитудным значениям сигналов
(или к их огибающим).
Децибелы применяются не только в электроакустике, но и в
электротехнике для оценки уровней электрических сигналов — то-
ка и напряжения. Кроме того, их можно встретить и в оценках
энергетических характеристик: мощности, энергии, интенсивно-
сти, плотности энергии. Чтобы не возникало разночтения в уров-
нях, для энергетических характеристики децибелы вычисляются
по формуле:
У = 101g—,
w0
где w — текущее значение энергетического параметра; w0 — при-
нятое значение начального уровня.
Для других величин формула имеет следующий вид:
N = 201g
Ро
48
Гпава 2. Электроакустика
Чтобы не возникло путаницы, для какой величины приводятся
значения в децибелах, принято указывать, относительно какой фи-
зической величины проведены вычисления: дБ/Вт, дБ/мкВ. В пер-
вом случае речь идет о мощности, во втором — о напряжении.
Читателю наверняка интересно узнать информацию о харак-
терных источниках звука, заключенных между уровнями «порог
слышимости» и «болевой порог». В табл. 2.3 такая информация
имеется.
Таблица 2.3. Характеристики источников звука
Интенсивность звука, дБ Сила звука, Вт/м2 Звуковое давле- ние, Па (Н/м2) Примеры
0 10“12 2-10“5 ' Порог слышимости
10 10“11 6,5-10'5 Шепот на расстоянии 1 м
20 Ю-10 2-10“4 Тихий сад
30 10“9 6,5-10"4 Тихая комната
40 10‘8 2-10-3 Негромкая музыка. Город ночью
50 10“7 6,5-10-3 Шум в помещении с открытыми окнами
60 10“6 0,02 Разговорная речь на расстоянии 1 м
70 10‘5 0,065 Шум внутри трамвая
80 10"4 0,2 Шумная улица
90 10“3 0,65 Фортиссимо большого оркестра
120 0,01 2 Клепальная машина
110 0,1 6,5 Паровой молот
120 1 20 Реактивный двигатель на расстоянии 5 м
130 10 65 Болевой порог, звук уже не слышен
После того, как мы познакомились с основными единицами
измерения, принятыми в электроакустике, есть смысл рассмот-
реть понятия, наиболее часто используемые в «бытовой» оценке
электронной техники усиления звука. Как показывает опыт, по-
верхностное знакомство с этими понятиями рождает путаницу,
которой пользуются недобросовестные производители электрон-
ной техники.
Для нас всегда важно знать, какую мощность звука может от-
дать та или иная аппаратура, чтобы в зале «всем было слышно».
Глава 2. Электроакустика
49
Имеется несколько понятий, определяющих мощность. Номиналь-
ная мощность — это мощность, ограниченная тепловой, механиче-
ской прочностью и допустимым уровнем искажений источника
звука. Другими словами, получить высококачественное звучание
акустического агрегата мы сможем, если не будем превышать его
номинальной мощности. Есть также понятие паспортной (синусои-
дальной) мощности, которую нельзя путать с номинальной мощно-
стью. Паспортная мощность — это мощность, при которой аку-
стический агрегат может длительное время работать без механиче-
ского или электрического повреждения. Искажения при этом не
регламентируются (их уровень может во много раз превышать ис-
кажения на уровне номинальной мощности). Обычно паспортная
мощность в 2—3 раза превышает номинальную. Например, аку-
стический агрегат S-ЗО, выпускавшийся Рижским радиозаводом,
имеет номинальную мощность 10 Вт и паспортную — 30 Вт, а бо-
лее мощная «акустика» S-90 — соответственно 35 и 90 Вт, В дис-
котечном варианте часто «работают» на уровне паспортной мощ-
ности, что далеко не всегда хорошо с точки зрения качества звука,
но акустический агрегат не будет испорчен.
В бытовой оценке практически не используется среднее стан-
дартное звуковое давление (номинальное среднее звуковое давле-
ние в диапазоне частот от 100 Гц до 4 кГц), но этот параметр так-
же приводится в документации на отечественную «акустику».
Это — среднее звуковое давление, развиваемое источником звука
на расстоянии 1 м от излучателя звука при подведении к нему
электрической мощности, равной 0,1 Вт (измеряется в Па). Для
акустического агрегата S-ЗО среднее стандартное звуковое давле-
ние составляет 1,2 Па
А теперь рассмотрим характеристики, используемые для этих же
целей за рубежом. Немецкий промышленный стандарт DIN при-
близительно соответствует нашей «паспортной мощности». Здесь
оценка производится по возможности длительной работы акустиче-
ского агрегата при подаче на него «розового шума», прошедшего
через фильтр с осредненной характеристикой, соответствующей
стандартному распределению мощности по спектру музыкального
сигнала. Что такое «розовый шум»? Это понятие очень тесно связа-
но с таким фундаментальным понятием, как «белый шум». Дело в
том, что при оценке параметров звуковоспроизводящих трактов
нельзя пользоваться какой-то конкретной музыкальной фонограм-
50
Гпава 2. Электроакустика
мой, поскольку в ней может не доставать мощности отдельных час-
тот. Используют шумовой сигнал, в котором есть все необходимые
частоты, а их появление во времени — процесс случайный. Но «бе-
лый шум» (это шум, в котором плотность энергии, приходящаяся
на любой частотный диапазон, одинакова) также в полной мере не
отражает спектр реальных музыкальных произведений. Поэтому
«белый шум» пропускают через фильтр со спадом частотной харак-
теристики 3 дБ/окт (уровень сигнала падает в 1,4 раза по напряже-
нию и в 2 раза по мощности при изменении частоты в два раза), и
шум становится «розовым». Затем, используя другой фильтр, кри-
вую приводят к стандартному виду, который и призван заменить
«музыку всех времен и народов». На рис. 2.13 показаны: граница
спектра «розового шума» (линия 1) и кривая DIN (линия 2).
Достаточно редко встречается второй вид оценки мощности —
RMS. Это предельная синусоидальная мощность (Rated Maximum
Sinusoidal) при подаче которой на акустический агрегат он сможет
проработать в течение часа со стандартным музыкальным сигна-
лом без повреждений. В этом случае «без повреждений» считается
отклонение параметров от заданных не более чем на 40 % (то есть
повреждения все же возникают, но их уровень регламентируется).
Обычно RMS на 20—25 % выше DIN.
И наконец третий вид характеристики мощности — РМРО
(Peak Music Power Output) — пиковая музыкальная мощность. Эта
мощность, которую динамик может выдержать при подаче на него
сигнала частоты 200 Гц не более 1—2 секунд. РМРО в 10—20 раз
превышает DIN. Зачем нужен такой параметр? Например, при
включении усилителей, когда переходные процессы еще не закон-
чились, излучатели «динамиков» дают громкий щелчок (даже вид-
Рис. 2.13. «Розовый шум» и кривая DIN
Гпава 2. Электроакустика
51
но, как двигаются излучающие поверхности). В этот момент и
«спасает» стойкость динамических излучателей к РМРО.
Обычно серьезные производители указывают мощность своих
излучателей в DIN, а РМРО используют как технологический па-
раметр, который далеко не всегда можно найти в сопроводитель-
ной документации. Малоизвестные же фирмы, стремясь завоевать
рынок, нередко крупными буквами пишут РМРО и на упаковоч-
ных коробках, и на самой аппаратуре. В результате портативная
магнитола, едва способная отдать 3 Вт мощности DIN, рекламиру-
ется как 100-ваттный аппарат. О том, что данная мощность указа-
на в РМРО, сказать забывают.
Таблица 2.4. Связь децибел, напряжений и мощности
Децибелы В напряжениях U^/U2 В МОЩНОСТИ Р1/р2
0 1 1
1 1,12 1,26
2 1,26 1,59
3 1,41 2,00
4 1,59 2,51
5 1,78 3,16
6 2,00 3 98
7 2 24 5,01
8 2,51 6,31
9 2,82 7,94
10 3,16 10,00
20 10,00 100,00
30 31,64 1000,00
40 100,00 10 000,00
50 316,50 100 000,00
60 1000,00 1 000 000 00
70 3165,00 10 000 000,00
80 10 000,00 100 000 000,00
90 31 650,00 1 000 000 000,00
100 100 000,00 10 000 000 000,00
52
Гпава 2. Электроакустика
2.5. Оборудование для дискотеки
Современная дискотека без звукоусилительной аппаратуры
просто немыслима. Поэтому, прочитав раздел об основах электро-
акустики, мы уже знаем, что прежде всего нам понадобится источ-
ник сигнала. В большинстве случаев источником музыкального
сигнала служит магнитофон, проигрыватель CD-дисков или ми-
ни-дисков, персональный компьютер, оснащенный мультиме-
диа оборудованием. Источником может также быть группа музы-
кантов. Не будем забывать, что ди-джей, развлекающий публику в
паузах между музыкальными «темами» — такой же источник зву-
ка, как и перечисленные ранее. Предположим, что мы разместили
в удобном месте персональный компьютер (как вариант музыкаль-
ного источника), установили микрофон для певца музыкальной
группы. Достаточно ли этого для проведения дискотеки? Оказыва-
ется, совершенно недостаточно. Все перечисленные источники
звука «выдают» очень маленькую мощность, которой не хватит для
озвучивания даже небольшого зала. Амплитуда напряжений, раз-
виваемых данными источниками, измеряется единицами и десят-
ками милливольт, когда для создания требуемой громкости нам
подойдут вольты и даже десятки вольт. Понятно, что сигнал тре-
бует усиления. Выполнит эту работу усилитель низкой частоты
(УНЧ) или усилитель мощности (УМ), который обязательно дол-
жен иметь органы регулировки громкости (то есть регулировать
отдаваемую мощность).
УНЧ усиливает сигнал в электричеком виде. После усиления
его необходимо преобразовать в акустическую волну. Этим зай-
мется акустический агрегат (акустическая «колонка»). Первая по-
павшаяся под руку «колонка» не подойдет — она обязательно
должна быть рассчитана на отдачу требуемой акустической мощ-
ности. Кроме того, акустический агрегат требуется согласовать с
выходом усилителя, чтобы получить максимальную отдачу и не
вывести его из строя.
Кстати, о микрофоне. Обойтись без него трудно даже в вари-
анте отсутствия «живых» музыкантов. Благодаря микрофону
ди-джей может вести танцевальный вечер, объявлять компози-
ции, озвучивать поздравления, шутки, розыгрыши. В общем, де-
лать все то, что придает хорошее настроение. Микрофон — это
источник слабого сигнала, причем его амплитуда значительно
Глава 2. Электроакустика
53
меньше, чем амплитуда сигналов от магнитофона или CD-проиг-
рывателя. Поэтому микрофон требует предварительного усиления
сигнала до стандартной величины (сравнимой с уровнем сигнала
того же магнитофона), после чего его уже можно будет подклю-
чить к УНЧ.
Мы также хорошо знаем, что недостатки «акустики» помеще-
ния возможно в некоторой степени скомпенсировать, искусствен-
но изменив тембровую окраску звука. Для этого в составе диско-
течного оборудования очень желательно иметь темброблоки, а еще
лучше — эквалайзеры, регулирующие «окраску» звука в узких час-
тотных полосах
Хорошая дискотека должна идти в режиме «нон-стоп», то есть
музыкальные произведения обязаны сменять друг друга без задер-
жек, без затягивания пауз. Компьютер позволяет без труда органи-
зовать такой «нон-стоп» — в его память «влезают» тысячи музы-
кальных фрагментов. Но как быть тем, у кого есть только класси-
ческие источники звука, да несколько кассет, на которых
музыкальные фрагменты разбросаны в беспорядке? Заставлять
ждать людей, пока кассета переметается и музыка вновь зазвучит?
Лучше осуществить перемотку на нужное место в то время, когда
играет предыдущий фрагмент, а после его окончания переключить
источник звука (для этого необходимо два магнитофона). Сделать
это можно с помощью микшера — устройства, смешивающего
сигналы нескольких источников звука. Микшер должен иметь ре-
гулировки, чтобы один источник звука быстро заглушить, а вто-
рой включить «на полную катушку». Еще микшер окажется поле-
зен для подключения микрофона — ди-джею не придется каждый
раз «перетыкать» входы усилителя, создавая в акустических агрега-
тах оглушительные щелчки
Поиск нужных фрагментов тоже имеет свои нюансы. Лучше его
производить так, чтобы остальным не было слышно. Поэтому стоит
иметь головные телефоны, которые, кстати, можно подключить да-
леко не к каждому магнитофону. Следовательно, у ди-джея под ру-
кой должен быть усилитель для «наушников» (маломощный УНЧ).
С большой долей внимания нужно относиться ко всякого рода
индикаторам, поскольку измерения «на глазок» приводят к пе-
чальным результатам. Например, в разгаре танцев всегда просят
«добавить» громкости, и, взглянув на прыгающий столбик пико-
вого индикатора, ди-джей всегда сможет принять верное решение:
54
Гпава 2. Электроакустика
можно ли удовлетворить народную просьбу, или аппаратура уже в
«зашкале».
Очень важное значение для праздника имеют световые эффек-
ты. Значение это настолько существенно, что световым эффектам
посвящена отдельная глава. Светомузыка, стробоскоп, гирлянды
огней, лучи лазеров, декоративные фонарики — все это окажется
нелишним на празднике. Часто на дискотеке используются проек-
ционные установки, машины для производства дыма, сложные
механико-электронные прожекторы, движение которых подчиня-
ется музыкальному ритму. Что-то возможно изготовить своими
руками, что-то — нет. Но минимальный набор светоэффектов, на
который стоит потратить время и средства, на дискотеке быть дол-
жен, и эта книга поможет изготовить такие устройства.
Есть достаточно много вспомогательных устройств, которые
должны находиться «под рукой» у ди-джея или его помощников,
чтобы не «сорвать» вечер. О них тоже мы расскажем.
Теперь понятно, что даже такое, на первый взгляд простое, ме-
роприятие, как дискотека, требует вложения значительной доли
труда. Что ж, любой праздник нужно подготовить.
Глава 3
ДИСКОТЕКА БЕЗ УСИЛИТЕЛЯ -
НЕ ДИСКОТЕКА
В этой главе мы поговорим о самой ответственной части обо-
рудования, использующегося на дискотеке или танцевальном ве-
чере, — об усилителях звука. Вообще изготовить хороший усили-
тель, удовлетворяющий запросам искушенных слушателей, до-
вольно сложно — слишком много факторов определяют его
качество. Правда, наша задача, поставленная в данной главе, не-
сколько проще: мы будем конструировать не дорогостоящую тех-
нику для высококачественного воспроизведения звука, а доступ-
ные «дискотечные» усилители с усредненными параметрами зву-
чания, которые удовлетворят большинство людей, пришедших
потанцевать, активно отдохнуть.
3.1. Немного теории перед практикой
Любой усилитель, будь то высококачественный усилитель для
прослушивания записей в домашней обстановке, или средний
УНЧ (усилитель низкой частоты) для озвучивания массовых меро-
приятий, — это всего лишь усилитель, обладающий тем или иным
уровнем электрических параметров. Главное назначение УНЧ —
усиливать мощность сигнала, поступающего на его вход. Если
«зрить в корень», то задача УНЧ состоит в передаче сигнала от ис-
точника к излучателю (например, от магнитофона к акустическо-
му агрегату) с минимальными искажениями, в отсутствие помех
Эти два основных параметра, характеризующих качество звучания,
мы рассмотрим подробнее.
Искажения бывают двух видов: частотные и нелинейные Час-
тотные искажения возникают при неравномерной передаче со-
ставляющих спектра звуковых частот. На слух это воспринимается
как неестественная тембровая окраска звука. К примеру, в исход-
ном сигнале имеется сбалансированный состав низких и высоких
56 Глава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
частот, а после усилителя звук приобретает «глухой» или «шипя-
щий» характер.
Главные параметры, характеризующие частотные искажения
усилителя, — это диапазон воспроизводимых частот и неравномер-
ность частотной характеристики. Как видно из рис. 3.1, на котором
представлена условная частотная характеристика усилителя, диа-
пазон воспроизводимых частот определяется так:
Д/ = /в - А,
где /в и /н — верхняя и нижняя частоты, которые усилитель в со-
стоянии воспроизводить.
Рис. 3.1. Частотные искажения УНЧ
Неравномерность частотной характеристики определяется как
максимальное отклонение (в дБ) уровней передачи частот в диапа-
зоне воспроизводимых частот (Д/Г) от значения, принятого в этом
диапазоне за нулевое (Ко).
Второй тип искажений — так называемые нелинейные искаже-
ния. Они выражаются в появлении на выходе усилителя частот,
которых не было в спектре входного сигнала. Откуда появляются
эти искажения? Дело в том, что в основе любых усилителей лежат
нелинейные усилительные элементы — транзисторы (или радио-
лампы). Любой нелинейный элемент в той или иной степени име-
ет свойство «комбинировать» частотные составляющие сигналов,
поступающих на его вход — например, складывать, вычитать, ум-
ножать В результате и появляются искажения, которые на слух
могут восприниматься и как тембровые искажения, и как хрипы,
и как шорохи, потрескивания, «квакание». Главный параметр, по
которому можно судигь о качестве УНЧ в отношении нелинейных
искажений — это коэффициент гармоник (кг). Коэффициент гармо-
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
57
ник всегда стараются указать как одну из основных характеристик
усилителя.
Определяется кг так: подают на вход усилителя чистый сину-
соидальный сигнал, а на выходе измеряют уровни напряжений
всех высших гармоник, возникающих в результате нелинейных
искажений (рис. 3.2). Затем вычисляют коэффициент по формуле?
К+<72+1/2+ ... + (/,2
<Vr — -----------------
и.
где Uq — напряжение основной гармоники на выходе УНЧ;
£7], U2, ..., Un — амплитуды кратных гармоник.
Рис. 3.2. Нелинейное искажение УНЧ
Коэффициент гармоник имеет свойство зависеть от частоты,
при подаче которой он измеряется. Связано это со все теми же не-
линейными свойствами усилительных элементов, которые в раз-
ных частотных диапазонах ведут себя по-разному. Поэтому пра-
вильнее указывать не одно значение кТ, а несколько — для всего
частотного диапазона, и с указанием частоты измерения.
Еще коэффициент гармоник зависит от мощности, которая от-
бирается от усилителя. Это означает, что при незначительной
мощности усилителя (регулятор громкости установлен в положе-
ние, близкое к нулевому) — кг тоже оказывается маленьким. При
увеличении громкости коэффициент гармоник растет (нелиней-
ные свойства усилительных элементов становятся все более замет-
ными). Поэтому здесь нелишне бывает указать и мощность сигна-
ла, при которой производилось измерение. Производители микро-
схем для звукоусилительной аппаратуры это требование чаще
всего выполняют. Стремятся выполнить его и производители вы-
сококачественной, фирменной аппаратуры. А «дешевые» фирмы,
нагоняя себе солидности, указывают только одну цифру (понятно,
что чем меньше она будет, тем больше покупателей «клюнет»), но
не приводят сведения ни о частоте измерения, ни о мощности вы-
58
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
ходного сигнала при измерении. Совет здесь один — будьте бди-
тельны при выборе, не дайте себя обмануть.
Искажения, как мы убедились, являются принадлежностью
усилителя, то есть однозначно связаны с его схемотехническим
построением. Второе свойство усилителя — это способность про-
тивостоять помехам, то есть возмущениям, возникающим незави-
симо от усилителя. Помехи главным образом опасны тем, что, на-
кладываясь на полезный сигнал, вызывают его искажения.
Первый вид помехи, с которым читатель столкнется сразу же,
как только сконструирует свой первый УНЧ, — это так называе-
мый фон переменного тока. Фон прослушивается как низкочастот-
ное гудение, происходящее с частотой промышленной сети 50 Гц
и ее гармониками. Оценка уровня фона строится примерно так
же, как и оценка уровня нелинейных искажений, то есть по на-
пряжению:
Ф = 20 1g
+ t/f00 + t/|250 + t/;00 + ...
U вых. ном
где Z750, ^1оо» ^i5o ~ напряжения соответствующих частот, измерен-
ные при отсутствии сигнала на входе усилителя (в режиме номи-
нальной громкости); t/BbIX,l(0M — уровень выходного номинального
сигнала (измеряется на гармоническом сигнале).
Сделаем небольшую оговорку: «фонить» усилитель может как
при наводке электромагнитной помехи на его вход (достаточно
прикоснуться к входу УНЧ пальцем, чтобы услышать фоновое гу-
дение в акустических агрегатах), так и при недостаточно хорошей
фильтрации промышленной частоты в блоке питания усилителя.
Бороться с фоном бывает довольно трудно, особенно если источ-
ник сигнала связан с усилителем длинными проводами. Придума-
но много способов снижения фона: экранировка проводов, стаби-
лизация блоков питания, обратные связи и другие ухищрения. Мы
поговорим об этом по ходу книги.
Второй вид помехи, с которым придется столкнуться, — шум.
В отличие от фона переменного тока, имеющего дискретный
спектр (50 Гц, 100 Гц, 150 Гц), шум представляет собой спектраль-
но непрерывный сигнал, занимающий весь диапазон частот, вос-
производимых усилителем. Природа шума — тепловое движение
электронов, а значит, его источником служат в той или иной сте-
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека 59
пени все электронные компоненты. Услышать наличие шума в
усилителе очень просто: достаточно в отсутствии музыкального
сигнала установить его регулятор громкости на максимум. В аку-
стических излучателях тогда проявится характерное «шипение» те-
плового шума. Режим малой громкости далеко не всегда позволяет
зафиксировать это «шипение», и, вращая регулятор громкости,
можно в какой-то мере оценить усилитель по моменту появления
шума в «динамиках». Хороший усилитель «шипит» только вблизи
максимума громкости, а посредственный начинает проявлять шум
гораздо раньше. Бывают даже такие экземпляры, которые «шипят»
при минимальной громкости — их электронные схемы оставляют
желать лучшего.
Уровень тепловых шумов нередко указывается для самых от-
ветственных элементов усилителей низкой частоты — транзисто-
ров и операционных усилителей. Причем уровень шума приводит-
ся ко входу данных элементов. Умножив это значение на коэффи-
циент усиления усилителя, мы получим уровень шумового сигнала
на выходе. Важно отметить, что уровень шума указывается в спра-
вочниках с размерностью «нановольты на корень из Гц» (параметр
«спектральная плотность напряжения шума»):
То есть, чем шире полоса воспроизводимых частот, тем выше
и шум на выходе УНЧ. При данных расчетах плотность шумовой
энергии, приходящейся на узкую полосу спектра в диапазоне,
считается постоянной для всего диапазона (вспоминайте «белый
шум»). Так что уровень шума можно прогнозировать еще на ста-
дии разработки усилителя. В первичных каскадах (каскадах пред-
варительного усиления), работающих совместно с источниками
сигнала, всегда стараются применить малошумящие элементы.
Кстати, это обстоятельство нужно учитывать при ремонте готовых
усилителей и при поиске замен элементов: УНЧ может значитель-
но повысить свою «шумность», если проигнорировать шумовые
свойства элементов, не интересоваться ими.
Вот, собственно, и все «прописные истины», встречающиеся
при оценке качества звучания УНЧ специалистами. Но оценивать
аппаратуру хотят не только специалисты, но и любители, которые
60 Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
далеко не всегда смогут сказать, что такое коэффициент гармоник
и фон переменного тока Для них придуманы критерии эксперт-
ных оценок, представляющие собой суммарный результат субъек-
тивного восприятия звучания. Делается эта оценка так- в зале с
определенными акустическими параметрами устанавливается ап-
паратура и приглашаются эксперты. В роли эксперта может высту-
пить любой человек, важно только, чтобы экспертов было как
можно больше — тогда результат получится точнее Производится
прослушивание характерных записей музыки, имеющей те или
иные особенности в спектральной области (например, преоблада-
ние ударных инструментов), затем эксперты делятся своими впе-
чатлениями от прослушанного.
Система экспертных оценок строится на субъективном анализе
услышанного, поэтому здесь играют роль именно ощущения чело-
века, а не физические величины В табл. 3.1 приведены некоторые
критерии оценок, предлагаемые экспертам.
Таблица 3.1. Критерии экспертных оценок
Критерий Красный балл Желтый балл Зеленый балл
Оценка общего впечатления Беспокойное звучание Нет атмосферы Все в идеальном порядке
Оценка достоверности Нет ощущения реализма Эффект отстраненности Ощущение присутствия
Проверка нижней рабочей частоты Недостаточный уровень Недостаточная глубина Эффект землетрясения
Проверка чистоты тона Призвуки Отсутствие динамики Все чисто
Оценка окраски звучания Смешение регистров Нарушение окраски Реалистичное звучание
Проверка тонального баланса Диссонанс Неубедительное звучание Ощущение теплоты и гармонии
Оценка стереоэффекта Эффект отсутствует Нарушение пропорций Шир< КО, ВЫС( ко, глубоко
Проверка локализации Перекос сцены Нестабильность Как в жизни
Понятно, что хорошая аппаратура наберет больше зеленых
баллов, плохая — красных. Несмотря на то, что характеристики,
предлагаемые экспертам, в значительной степени субъективны,
экспертиза точно выявляет качество аппаратуры.
Глава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
61
Экспертная оценка заметности искажений и помех имеет сле-
дующие градации:
а) совершенно незаметно — искажение или помеха замечается
примерно 10—15 процентами экспертов (экспертная оценка имеет
погрешность на уровне 10 %);
б) практически незаметно — искажение или помехи замечает
15—30 % экспертов (в данном случае большинство экспертов ис-
кажения и помехи не замечает);
в) неуверенно заметно — искажение или помеха фиксируется
50 % экспертов (вероятность заметить искажение равна вероятно-
сти не заметить его);
г) уверенно заметно — искажение или помеху слышат более чем
50 % экспертов (обычно эта оценка принимается при 75-процент-
ном результате).
В отечественной классификации звуковоспроизводящей аппа-
ратуры на основе экспертной оценки заметности искажений (по-
мех) установились так называемые классы аппаратуры. Достаточно
часто в технических описаниях можно встретить упоминание, что
данный УНЧ относится к высшему классу, а данный магнито-
фон — к третьему. Как определяются классы? Они примерно со-
ответствуют градациям заметности: высшему классу соответству-
ет — «совершенно незаметно», а третьему — «уверенно заметно».
До сих пор мы лишь вскользь упоминали стереофонические
усилители, применяя основные характеристики к одиночному
(монофоническому) УНЧ. Сегодня подавляющее большинство
техники воспроизведения звука принадлежит к стереофоническо-
му направлению. Простейший стереофонический усилитель — это
два идентичных моноусилителя, объединенных в одном корпусе и
имеющих одинаковые регулировки. Стереоусилители имеют до-
полнительные характеристики.
Переходное затухание между каналами — определяет степень
проникновения звука из одного канала в другой. Известно, что
чем выше переходное затухание между каналами, тем лучше про-
является стереоэффект. Оценивается оно так: на вход одного из
каналов подается номинальный сигнал, а выходная мощность из-
меряется на выходе обоих каналов, вычисляется их отношение
(в децибелах). Даже самый плохой стереофонический усилитель
должен иметь переходное затухание не менее 20 дБ (по мощно-
сти). Реально, конечно, оно гораздо выше.
62
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
Рассогласование частотных характеристик приводит к тому, что
каналы могут звучать с разной тембровой окраской. Связано это с
неидеальностью радиоэлементов, входящих в состав электриче-
ской схемы УНЧ Все элементы имеют разбросы по своим пара-
метрам, а значит, и каналы в некоторой степени будут неидентич-
ны друг другу. Но в любом случае рекомендуется не допускать
различие выходной мощности каналов по причине рассогласова-
ния частотных характеристик более 6 дБ.
Рассогласование по чувствительности проявляется в разных
уровнях громкости каналов при установке на входе УНЧ сигнала с
одинаковой амплитудой для обоих каналов. Рассогласование по
чувствительности более заметно, чем рассогласование частотных
характеристик — оно не должно превышать 2 дБ. Обеспечить та-
кую точность не всегда удается, поэтому подавляющее большинст-
во стереофонических УНЧ имеют регулировку стереобаланса, то
есть регулятор чувствительности по каналам. Вдумчивый читатель
может спрочить, зачем нужно вводить новый регулятор, когда два
независимых регулятора громкости справятся с этой задачей точно
так же. Отвечаем: как показывает практика, гораздо удобнее регу-
лировать громкость в обоих каналах одновременно, и уже потом,
при необходимости, отрегулировать стереобаланс. Кстати, в пер-
вых моделях стереофонических УНЧ никаких регуляторов стерео-
баланса не было — обходились регуляторами громкости. Но опыт
эксплуатации показал неудобство такого способа, и разработчики
аппаратуры его модернизировали. В настоящее время достаточ-
ным является регулировка баланса в пределах 8... 10 дБ, не более.
Теперь мы познакомимся с параметрами аппаратуры класса
Hi-Fi (зарубежное обозначение аппаратуры высшего класса).
Эти параметры определены зарубежным стандартом DIN 45000
(табл. 3.2).
Как мы уже сказали, наиболее часто гармонические искаже-
ния на слух воспринимаются как похрипывания (если они доста-
точно высоки), как призвуки (если они находятся на уровне по-
рога различимости). Поскольку аппаратура класса Hi-Fi считается
наиболее качественной, принято считать, что 1 % нелинейных ис-
кажений — величина приемлемая Однако, как показывают ис-
следования, человеческое ухо способно различать искажения гар-
монического сигнала более 0,1 %. Допустим, мы подали на вход
усилителя чистый «синус», и выясняем, как поведет себя УНЧ.
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
63
Таблица 3.2. Параметры аппаратуры класса Hi-Fi
Параметр Магнитофоны Микрофоны Усилители Акустические агрегаты
Полоса воспроизво- димых частот 40...12 500 Гц 250...12 500 Гц 40...16 000 ГЦ 100...12 500 Гц
Коэффициент нелинейных искажений 3% максимальный уровень Менее 1 % в диапазоне 250...8000 Гц Менее 1 % при 50 % мощности 3 % в полосе 250...1000 Гц 1 % на 2000 Гц
Различие параметров каналов — Менее 3 дБ в полосе 250...8000 Гц Менее 3 дБ в полосе 250...6300 Гц —
Так вот, при наличии выходного сигнала с искажениями более
0,1 % человеческое ухо будет определять наличие призвуков, со-
держащихся в сигнале. Читателю может показаться странным за-
нижение коэффициента гармоник в стандарте в десять раз по
сравнению с тем, который логичнее принять в качестве образцо-
вого значения. Но здесь есть одна существенная поправка — по-
скольку музыкальный звуковой сигнал совершенно непохож на
«синус» — он непериодичен, занимает широкий спектр — поэто-
му реально только при превышении значения 1 % мы заметим
гармонические искажения. К тому же данный коэффициент гар-
моник определен для режима, в котором усилитель выдает 50 %
своей максимальной мощности. В реальности при прослушива-
нии УНЧ эксплуатируются на 10—20 % своих максимальных воз-
можностей, а это означает, что в таком режиме коэффициент гар-
моник понижается. Ну а на дискотеке допустим коэффициент
гармоник и в 1 и в 2 процента, и даже немного больше.
Чтобы усилитель обеспечивал максимальную трансляцию сиг-
нала от источника звука к акустическому агрегату (или другому
усилителю, включаемому на выход первого), необходимо УНЧ со-
гласовать и с источником сигнала, и с нагрузкой.
На рис. 3.3 приведена типичная схема тракта звукоусиления, в
которой участвуют CD-плеер, усилитель низкой частоты и акусти-
ческий агрегат. CD-плеер имеет выходной разъем, на котором
присутствует сигнал — его подают на вход УНЧ. Но, как любой
источник напряжения, CD-плеер по выходу имеет некоторое
внутреннее сопротивление /?ист. А УНЧ имеет входное сопротивле-
64
Глава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
Рис. 3.3. Согласование источников и нагрузок
ние /?вх. Применяя закон Ома, мы получим величину напряжения
на входе усилителя. Очевидно, что на будет определяться соотно-
шением резисторов 7?ист и /?вх:
D
U =---------------и .
nx R R ист
Получается, что при входном сопротивлении усилителя много
больше (по крайней мере, в 10 раз) сопротивления источника сиг-
нала — напряжение на входе УНЧ будет примерно равно напря-
жению на выходе источника сигнала. Такое согласование называ-
ется согласованием по напряжению и оно встречается в усилитель-
ной технике наиболее часто.
С другой стороны, применяя всю ту же простейшую теорию,
можно заключить, что выходное сопротивление УНЧ ЯВЬ1Х должно
быть много меньше сопротивления нагрузки 7?нагр. Тогда сигнал
будет передаваться к нагрузке без потерь.
Для промышленной аппаратуры, как правило, принято норми-
ровать входное сопротивление УНЧ. Нормируется оно и для лю-
бительских усилителей, построенных на дискретных транзисторах
и на микросхемах. Но вот выходное сопротивление нормируют ре-
же, в основном указывая минимальное сопротивление нагрузки,
которое можно подключать к выходу усилителя. Обычно усили-
тель не критичен к увеличению сопротивления нагрузки — нужно
быть готовым лишь к тому, что отдаваемая мощность будет пони-
жаться. А вот снижать сопротивление ниже установленного преде-
ла нельзя — усилитель может перегреться и выйти из строя (если
он не защищен)
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
65
Входные и выходные сопротивления, а также номинальные
уровни сигналов некоторых источников определены рядом стан-
дартов. В частности, стандартом DIN45310. В табл. 3.3 мы приво-
дим эти цифры для того, чтобы читатель сориентировался, как
подбирать усилитель для покупной аппаратуры
Таблица 3.3. Свойства источников звуковых сигналов
Источник сигнала Вх./вых. напряжение Вх./вых. сопротивление
Динамический микрофон 2 мВ/Па 200 0м
Конденсаторный (электретный) микро- фон с предварительным усилителем 20 мВ/Па Менее 200 0м
Магнитная головка магнитофона 500 мкВ 1 кОм
Линейный выход магнитофона Более 100 мВ (запас по перегрузке до 2 В) Менее 1 кОм
Проигрыватель компакт-дисков 1 В Менее 200 Ом
Выход для подключения громкоговорителей — Не более 1,3—2,7—5,3 Ом (для нагрузки 4—8—16 Ом)
Выход для подключения головных телефонов — 120 0м
Источник сигнала, как правило, имеет нормированные пара-
метры напряжения на своем выходе, и нам, за редким исключени-
ем, не удастся управлять величиной этого напряжения Поэтому
между УНЧ и источником сигнала желательно включать предва-
рительный усилитель, который позволит регулировать громкость,
стереобаланс и осуществлять некоторые другие интересные преоб-
разования, о которых мы поговорим в следующих разделах.
3.2. Предварительные усилители
Простейший предварительный усилитель, обладающий отлич-
ными характеристиками, сегодня можно собрать за полчаса, и в
этом читателю поможет широко распространенная микросхема —
операционный усилитель. Операционный усилитель, или, как его
называют радиолюбители, «операционник», чаще всего представ-
ляет собой микросхему с несколькими выводами (широко распро-
66
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
страненный вариант — 8 выводов), заключенную в пластмассовый
прямоугольный, керамический или круглый металлический кор-
пус, можно приобрести в любом радиомагазине или на рынке
(рис. 3.4).
Рис. 3.4. Внешний вид операционных усилителей
«Операционники» (ОУ) широко применяются в усилительног
технике еще с начала 70-х гг. XX века. Номенклатура типов ОУ
как отечественных, так и зарубежных, содержит десятки тысяч на
именований и типов, например, — стандартные, микропотреб
ляющие, быстродействующие, программируемые, малошумящие
с высокоомным входом, с мощным выходом, прецизионньп
(с особо точными параметрами). По виду конструкции чаще всей
встречаются одиночные варианты, но существуют сдвоенные i
счетверенные «операционники». Комбинированные ОУ удобне'
всего применять там, где схема содержит большое количество од
нотипных элементов усиления, и к тому же требуется обеспечит
небольшие размеры конструкции. Выбор вида операционного уси
лителя в значительной степени зависит от того, в каком радиотех
ническом устройстве он будет работать. Мы не будем подробно уг
лубляться в эти вопросы, поскольку для всех конструкций, кото
рые приведены в этой книге, вполне достаточно возможносте;
стандартных, широко распространенных, ОУ. В некоторых схема*
правда, желательно использовать малошумящие и микропотреб
ляющие «операционники», которые, впрочем, также имеются н
отечественном рынке в достаточном количестве.
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
67
Итак, стандартный «операционник» отечественного производ-
ства, на котором мы разберем все основные премудрости работы с
ОУ, имеет маркировку КР544УД2А. Эта микросхема выпускается
в пластмассовом корпусе DIP-8 с расстоянием между выводами
2,5 мм. Имеется также исполнение в металлическом круглом кор-
пусе, маркируемое К544УД2А (544УД2А), но лучше приобретать
все же «пластмассу» — она на порядок дешевле.
Схема этого операционного усилителя приведена на рис. 3.5.
В справочнике данный ОУ характеризуется как «широкополосный
операционный усилитель с высоким входным сопротивлением,
повышенным быстродействием, встроенной коррекцией и устрой-
ством защиты входа и выхода от перегрузки». В табл. 3.4 приведе-
ны основные параметры данного ОУ.
Рис. 3.5. ОУ типа КР544УД2А
Таблица 3.4. Основные параметры ОУ КР544УД2А
Название параметра Величина Ед. изм.
Номинальное напряжение питания 2x15 В
Ток потребления, не более 7 мА
Коэффициент усиления 20 000 —
Частота единичного усиления 15 МГц
Входное сопротивление 10 МОм
Минимальное сопротивление нагрузки 2 кОм
Напряжение смещения (по входу) 30 мВ
Как видим, «операционник» обладает всеми основными пара-
метрами, присущими усилителям. Что можно сказать о работе
ОУ? Как видно из рис. 3.5, операционный усилитель имеет два
входа — прямой и инверсный. Инверсный вход традиционно обо-
68
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
значается кружочком. А вот выход у ОУ — один. Подавая сигнал
на прямой вход, мы на выходе получим сигнал, совпадающий с
входным по фазе (повышение напряжения на входе означает по-
вышение сигнала на выходе). Если подать сигнал на инверсный
вход, мы получим уже сдвинутый на 180 градусов выходной сиг-
нал. Это свойство «операционника» широко используется в схемо-
технике, будем использовать его и мы.
Судя по табл. 3.4, коэффициент усиления ОУ очень высок (де-
сятки тысяч раз), однако чаще всего требуется усилить сигнал на
порядок, а то и меньше — в 2. .3 раза. Что делать? Подбирать дру-
гой тип ОУ? Но практически все «операционники» имеют именно
такой коэффициент усиления, а то и больше. Для снижения уси-
ления «операционник» охватывают обратной связью, которая вы-
водит усиление на требуемую величину. Существуют несколько
простых включений: инвертирующее, неинвертирующее, в режиме
повторителя.
Очень важный элемент — конденсатор частотной коррекции
С1, включенный между выводами 1 и 8. Зачем он нужен? Дело в
том, что без этого конденсатора усилитель, охваченный обратной
связью, может «завестись», то есть превратиться в генератор коле-
баний. На этот счет существует достаточно сложная теория — по-
чему возникают колебания, как от них избавиться. Мы не будем
забивать голову читателя этими знаниями, скажем лишь, что час-
тотная коррекция позволяет сделать усилитель устойчивым. Пер-
вые ОУ требовали сложных цепей частотной коррекции, совре-
менные нуждаются лишь в одном конденсаторе, или коррекция
вообще встраивается внутрь (эти микросхемы вообще не имеют
выводов частотной коррекции). Совет для читателя такой — нико-
гда не пренебрегать частотной коррекцией: если на типовой схеме
включения конденсатор имеется, лучше его установить и изба-
виться от дальнейших неприятностей.
Еще один вид коррекции — так называемая балансировка. Вы-
полняется она резистором R1. Зачем нужно балансировать ОУ? Из
табл. 3.4 видно, что на входе усилителя имеется некоторое напря-
жение смещения, измеряемое в милливольтах. Усилившись, это
напряжение на выходе может достичь весьма существенной вели-
чины. Поэтому балансировочным резистором смещение на выходе
ОУ сводят к минимальному значению в отсутствии входного сиг-
нала. Сразу оговоримся — смещение играет роль в случае, если
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
69
нужно усиливать сигналы постоянного тока. В усилительной же
технике для дискотеки приходится работать с переменными сиг-
налами, поэтому это смещение просто «отрезают» конденсатора-
ми, не устанавливая даже балансировочный резистор. Как «отре-
зать» смещение, мы поговорим дальше.
Существенный вопрос — питание ОУ. Большинство «операци-
онников» питается двуполярным напряжением, стандартное значе-
ние которого составляет ±15 В Можно наити также типы с одно-
полярным питанием, с пониженным питанием (до 1,5 В). В боль-
шинстве случаев на вопросах питания мы заострять внимание не
будем, если удастся обойтись распространенными средствами.
И только в особых случаях питанию запланировано уделить время.
Вернемся к схемам включения ОУ. На рис. 3 6—3.8 показаны
наиболее распространенные варианты включения «операционни-
ков». Основным параметром такой схемы является коэффициент
усиления. Он определяется как от-
ношение напряжения на выходе к
напряжению на входе:
Но эта формула для практиче-
ских целей едва ли подойдет, поэто-
му необходимо научиться вычислять
коэффициент усиления по задан-
ным типономиналам элементов,
входящих в схему, либо — выбирать
номиналы по требуемому усилению
Рис. 3.6. Инвертирующее
включение ОУ
Рис. 3.7. Неинвертирующее
включение ОУ
Рис. 3.8. Включение ОУ
в режиме повторителя
70 Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
Для схемы рис. 3.6 коэффициент усиления определяется так:
Знак «минус» в данном случае означает, что выходной сигнал
инвертирован относительно входного, то есть сдвинут по фазе не
180 градусов.
Резистор R3 примерно определяется из следующего соотно-
шения:
= R,R,
то есть при параллельном соединении R1 и R2.
Входное сопротивление этого включения ОУ равно сопротив
лению резистора R1. Поэтому инвертирующее включение можнс
использовать в таких усилителях, где не требуется высокое вход-
ное сопротивление (например, в промежуточных каскадах). Слиш-
ком большая величина резистора RI может привести к повышен
ной чувствительности усилителя к наводкам.
Коэффициент усиления для схемы, показанной на рис. 3.7
можно вычислить из выражения:
Входное сопротивление этой схемы в случае отсутствия рези
стора R3 равно входному сопротивлению операционного усилите
ля, и усилитель в данном включении без этого резистора работал
будет. Но лучше все же данный резистор не исключать и выбрал
его номинал в пределах 0,1...1,0 МОм
Наконец, третье включение, показанное на рис. 3.8, имеет уси
ление, равное 1, то есть сигнал со входа на выход передается бе:
изменения. Это включение, называемое повторителем сигнала
применяют тогда, когда есть необходимость получить высоко<
входное сопротивление усилителя.
Как мы уже успели сказать, данные простые включения ОУ ис
пользуются в основном для усиления сигналов, в которых имеете}
постоянная составляющая (или просто постоянных, очень медлен
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека 71
но меняющихся сигналов). Музыкальные сигналы, как мы выяс-
нили ранее, имеют в своем спектре самые нижние частоты в рай-
оне десятков Гц. Поэтому большинство традиционных включений
ОУ, встречающихся на практике, несколько модернизировано —
в них некоторые элементы исключены а некоторые введены вновь.
На рис. 3.9 и 3.10 исключены балансировочные сопротивле-
ния, но появились разделительные конденсаторы Cl, С2, СЗ, «от-
секающие» постоянную составляющую. Таким образом, для по-
стоянного сигнала (который в виде напряжения смещения присут-
ствует на входе усилителя), ОУ представляют собой повторители,
а значит, смещение на выходе будет таким же. Переменные сигна-
лы будут усиливаться так, как задано соотношением соответствую-
щих резисторов. Важно лишь выбрать номиналы конденсаторов
так, чтобы не «потерять» низкие частоты сигнала. Это можно сде-
лать, воспользовавшись соотношениями (они «работают» в обоих
включениях):
С. >----!--; С, >-------!---;
1 6,2/нЯ, 2 6,2/нЯн
6,2/нАвх||А3 ’
где fH — нижняя частота в спектре музыкального сигнала;
7?н — сопротивление нагрузки усилителя.
Хорошо видно, что емкость конденсатора СЗ определяется
параллельным включением входного сопротивления ОУ и рези-
стора R3.
Рис. 3.9. Инвертирующее включение
ОУ для работы с переменными
сигналами
Рис. 3.10. Неинвертирующее
включение ОУ для работы
с переменными сигналами
72
Глава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
Но — довольно теории! Сконструируем первый предваритель-
ный стереофонический усилитель с высоким входным сопротив-
лением и возможностью регулировки громкости в обоих каналах
одновременно Его схема изображена на рис. 3.11 Здесь читателю
встретятся уже знакомые решения: на ОУ DA1 и DA2 построены
повторители сигнала с высоким входным сопротивлением, усиле-
ние осуществляется ОУ DA3 и DA4 в неинвертирующем включе-
нии Конденсаторы С1—С6, С9, СЮ — разделительные, С7 и С8 —
корректирующие, CH—С18 — блокировочные (они устраняют
взаимное влияние микросхем друг на друга по цепям питания, вы-
ражающееся в возможности самовозбуждения). Особое внимание
следует обратить на регулятор громкости R3. Этот резистор жела-
тельно иметь сдвоенной конструкции, тогда в обоих каналах гром-
кость можно будет регулировать одновременно. Подойдет рези-
стор с любым номиналом в границах 2,2... 10 кОм.
С11 С13 С15 С17
+15В ◄-_Т_ _Т_ _Т_-►а
ITIII
-15В ◄—Т Т Т—Т--► b
С12 С14 С16 С18
Рис. 3.11. Практическая схема предварительного усилителя
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
73
Усилитель собран на печатной плате, показанной на рис. 3.12.
Резистор R3 за плату вынесен. Для облегчения монтажных работ
можно воспользоваться рис. 3.13. Подойдут любые имеющиеся в
наличии типы элементов, например, резисторы типа С2-23, С2-33,
неполярные конденсаторы — К10-176, полярные — типа К.50-35,
К50-68 или импортные аналоги
72,5
Рис. 3 12. Печатная плата
Рис. 3.13. Сборочный рисунок
74 Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
Настраивать усилитель не нужно — при исправных деталях он
должен заработать сразу. Его усиление в данном варианте составит
20 дБ, то есть 10 раз. Увеличить или уменьшить усиление можно
подбором резисторов R8 и R9 (они обозначены на схеме знаком «*»)
Изготовленный нами усилитель можно использовать только
тогда, когда расстояние от источника сигнала до входа невелико и
измеряется десятками сантиметров. А если источник сигнала на-
ходится в десятке метров? Какие неприятности свалятся на голову
радиолюбителя в этом случае? Неприятностей будет множество, и
избавиться от них окажется задачей достаточно трудной. Все дело
здесь кроется в наличии помех Во-первых, сильно мешает фон
переменного тока (характерное «гудение»), который в виде элек-
тромагнитных помех наводится на вход усилителя. Во-вторых,
действуют непериодические импульсные помехи от работающих
электродвигателей, высоковольтных линий (если они располага-
ются недалеко от места, где установлен усилитель), сварочных аг-
регатов, проявляющиеся в виде неприятных потрескиваний. Для
борьбы с наводками обычно используют экранированные провода.
У экранированного провода одна жила обычная, а другая выпол-
нена в виде чулка и надета на первую жилу. Экран в значительной
степени ослабляется наводки, попадающие на вход усилителя
электростатическим (емкостным) способом. Но для защиты от
электромагнитного поля применяют дифференциальный метод.
В обычной системе связи (рис. 3.14, а) сигнальный ток течет
через экран, который ослабляет наводку на центральную жилу, но
сам «ловит» помеху. В дифференциальной схеме (рис. 3.14, б) ток
Источник
сигнала Усилитель
Рис. 3.14. Обычный (а) и дифференциальный (б) способы передачи сигнала
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека 75
течет по идентичным центральным жилам (их здесь должно быть
две), а по экрану ток не проходит, что является дополнительным
преимуществом. В усилителе экран подключается к корпусу при-
бора (если он выполнен из металла), но не к схемной «земле».
Чтобы реализовать эту идею, нам потребуется воспользоваться
дифференциальным усилителем (рис. 3.15). Дифференциальный
усилитель тоже можно построить на ОУ. Его замечательное свой-
ство состоит в том, что при равенстве входных напряжений и
Um2 выходное напряжение 11вых будет равно нулю. Это — типичная
ситуация действия на вход усилителя синфазной помехи, которая
наводится одновременно на оба провода длинного кабеля.
R2
Рис. 3.15. Дифференциальный усилитель
Коэффициент усиления дифференциального усилителя опре-
деляется из выражения:
£ _ вых _ &2_
УС UBK2-UBXl А, •
Практическая схема дифференциального стереофонического
предварительного усилителя приведена на рис. 3.16, печатная пла-
та — на рис. 3.17, а сборочный рисунок — на рис. 3.18.
На микросхеме DA1 построены каскады с высоким входным
сопротивлением, выполненные по схеме повторителей. Сигнал ле-
вого канала через разделительные конденсаторы С1 и С2 подается
на выводы 3 и 12, а сигнал правого канала — через конденсаторы
СЗ и С4 соответственно на выводы 5 и 10. Подключаться к этому
усилителю нужно так, как показано на рис. 3.19. Здесь по экран-
ному проводу также не течет сигнальный ток.
На элементах DA2.1 и DA2.3 построены дифференциальные
усилители. Вообще-то коэффициент усиления этих каскадов ра-
вен 1, поэтому их правильнее было бы назвать дифференциальны-
76 Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
ми преобразователями, так как на их выходе сигнал снимается от-
носительно «общего» схемы. Резистор R13 — сдвоенный. Им регу-
лируется громкость в обоих каналах одновременно. И, наконец,
элементы DA2.2 и DA2.4 выполняют функцию усиления сигнала.
В этой схеме коэффициент усиления выбран равным 10, но егс
можно скорректировать выбором номиналов резисторов R18 и R19.
В конструкции усилителя можно применить элементы, имею-
щиеся под рукой. Вместо ОУ КР1401УД2А подойдут также счетве-
ренные импортные «операционники» LM324, AD824 и другие.
Важно проследить за «разводкой» напряжения питания — у этих
импортных ОУ выводы питания «разведены» наоборот. Конечно,
возможно использовать и другие типы операционных усилителей,
но тогда придется разработать другую печатную плату.
DA1, DA2 КР1401УД2А (LM324)
Рис. 3.16. Практическая схема дифференциального усилителя
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
77
67.5
Рис. 3.17. Печатная плата
Рис. 3.18. Сборочный рисунок
78
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
Усилитель
Источник
с дифференциальным
сигнала
входом
Рис. 3.19. Подключение усилителя к источнику сигнала
Для проведения дискотеки могут понадобиться не только клас-
сические предварительные усилители, которые просто усиливают
звук На рис. 3.20 приведена схема необычного предварительного
усилителя для организации «подзвучки» пространства в централь-
ной зоне зала вытянутой формы. Особенность этого усилителя со-
стоит в том, что на его выходе в значительной степени ослабляет-
ся голос исполнителя, но сохраняется музыка и озвучиваются «ба-
сы». Каким образом это организовано? Дело в том, что обычно
голос записывается идентично для обоих каналов, а значит, вычи-
тая сигнал одного канала из сигнала другого, можно голосовую
составляющую сигнала исключить. Поэтому в схему введен уже
знакомый нам каскад на ОУ DA2.1, построенный по схеме диффе-
ренциального усилителя (с коэффициентом усиления 1).
Однако не все так просто, как кажется. Низкие частоты, или
«басы», также обычно звучат в монофоническом варианте, а нам их
исключать ну никак не нужно. Чтобы «басы» присутствовали в вы-
ходном сигнале усилителя, предусмотрены каскады на ОУ DA2.2 и
ОУ DA3.2, причем на первом «операционнике» реализован так на-
зываемый усилитель-сумматор, который складывает сигналы левого
и правого каналов. После него — на ОУ DA3.2 — построен фильтр
низкой частоты (ФНЧ) с частотой среза 100 Гц, через который «ба-
сы» проходят, а голос фильтруется (задерживается).
Последняя операция, которая реализуется в данном усилите-
ле, — это вторичное суммирование разностного и «басового» сиг-
налов. Выполняется эта операция «операционником» DA3.1. Уро-
вень, с которым суммируются сигналы, регулируется переменны-
ми резисторами R14 и R15. Вращая их, добиваются максимального
уровня музыкального сигнала и минимального — речевого.
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
79
Рис. 3.20. Предварительный усилитель для «подзвучки» в центральной зоне
большого зала
Печатная плата усилителя показана на рис. 3.21, собрать же
его можно по рис. 3.22. Усилитель в налаживании не нуждается и
при исправных деталях должен заработать сразу же после включе-
ния питания. Вместо микросхемы AD822 можно использовать
LM358 или отечественный аналог КР1040УД1.
80
Глава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
77,5
Рис. 3.21. Печатная плата
Рис. 3.22. Сборочный рисунок
Еще одна типичная ситуация: оборудование для проведения
дискотеки приносят из дома ваши друзья, знакомые, однокласс-
ники. Естественно, появляется множество не слишком мощных
усилителей и акустических агрегатов, которые можно расставить в
зале и озвучить большую площадь. Но источник музыкального
или речевого сигнала — один. Что делать? Соединять входы всех
усилителей параллельно — выход неудачный, а зачастую и опас-
ный как для усилителей, так и для источника сигнала Таким ме-
тодом можно просто «сжечь» входные каскады УНЧ или выходные
каскады источника сигнала. Поэтому лучше изготовить усили-
тель-разветвитель сигнала, который, во-первых, будет согласовы-
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека 81
вать источник сигнала с усилителем, а во-вторых, регулировать
громкость во всех каналах раздельно
Схема такого активного разветвителя на 4 канала показана на
рис 3.23. Каскады, построенные на ОУ DAI 1, DA1.3, DA2.1,
DA2.3, выполняют функцию повторителей сигнала с высоким
входным сопротивлением. Резисторы R2—R5 осуществляют регу-
лировку громкости поканально. На ОУ DA1.2, DA1.4, DA2.2,
DA2.4 собраны (в инвертирующем включении) усилители сигнала.
DA1, DA2 КР1401УД2А (LM324)
Рис. 3.23. Активный предварительный усилитель-разветвитель сигнала
82
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
В данном случае коэффициент усиления составляет 10. Его можно
отрегулировать подбором резисторов R14—R17. Причем на каж-
дый канал возможно задать свое значение усиления.
Печатная плата размножителя показана на рис. 3.24, а сбороч-
ный чертеж — на рис. 3.25. Печатная плата односторонняя, имеет
53
Рис. 3.24. Печатная плата
Рис. 3.25. Сборочный рисунок
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
83
размеры 60 х 53 мм. Требования к элементам — такие же, как и в
предыдущих конструкциях. В стереофоническом варианте развет-
вителя нужно изготовить две идентичные платы, а резисторы
R2—R5 применить сдвоенные.
А теперь перейдем к конструированию усилителей, которые
непосредственно «работают» на акустические агрегаты, то есть из-
готовим усилители мощности сигналов.
3.3. Простые УНЧ для небольшой комнаты
Представьте себе ситуацию: в^г собрались на домашнем
празднике или на дружеской вечеринке, пригласили родственни-
ков, знакомых, друзей, соседей, посидели за столом, и вам захо-
телось немножко потанцевать. Да и в тишине сегодня за столом
не сидят — обязательно включают фоновую музыку. Конечно,
можно принести музыкальный центр, мультимедиа-компьютер,
магнитофон с хорошим усилителем, проигрыватель компакт-дис-
ков... Но бывают ситуации, когда нужной аппаратуры под рукой
нет. Например, праздник происходит на даче, куда дорогую ап-
паратуру везти не хочется, или родители не позволяют взять до-
машний музыкальный центр. К таким ситуациям нужно подгото-
виться заранее: изготовить несложный усилитель, который мож-
но подключить даже к обыкновенному плееру и озвучить им
небольшое помещение. Денежные затраты в этом случае окажут-
ся минимальными, нервы старшего поколения будут сохранены,
а молодежь от души повеселится.
Лучше всего конструировать такой усилитель на серийно вы-
пускаемых микросхемах. Сейчас выпускается настолько много их
видов, что рассказать о всех подходящих для наших целей едва ли
удастся. Поэтому воспользуемся наиболее распространенными и
популярными вариантами с номинальной выходной мощностью в
пределах 30 Вт.
Первый вариант усилителя — одноканальный, построен на из-
вестной микросхеме TDA2003 (отечественный аналог К174УН14).
Основные параметры микросхемы, которые пригодятся при кон-
струировании, приведены в табл. 3.5. Выпускается микросхема в
корпусе Pentawatt.
84
Глава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
Таблица 3.5. Основные параметры микросхемы TDA2003
Параметр технических условий Мин Норма Макс. Ед. изм.
Напряжение питания 8 — 18 В
Постоянное напряжение покоя (вывод 4) 6,1 6,9 7,7 В
Ток потребления в режиме покоя — 44 50 мА
Выходная мощность (нагрузка 4 Ом) 5,5 6,0 — Вт
Диапазон воспроизводимых частот 40 — 15 000 ГЦ
Нелинейные искажения (при Рвых = 4,5 Вт) — 0,15 — %
Входное сопротивление 70 150 — кОм
Схема усилителя на основе TDA20O3 показана на рис. 3 26.
Входной сигнал через разделительные конденсаторы Cl, С2 и ре-
гулятор громкости R1 поступает на вход микросхемы (вывод «1»)
Резисторы R1 и R2 задают коэффициент усиления сигнала. В при-
водимой схеме усиление по напряжению составляет 40 дБ, или
100.- Если появится желание изменить усиление, это можно сде-
лать подбором номинала резистора R3. Цепочка R4, С4 снижает
вероятность самовозбуждения усилителя. В принципе, УНЧ будет
неплохо работать и без этих элементов. Гораздо важнее установить
цепочку R5, С6 (так называемая «цепочка Бушера»), без которой
усилитель действительно может стать неустойчивым из-за наличия
индуктивного сопротивления динамической головки ВА1.
Рисунок печатной платы для этого несложного УНЧ показан
на рис. 3.27, а собрать его можно по рис 3.28. Питать усилитель
Рис. 3.26. Принципиальная схема усилителя мощностью 5,5 Вт
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
85
Рис. 3 27. Печатная плата
Рис. 3.28. Сборочный рисунок
лучше всего от источника напряжением 15 В Его можно сконст-
руировать по любой распространенной в радиолюбительской ли-
тературе схеме со стабилизацией напряжения Важно, чтобы ис-
точник питания имел достаточный запас по мощности. Микросхе-
му DA1 желательно установить на радиатор площадью не менее
400 см2 (ориентировочно размеры радиатора должны быть при-
мерно 100 х 150 см, с высотой ребер около 15 мм). При необходи-
мости можно сделать две идентичные платы, и тогда усилитель
станет стереофоническим Обе микросхемы можно установить на
общий радиатор удвоенной площади, без изоляции. Электролити-
ческие конденсаторы желательно применить с номинальным на-
пряжением не ниже 25 В.
Проверить работоспособность усилителя также несложно —
вполне достаточно, поставив движок резистора R1 в среднее поло-
жение, коснуться пальцем входного контакта, связанного с левым
(по схеме) выводом конденсатора С1. Если динамик воспроизве-
дет дребезжание фона переменного тока, все в порядке.
Для изготовления этого УНЧ можно использовать и другие ана-
логичные микросхемы, приведенные в табл. 3.6. Все микросхемы
имеют один и тот же корпус, поэтому печатная плата подойдет для
любой из них без доработки. А вот параметры немного отличаются.
Еще одни одноканальный вариант усилителя небольшой мощ-
ности можно построить на микросхеме TDA2030 (отечественный
аналог К174УН19). Следует сразу обратить внимание читателя на
86
Глава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
Таблица 3.6. Аналоги микросхемы TDA2003
Тип Напряжение литания. В Потр. ток, мА Частотный диапазон Вых. мощн., Вт К. гарм., %
min max
L142 8 40 20 40...20 000 20 0,2
LM383 5 22 45 40...20 000 7 0,2
TDA1410H 8 36 20 40...20 000 16 0,2
TDA1420H 8 44 20 40...20 000 30 0,2
TDA2002 8 18 45 40...20 000 8 0,2
TDA2008 8 18 65 40...20 000 12 0,5
ULN3701Z 8 18 45 35...20 000 10 0,1
ULN3702Z 8 26 80 35...20 000 12 0,1
ULN3703Z 8 18 44 35...20 000 10 0,1
UPC2002 8 18 55 40. .20 000 9 0,2
то, что микросхема с индексом «М» (TDA2030M) специально пред-
назначена для мостового включения, о котором мы поговорим чуть
позже. Остальные индексы относятся к микросхемам обычного
применения. Кстати, они также могут работать в мостовом вклю-
чении. От предыдущей микросхемы ее отличает возможность рабо-
ты с двуполярным напряжением, что позволяет не устанавливать
конденсатор большой емкости на выходе УНЧ. Тем не менее, при
однополярном питании эта микросхема тоже будет работать.
Основные параметры микросхемы TDA2030 приведены в
табл. 3.7. Микросхема представляет собой УНЧ с устройством за-
щиты от короткого замыкания в нагрузке и перегрева. Термоза-
щита срабатывает при температуре 105 С.
Наиболее простая схема включения TDA2030 показана на
рис. 3.29. Она представляет собой немного модернизированный
вариант типового включения микросхемы. С помощью этого уси-
лителя можно получить выходную мощность 12... 14 Вт. Конденса-
тор С1 — разделительный. Резистор R2 осуществляет регулировки
громкости. Конденсатор С2 защищает от проникновения на вход
УНЧ высокочастотных наводок. Усиление задается резисторным
делителем R5, R4. В данной схеме усиление составляет 27 дБ. Его
можно изменить подбором резистора R5. Диоды VD1, VD2 защи-
щают выход микросхемы от перенапряжений, создаваемых индук-
тивным сопротивлением динамической головки ВА1. Назначение
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
87
Таблица 3.7. Основные параметры микросхемы TDA2030
Параметр технических условий Мин. Норма Макс. Ед. изм.
Напряжение питания ±6 — ±18 В
Ток потребления в режиме покоя — 40 60 мА
Выходная мощность (нагрузка 4 Ом) 12 14 — Вт
Выходная мощность (нагрузка 8 Ом) 8 9 — Вт
Диапазон воспроизводимых частот 40 — 15 000 Гц
Нелинейные искажения (при РЕт = 12 Вт) — 0,2 0.5 %
Входное сопротивление 0,5 5,0 — МОм J
цепочки С6, R6 нам уже известно. Конденсаторы С4, С5, С7,
С8 — фильтр напряжения питания.
В конструкции использованы стандартные электронные ком-
поненты. Номинальное напряжение электролитических конденса-
торов — не менее 50 В. Резистор R6 — мощностью 1 Вт. В качест-
ве диодов VD1 и VD2 подойдут любые из серий 1N4001 — 1N4007,
а также отечественные типа КД212, КД247, КД213. Электролити-
ческие конденсаторы — типа К50-35, К50-68 или импортные.
Микросхему DA1 нужно установить на радиатор площадью не ме-
нее 400 см .
Печатная плата УНЧ показана на рис. 3.30, а «сборка» — на
рис. 3.31. Настраивать усилитель не нужно — при исправных дета-
лях он должен сразу же заработать.
Рис. 3.29. Принципиальная схема усилителя мощностью 12 Вт
88
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
37,5
Рис. 3.30. Печатная плата
Рис. 3.31. Сборочный рисунок
Умощнить усилитель почти в три раза позволит включение в
его достав двухтактного комплиментарного каскада на составных
транзисторах BD907 и BD908. Схема этого УНЧ показана на
рис 3.32. От предыдущей ее отличает не только повышенная мощ-
ность, но и возможность питания от однополярного источника
напряжением 35 В. Искусственная «средняя точка» задается на
VD1, VD2 1N4001
VT1 BD908
Рис. 3.32. Принципиальная схема усилителя мощностью 30 Вт
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека 89
входе микросхемы DA1 (вывод «1») резисторным делителем R2,
R4. Резистор R3 передает потенциал, равный половине напряже-
ния питания, на вход Конденсатор СЗ — блокировочный. По-
скольку схема питается от однополярного источника, пришлось
ввести разделительный конденсатор С9 на выходе микросхемы.
Других особенностей усилитель не имеет.
Собран усилитель на печатной плате, показанной на рис. 3.33
по «сборке» рис. 3.34 Транзисторы VT1 и VT2 можно использо-
вать отечественные типа КТ825 и КТ827. Микросхему DA1 и
транзисторы VT1, VT2 необходимо установить на радиатор площа-
дью не менее 600 см2. Кроме того, оба транзистора и микросхема
50
Рис. 3.33. Печатная плата
Рис. 3.34. Сборочный рисунок
90
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
устанавливаются на радиатор через электроизоляционные тепло-
проводящие прокладки Можно использовать удобные прокладки
фирмы «Номакон», которые продаются в радиомагазинах.
Усилитель в настройке нс нуждается
Последняя конструкция с микросхемой TDA2030 называется
мостовой схемой включения (рис. 3.35). Устроена мостовая схема
очень просто: динамический излучатель ВА1 подключается к вы-
ходам двух идентичных микросхем DA1 и DA2. На прямой вход
одной из них (вывод «1» DA1) подается звуковой сигнал от обыч-
ного источника, а на инвертирующий вход второй (вывод «2»
DA2) — с выхода первой микросхемы. Тогда, если напряжение на
первом выходе (вывод «4» DA1) будет повышаться, на втором (вы-
вод «2» DA2) оно автоматически снизится. Этот способ позволяет
С6, С7 0,22мк
VD1—VD4 1N4001
Рис. 3.35. Принципиальная схема мостового усилителя мощностью 30 Вт
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека 91
как бы в два раза увеличить амплитуду напряжения на контактах
динамической головки без увеличения напряжения питания.
Мостовая схема получила широкое распространение в технике
УНЧ не так давно. В основном ее можно встретить в схемотехнике
автомобильных магнитол — там, где напряжение бортовой сети
невелико (12... 14 В), а потребитель желает иметь достаточные за-
пасы по мощности.
Схема, приведенная на рис. 3.35, рассчитана на подключение
акустического агрегата с сопротивлением 8 Ом. Чем грозит под-
ключение «акустики» с таким сопротивлением к ранее приведен-
ным схемам9 Снижением выходной мощности в 2 раза. А мосто-
вая схема позволяет сохранить выходную мощность!
Собрать мостовой УНЧ можно на печатной плате рис. 3.36 по
«сборке» рис. 3.37. Микросхемы DA1 и DA2 нужно установить в
общий радиатор площадью не менее 600 мм2 с ребрами Изолиро-
вать микросхемы от радиатора не нужно. Питается усилитель од-
нополярным напряжением 27...30 В.
Аналоги микросхемы TDA2030 приведены в табл. 3 8
Таблица 3.8. Аналоги микросхемы TDA2030
Тип Напряжение питания, В Потр. ток, мА Частотный диапазон Вых. мощн., Вт К. гарм., %
min max
А2030 ±6 ±18 60 30...20 000 16 0,25
К174УН19 ±6 ±18 56 30. .20 000 15 0,1
К174УН30 ±6 ±18 90 40...2G 000 32 0,5
К174УН31 ±6 ±18 70 40...20 000 20 0,5
L165 ±6 ±18 60 30...20 000 12 0,1
LM1875 ±6 ±18 60 30...20 000 16 0,1
TDA2006 ±6 ±15 12 20...20 000 12 0,2
TDA2040 ±6 ±20 45 40...20 000 22 0,5
TDA2050 ±2,5 ±25 55 40...20 000 35 0,5
UPC1238 ±6 ±28 60 30 .20 000 16 0,1
Простой мостовой усилитель для озвучивания комнаты можно
построить на основе всего лишь одной микросхемы TDA2005.
92
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
В составе этой микросхемы имеется два идентичных усилительных
канала. Питается она однополярным напряжением и позволяет
включать нагрузку сопротивлением 4 Ом, а размещена в корпусе
типа Multiwatt 11. Параметры микросхемы приведены в табл. 3.9
Принципиальная схема мостового УНЧ показана на рис. 3.38.
Входной сигнал через разделительные конденсаторы Cl, С2 и ре-
гулятор громкости R1 поступает на вывод «1» микросхемы DA1
(прямой вход первого канала). На инверсный вход второго канала
(вывод «4») сигнал через резистор R3 поступает из цепи обратной
связи первого канала (элементы R2, R4, С4). Цепь обратной связи
второго канала — элементы С5, R5.
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
93
Таблица 3.9. Основные параметры микросхемы TDA2005
Параметр технических условий Мин. Норма Макс. Ед. изм.
Напряжение питания 8 — 18 В
Ток потребления в режиме покоя — 75 150 мА
Выходная мощность (нагрузка 4 0м) 18 20 — Вт
Диапазон воспроизводимых частот 20 < 20 000 Гц
Нелинейные искажения (при Рвых = 15 Вт) — — ' 1,0 %
Входное сопротивление 70 — — кОм
R5 2к
Рис. 3.38. Принципиальная схема мостового УНЧ на микросхеме TDA2005
Собрать усилитель можно на печатной плате рис. 3.39 по
«сборке» рис 3.40 Разместить микросхему нужно на радиаторе
площадью не менее 500 см В наладке УНЧ также не нуждается.
Аналоги микросхемы TDA2005 приведены в табл. 3.10.
Таблица 3.10. Аналоги микросхемы TDA2005
Тип Напряжение питания, В Потр. ток, мА Частотный диапазон Вых. мощн, Вт К. гарм., %
min max
А2000 4 18 30 40...20 000 6,25 0,25
А2005 4 18 75 40...20 000 6,5 0,22
DBL1032 8 18 65 35...20 000 10,0 0,2
LM2005 8 18 65 35...20 000 10,0 0,2
TDA2004 8 18 65 35 .20 000 10,0 0,2
UPC2005 8 18 65 40...20 000 9,5 0,2
94
Гпава 3 Дискотека без усилителя — не дискотека
52,5
Рис. 3.39. Печатная плата
Рис. 3.40. Сборочный рисунок
3.4. Несложные УНЧ для маленького зала
Необходимость озвучивания небольшого зала обычно встает
тогда, когда вместе собирается 30—50 человек. Это может быть ра-
бочий корпоративный праздник, школьная дискотека в сельском
клубе, мероприятие в детском лагере отдыха и многое-многое дру-
гое. В таком случае нам едва ли удастся обойтись переносным
магнитофоном — слишком мала его выходная мощность. Подой-
дут лишь мощные музыкальные центры или блоки стационарной
аппаратуры — усилитель, акустические агрегаты. Диапазон выход-
ной звуковой мощности здесь ориентировочно лежит в пределах
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
95
30... 150 Вт, и именно на этот диапазон должны быть рассчитаны
как покупные, так и самодельные усилители.
Первая конструкция усилителя для небольшого зала, предла-
гаемая читателям, реализована на микросхеме TDA1514. Этот про-
стой и надежный усилитель имеет низкий уровень нелинейных
искажений вплоть до значения номинальной выходной мощности,
встроенную защиту от перегрева. Большим достоинством УНЧ яв-
ляется наличие схемы задержки включения выходных каскадов,
что позволяет избавиться от «хлопка» в акустических агрегатах при
включении усилителя. Микросхема TDA1514 выпускается в кор-
пусе SOT131-2 с 9-ю выводами Основные параметры микросхемы
приведены в табл. 3.11.
Таблица 3.11. Основные параметры микросхемы TDA1514
Параметр технических условий Мин. Норма Макс. Ед. изм.
Напряжение питания ±10 — ±30 В
Ток потребления в режиме покоя — 56 — мА
Выходная мощность (нагрузка 4 Ом) — 48 — Вт
Диапазон воспроизводимых частот 20 — 25 000 Гц
Нелинейные искажения (при РВЬ1Х = 32 Вт) — — 1,0 %
Входное сопротивление 1 — — МОм
Принципиальная схема УНЧ мощностью 45 Вт на основе этой
микросхемы показана на рис. 3.41. Входной сигнал через раздели-
тельные конденсаторы С1 и С2, регулятор громкости R1 поступает
на вход микросхемы DA1 (вывод «1»), Элементы R3, СЗ защища-
ют вход УНЧ от внеполосных высокочастотных наводок. Резисто-
ры R2, R4 задают коэффициент усиления. Элементы R5, С6 под-
ключены к выводу микросхемы, управляющему схемой «mute», то
есть задают время включения выходных каскадов. Элементы R6,
R7, С7 образуют так называемую «вольтодобавку», которая добав-
ляет питание выходному каскаду на пиках мощности. Конденсато-
ры С5, С6, С9 — элементы фильтра напряжения питания (блоки-
ровочные емкости).
Собрать усилитель можно на плате рис 3 42 с помощью «мон-
тажки» рис. 3 43. Микросхему необходимо установить на ребре-
ный радиатор площадью не менее 600 см2. В настройке усилитель
96
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
С5
С4 0,47мк
HI-
^-UnHT
Рис. 3.41. Принципиальная схема УНЧ мощностью 45 Вт
Рис. 3.43. Сборочный рисунок
не нуждается и при исправных компонентах должен сразу же на-
чать работу. Если возникнет необходимость использования аку-
стического агрегата ВА1 с сопротивлением 8 Ом, сопротивление
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека 97
резистора R6 необходимо увеличить до 150 Ом, а сопротивление
R7 — до 82 Ом.
Следующая конструкция УНЧ для небольшого зала спроекти-
рована на основе микросхемы TDA8560Q (полный аналог
TDA8563Q). В этой микросхеме имеется два канала, собранных по
мостовой схеме, поэтому возможно подключить этот УНЧ к сте-
реофоническому источнику сигнала. И, что немаловажно, каналы
усилителя могут работать на нагрузку 2 Ом, то есть с соединенны-
ми параллельно двумя динамическими головками по 4 Ом, или
четырьмя «динамиками» по 8 Ом. При однополярном питании
14,4 В этот УНЧ может развивать мощность 40 Вт по каждому ка
налу (нагрузка 2 Ом) или 25 Вт (нагрузка 4 Ом). В этом случае
гармонические искажения достигнут 10 %. Максимальная же вы-
ходная мощность, при которой коэффициент гармоник не будет
превышать 0,5 %, составляет 25 Вт. Микросхема выпускается в
корпусе SOT141-6. Основные параметры приведены в табл. 3.12.
Таблица 3.12. Основные параметры микросхемы TDA8560Q
Параметр технических условий Мин. Норма Макс. Ед. изм.
Напряжение питания 6,0 14,4 18,0 В
Ток потребления в режиме покоя — 115 — мА
Выходная мощность (нагрузка 2 Ом) — 2x40 — Вт
Выходная мощность (нагрузка 4 Ом) — 2x25 — Вт
Диапазон воспроизводимых частот 25 — 20 000 Гц
Входное сопротивление 25 30 38 кОм
Усилитель, построенный на основе этой микросхемы, обладает
тремя интересными дополнительными функциями, с которыми по
ходу этой книги мы встречаемся впервые. Устройства, встроенные
в микросхему TDA8560Q, позволяют реализовать для УНЧ сигна-
лизацию о перегрузке, о перегреве, а также переводить микросхе-
му в режим «mute» (молчание), при котором приостанавливается
работа выходного каскада, связанного с нагрузкой. Для сигнализа-
ции о перегрузке (режим работы, в котором выходная мощность
УНЧ превышает допустимый предел) и о перегреве предусмотрен
вывод 12, а для перевода в режим «mute» — вывод 11. Сигнал низ-
кого уровня на выводе 12 свидетельствует о выходе режима работы
98
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
микросхемы из номинального, а подача сигнала низкого уровня
на вывод 11 (относительно общего провода) переводит УНЧ в ре-
жим «mute».
Практическая схема УНЧ с максимальной мощностью 40 Вт
приведена на рис. 3.44 Входной сигнал через разделительные кон-
денсаторы С1, СЗ, С5, С6 поступает на входы микросхемы (выво-
ды «1» и «3»). Регулировка громкости в обоих каналах одновре-
менно осуществляется сдвоенным переменным резистором R1.
Вывод «2» микросхемы DAI — так называемая «signal ground»
(сигнальная земля) — это «общий провод» для обеих входов УНЧ.
Его следует отличать от выводов «5» и «8» — «power ground» (пи-
тающая земля) — предназначенных для замыкания токов источни-
ка питания. Сделано такое разделение ради того, чтобы падение
напряжения на шине сигнальной земли не оказывало влияния на
входной сигнал. Но эти «земли» все же должны быть связаны друг
с другом, и для связи введена цепь С2, R2.
Цагрузка в виде динамических головок подключается к выво-
дам «4» и «6», а также к «9» и «7». На транзисторе VT1 собрана
Рис. 3.44. Принципиальная схема двухканального УНЧ мощностью 2 х 40 Вт
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
99
схема, устраняющая хлопок в динамиках при включении УНЧ.
Как известно, при включении все внутренние каскады усилителя
не сразу приходят к своему стабильному состоянию — этому пред-
шествует трудно контролируемый переходный процесс. Поэтому
разумно включить выходной каскад УНЧ только после того, как
усилитель «успокоится». Здесь использована замечательная воз-
можность режима «mute». При включении база транзистора VT1
оказывается «притянутой» к общему проводу схемы (питающая
земля) низким сопротивлением конденсатора С4, который в этот
момент разряжен Транзистор VT1 в начальный момент времени
закрыт, на выводе 11 присутствует низкий уровень сигнала. Кон-
денсатор С4 начинает заряжаться через резистор R3, и транзистор
VT1 постепенно открывается. Эмиттер приобретает потенциал пи-
тающего напряжения, на вывод 11 подается высокий уровень на-
пряжения, выходной каскад микросхемы подключается к осталь-
ной схеме усилителя.
На транзисторе VT2 собрана схема индикации перегрузки и
перегрева. Это — обычная ключевая схема, зажигающая светодиод
при возникновении аварийной ситуации. Вместо светодиода мож-
но включить другую схему (звуковую, исполнительную), позво-
ляющую быстро принять решение, устраняющее аварию, к приме-
ру, снизить громкость или отключить УНЧ, пока он не остынет
Интересным вариантом может стать схема автоматического
принятия решения при аварийном случае. Для этого нужно ис-
ключить «навески» на транзисторах VT1 и VT2, выводы 11 и 12 —
замкнуть, «притянув» их к напряжению питания резистором со-
противлением 10 кОм. Тогда выходной каскад будет автоматиче-
ски отключаться при перегреве или перегрузке.
Усилитель собран на печатной плате рис. 3 45. Руководство-
ваться при сборке нужно рис. 3.46. Требования к радиоэлемен-
там — стандартные. На замену транзисторов VT1 подойдут им-
портные BD548, BD547; на замену VT2 — BD558, BD557. Свето-
диод — любой, имеющийся под рукой. Лучше, если он будет
красного цвета. Питание усилителя — 14 В Микросхему DA1 не-
обходимо установить на радиатор площадью не менее 600 мм2.
При использовании УНЧ в долговременном режиме, близком к
максимуму выходной мощности, радиатор желательно принуди-
тельно обдувать. От том, как это сделать, пойдет речь ниже.
100
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
Рис. 3.45. Печатная плата
ВАЗ, ВА1
ВА4 ВА2
Рис. 3.46. Сборочный рисунок
В налаживании УНЧ не нуждается и при исправных деталях,
а также безошибочном монтаже сразу начнет работать.
Последняя схема УНЧ для небольшого зала построена на ос-
нове микросхемы TDA8571J (полностью совместимый аналог —
TDA8568Q). Эта микросхема по своим параметрам в значитель-
ной степени близка к предыдущей TDA8560Q, но есть и сущест-
венное отличие — УНЧ, построенный на ее основе, будет иметь
не два, а четыре независимых усилительных канала Зачем может
понадобиться четыре канала, когда обычная стереофоническая
система воспроизведения звука имеет только два канала. Ситуа-
ция, когда в наличии имеется достаточно много маломощных
акустических агрегатов, не так уж и редка. Тем не менее, с их по-
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
101
мощью озвучить зал можно, если каждый агрегат будет иметь
свой тракт усиления мощности. Иными словами, сигнал может
быть поделен не на выходе усилителя, а уже на его входе. Соот-
ветственно будет поделена и выходная звуковая мощность. А в
сумме мы получим то, что надо.
Кстати, делить мощность между акустическими агрегатами
предпочтительнее еще вот по какой причине: в этом случае «ко-
лонки», расставленные по залу, придадут больше объемности зву-
ку, равномерно распределят его в пространстве. Идея деления
мощности известна с очень давних времен, но она всегда счита-
лась трудно реализуемой из-за необходимости иметь несколько
усилительных трактов вместо одного. Сегодня, в связи с широким
распространением интегральных микросхем, она прочно утверди-
лась в электроакустической технике. Особый класс акустических
агрегатов, построенных на этом принципе — кроссоверы — можно
купить практически везде. Пример простейшего кроссовера: аку-
стическая мультимедийная компьютерная система, имеющая
встроенный блок питания и подключаемая к линейному выходу
звуковой карты. При желании кроссовер можно изготовить само-
му, и этим мы займемся в последующих главах. А сейчас вернемся
к четырехканальному УНЧ.
Внутри микросхемы имеется четыре идентичных канала уси-
ления, выполненных по мостовой схеме. Встроенные устройства
защиты и сигнализации позволяют реализовать режимы mute,
бесперегрузочное включение выходных каскадов, сигнализацию
о перегрузке, о коротком замыкании нагрузки хотя бы в одном
из каналов, и о перегреве (превышение температуры кристалла
выше 145 °C). Для реализации режима mute предназначен вывод
«15» (mode), а для сигнализации об аварийных режимах — вы-
вод «9» (diag). При возникновении аварийных режимов усили-
тель переходит в состояние mute, отключает выходные каскады
и ожидает снятия аварийной ситуации. Микросхема выпускается
в корпусе SOT411-1. Основные параметры TDA8571J приведены
в табл. 3.13.
Принципиальная схема УНЧ на основе этой микросхемы по-
казана на рис. 3.47. На микросхеме DA1 построен каскад повтори-
телей с высоким входным сопротивлением. Эта микросхема по-
зволяет стать усилителю универсальным, то есть использовать его
в четырех-, в двух- и даже в одноканальном варианте. Чтобы пере-
102
Глава 3 Дискотека без усилителя — не дискотека
DA1 КР1401УД2А
Рис. 3.47. Принципиальная схема четырехканального УНЧ
мощностью 4 х 40 Вт
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
103
Таблица 3.13. Основные параметры микросхему TDA8571J
Параметр технических условий Мин. Норма Макс. Ед. изм
Напряжение питания 6,0 14,4 18,0 В
Ток потребления в режиме покоя — 200 — мА
Выходная мощность максимальная — 2x40 — Вт
Выходная мощность (Кг < 10 %) 4x21 4 х 26 — Вт
Диапазон воспроизводимых частот 20 — 25 000 Гц
Входное сопротивление 25 30 38 кОм
вести УНЧ в двухканальный режим, необходимо попарно объеди-
нить неинвертирующие выводы DA1.1 и DA1.2, а также DAI.3 и
DA1.4 (естественно, до разделительных конденсаторов С2—С5).
В одноканальном же варианте объединяются все четыре вывода.
Если микросхема DA1 будет отсутствовать, в одноканальном
включении входное сопротивление УНЧ снизится до 6 5 кОм
(в расчет принято минимальное входное сопротивление одного
канала), а это для высококачественных усилителей величина со-
всем скромная.
Микросхема DA1 использована в однополярном включении.
Резисторы R2—R5 задают на выводах «I», «7», «8», «14» половину
питающего напряжения. Резисторы R1 и R6 с фильтрующим кон-
денсатором С1 служат для фиксации этого опорного напряжения.
Элементы R7, VD1, С6 образуют цепь бесперегрузочного включе-
ния УНЧ (режим mute). На элементах R9, RIO, Rll, VT1, HL1 по-
строен каскад индикации аварийных режимов Конденсатор
С12 — блокировочный по питанию DA1, конденсаторы CI3 и С14
блокируют наводки по напряжению питания для всего УНЧ. Цепь
R8, СИ развязывает «силовую» и «сигнальную» общие шины схе-
мы. Регулятор громкости на плате отсутствует, и при необходимо-
сти его можно будет смонтировать отдельно, естественно, учиты-
вая вариант включения усилителя.
Смонтирован УНЧ на плате рис. 3.48 по сборочной «шпаргал-
ке» рис. 3.49. При изготовлении платы все печатные проводники
нужно стремиться сделать с максимальной шириной. Вместо ОУ
КР1401УД2А можно использовать любой подходящий счетверен-
ный операционный усилитель. При этом, возможно, потребуется
104
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
70
Рис. 3.48. Печатная плата
ВА1
ВА2
Вход 2
Вход 1
Общий +ипит
Рис. 3.49. Сборочный рисунок
поменять местами проводники питания (по крайней мере, для ОУ
LM324 это сделать придется). Доработать плату можно объемными
перемычками. Микросхему DA2 нужно обязательно установить на
радиатор площадью не менее 600 см2. При установке желательно
использовать теплопроводящую пасту КТП-8. Собранный усили-
тель в налаживании не нуждается.
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека 105
3.5. Усилители для большого зала
Самая ответственная и наиболее сложная задача — озвучить
зал, в котором проходит, например, общешкольный праздничный
вечер. Для проведения такого вечера, как правило, отводится
большой актовый зал, в котором собирается 100—200 человек. Со-
бравшись вместе, люди не имеют обыкновения молчать. Пред-
ставьте, что шум разговоров может заглушить музыку. Вообще не-
писанные правила дискотеки предполагают, что музыка должна
ощущаться не только слухом, но и немного — телом. Осязательно
обычно воспринимаются низкие частоты (ритм барабанов, напри-
мер). Расслышать голос соседа при таком уровне громкости музы-
ки возможно, если значительно повысить голос. Именно такие ус-
ловия проведения дискотеки настолько нравятся молодому поко-
лению, насколько раздражают поколение пожилое. Но, как
говорится, каждому возрасту присущи свои достоинства и недос-
татки. Важно быть терпимыми друг к другу.
Этот раздел посвящен конструированию двух мощных усили-
телей низкой частоты. Первый, построенный на микросхемах,
обеспечит максимальную выходную мощность 180 Вт на нагрузке
8 Ом, а второй, транзисторный, сможет «выдать» 300 Вт на нагруз-
ке 4 Ом. Необходимо сразу предупредить, что в финансовом плане
обойдутся эти УНЧ недешево. Более того, эти усилители требуют
подключения к мощной нагрузке (читайте — к акустическому аг-
регату), которая даже при самостоятельном изготовлении потребу-
ет ощутимых денежных затрат. Поэтому, прежде чем взяться за ра-
боту, оцените свои возможности: быть может, администрация
школы, ВУЗа, предприятия, базы отдыха приобретет готовый ком-
плект аппаратуры, и вам не придется решать задачу самостоятель-
но. Ну а если таких возможностей нет, тогда действуйте сами!
Надо сказать, что старшее поколение тоже любит танцевать,
сделав громкость музыки тише, лиричнее, спокойнее. Для прове-
дения вечера с названием «для тех, кому за...», достаточно иметь
сконструированный усилитель из предыдущего раздела. Его мощ-
ность вполне удовлетворит собравшихся. А для молодежного вече-
ра не обойтись без конструкции помощнее.
Где еще может понадобиться мощный усилитель? На открытой
танцевальной площадке, где нет стен, отражающих звук и возвра-
щающих его к слушателю. Лет тридцать-сорок назад открытые
106 Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
танцплощадки были в нашей стране очень популярны, теперь же
их почти не встречается.. Однако совсем не так обстоят дела за
пределами нашего отечества. Например, в ночном Париже можно
встретить танцующих под открытым небом. В черте города, на бе-
регу Сены, вдали от жилых построек, есть местечко, куда собира-
ются люди потанцевать. Бетонная площадка, скамеечки по пери-
метру, акустические агрегаты, усилитель, магнитофон — вот и все,
что здесь есть. Никакого забора, охраны, никого, кто пришел сюда
устроить драку... Люди, собравшиеся со всего города, приехавшие
на дорогих лимузинах и простых велосипедах, танцуют на откры-
том воздухе, отдыхают в доброжелательной атмосфере. Звучат
всем знакомые мелодии, разрезают воды Сены горящие огонька-
ми прогулочные пароходики, видна сверкающая вспышками Эй-
фелева башня. Здесь тепло не только потому, что лето...
Но вернемся к технике. Схема первого варианта усилителя по-
казана на рис. 3.50. Этот усилитель построен по мостовой схеме на
двух микросхемах TDA7294 и питается двуполярным напряжени-
ем, при питании ±25 В он обеспечивает на нагрузке 8 Ом выход-
ную мощность 150 Вт, при ±40 В и Кг = 10 % — предельно воз-
можную мощность 220 Вт. Конечно, эксплуатировать усилитель в
этом предельном режиме нельзя.
Основные технические данные микросхемы TDA7294 приведе-
ны в табл. 3.14.
Таблица 3.14. Основные параметры микросхемы TD7294
Параметр технических условий Мин. Норма Макс. Ед. изм.
Напряжение питания ±10 — ±40 В
Ток потребления в режиме покоя 20 30 60 мА
Выходная мощность (Цпит = +35 В, Кг = 0,5 %, нагрузка 8 0м) 60 70 — Вт
Выходная мощность (1/пит = ±27 В, Кг = 0,5 %, нагрузка 4 0м) 60 70 — Вт
Выходная мощность (1/пит = +38 В, Кг = 10 %, нагрузка 8 Ом) — 100 — Вт
Выходная мощность (1/пит = ±29 В, Кг = 10 %, нагрузка 4 Ом) — 100 — Вт
Диапазон воспроизводимых частот 20 — 20 000 Гц
Входное сопротивление 100 — — кОм
Мостовая схема позволяет увеличить выходную мощность на
50 % при питании напряжением ±25 В даже на нагрузке 8 Ом. По-
строен усилитель следующим образом. Входной сигнал через раз-
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
107
Рис. 3.50. Принципиальная схема УНЧ мощностью 150 Вт
делительные конденсаторы С1 и С2, а также регулятор громкости
R1 поступает на вход микросхемы (вывод «3») DA1. Этот вывод
является прямым (неинвертирующим). Усиление микросхемы
DA1 задается элементами R7, R8, а усиление микросхемы DA2 —
элементами R9, R10. К выходным каскадам микросхем (вывод
«14») подключена нагрузка — акустический агрегат. С помощью
резистора R11 задается входной сигнал на инвертирующем входе
микросхемы DA2 (вывод «2») Вывод «10» управляет режимом
«mute», а вывод «9» — режимом «stby». Эти режимы очень похожи
друг на друга, но отличие все же имеется. В режиме «mute» вход-
ной каскад УНЧ отключается от вывода «3» и подключается к об-
щему проводу. В режиме «stby» отключаются как входные, так и
выходные каскады УНЧ. Для бесперегрузочного включения УНЧ в
108
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
схему введены цепи R3, R5, VDl, С5, а также R2, СЗ. При вклю-
чении УНЧ вначале отключается режим «stby» (высокий уровень
поступает на вывод «9»), затем — режим «mute» (высокий уровень
на выводе «10»). Конденсаторы С6 и С8 совместно с элементами
внутренней схемы образуют узел вольтодобавки (bootstrap-схема),
позволяющий «вытянуть» кратковременные пики сигнала, при ко-
торых превышается номинальная мощность. Конденсаторы С7,
С7, СЮ, СИ — блокировочные по напряжению питания. В мик-
росхеме также имеются схемы защиты от перегрева и от перегруз-
ки выходного каскада по току.
Печатная плата усилителя показана на рис. 3.51, а собрать его
поможет рис. 3.52. При изготовлении печатной платы нужно по-
стараться сделать токоведущие дорожки шин питания, общего
100
Рис. 3.51. Печатная плата
ВА1
+ипит
Общий
-Опит
Рис. 3.52. Сборочный рисунок
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
109
провода и выходов УНЧ максимально возможной ширины. А еще
лучше дополнительно напаять на них луженый медный провод.
Тогда искажения, вносимые падением напряжения на активном
сопротивлении проводников, станут меньше.
Достаточно серьезное внимание следует уделить охлаждению
микросхем DA1 и DA2. Их необходимо установить на общий ра-
диатор площадью около 800 см2. Место под установку микросхем
должно быть ровным, без вмятин. Перед установкой на это место
нужно нанести теплопроводяшую пасту КПТ-8, а также с макси-
мально возможным усилием затянуть крепежный винт.
А теперь приступим к изготовлению последнего — самого
мощного — УНЧ. Этот усилитель на нагрузке 4 Ом способен «вы-
дать» 300 Вт мощности, что позволит использовать его для озвучи-
вания практически любых мероприятий. Этот транзисторный
УНЧ, разработанный Энтони Холтоном, прост в построения и на-
дежен, что выгодно отличает его от большинства аналогичных
схем, которые можно найти в радиолюбительской литературе или
«скачать» из Интернета. Самое главное преимущество состоит в
использовании на выходе УНЧ полевых транзисторов MOSFET,
обладающих повышенным быстродействием по сравнению с мощ-
ными биполярными транзисторами. Высокое входное сопротивле-
ние транзисторов MOSFET позволяет исключить традиционный
предоконечный каскад токового усиления, обычно выполняемый
на биполярных составных транзисторах. Также полевые транзи-
сторы можно включать без токовыравнивающих резисторов в си-
ловых цепях.
Входной сигнал через разделительный конденсатор Cl и рези-
стор Rl попадает на базу транзистора VT2. На транзисторах VT1,
VT2, VT4, VT5 построен дифференциальный каскад с источником
тока на транзисторе VT3. Второй дифференциальный каскад на
транзисторах VT6 и VT8 «работает» непосредственно на затворы
выходных транзисторов VT1I— VT18. Транзисторы VT7, VT9 обра-
зуют токовое зеркало, а транзистор VT10 задает ток покоя УНЧ,
устраняя искажения типа «ступенька». Величину тока покоя мож-
но регулировать резистором R17. Сигнал обратной связи через ре-
зистор R23 поступает на базу транзистора VT5 первого дифферен-
циального каскада. RC-цепи R21, С2 и R22, СЮ образуют фильт-
ры питания обоих дифференциальных каскадов. Конденсаторы
С13 и С14 фильтруют помехи по шинам питания всего усилителя.
110
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
R10 Юк
Рис. 3.53. Принципиальная схема УНЧ мощностью 300 Вт
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
111
50
Рис. 3.54. Печатная плата
112
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
Рис. 3.55. Сборочный рисунок
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека 113
Перемычка Л в нормальном режиме работы усилителя должна
быть установлена. Ее снимают только при настройке, включая в
разрыв амперметр и устанавливая ток покоя УНЧ (в отсутствии
сигнала на входе) порядка 200...250 мА.
Печатная плата показана на рис. 3.54, «сборка» — на рис. 3.55.
Токоведущие проводники, показанные на рисунке жирными ли-
ниями, необходимо при изготовлении платы сделать как можно
шире. Лучше всего усилить их напайкой поверх «дорожек» луже-
ного медного провода. Транзисторы VTll, VT13, VT15, VT17 уста-
навливаются на радиатор с ребрами, общей площадью 800 см То
же самое нужно проделать и с транзисторами VT12, VT14, VT16,
VT18. Эти радиаторы не должны соприкасаться друг с другом. Пи-
тается усилитель двуполярным напряжением ±70 В. В качестве пе-
ремычки Л может быть использован обычный кусочек медного
луженого провода — тогда его просто запаивают в отверстия. Но
можно поступить и более изящно: достаточно приобрести двух-
контактную клемму типа MKDS (эти клеммы, рассчитаны для
крепления проводов «под винт»). Тогда измерительный прибор
для установки тока покоя УНЧ окажется легче подключить. Кста-
ти, эти клеммы можно применить и для подвода остальных сигна-
лов, нужно лишь немного подкорректировать печатную плату.
3.6. Маленькие хитрости
Во всяком деле есть небольшие хитрости, которые помогают
более качественно решить ту или иную задачу. Как правило, эта
полезная информация приобретается опытным путем и затем не
раз выручает в трудной ситуации. В копилке автора имеется доста-
точно такой информации «из личного опыта». К месту будет поде-
литься некоторыми идеями с читателем.
3.6.1. Перегрелся УНЧ? Выручит вентилятор!
Интересно, а вы, уважаемый читатель, выступая в качестве ор-
ганизатора музыкального сопровождения праздничного вечера,
когда-нибудь оказывались в окружении коллег, сетующих на сго-
ревший от перегрева усилитель и безвозвратно испорченный
праздник? К счастью, автору в таком положении быть не доводи-
114
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
лось, но однажды он стал свидетелем выхода из строя аппаратуры
на школьной новогодней дискотеке, а также сопутствующих «доб-
рых» слов в адрес ди-джея. Поэтому в дальнейшем, когда ему по-
ручили обеспечить музыкой танцевальный вечер, пришлось при-
нять меры к обеспечению надежной работы техники. Происходи-
ло это примерно так.
В распоряжении школы имелся только один мощный усили-
тель типа «Бриг-001». После починки (которая длилась несколько
месяцев, поскольку обычно ремонтировали в конце 80-х гг. XX ве-
ка долго) и замены выходных транзисторов усилитель уже не вы-
ходил из строя, но при перегреве срабатывала тепловая защита и
«отрубала» УНЧ на несколько минут. Естественно, удовольствия
от таких перерывов никто не испытывал. Догадались ставить на
массивный радиатор миску со снегом, который потихоньку таял и
держал температуру радиатора в пределах допустимой (благо дис-
котеки проводились обычно в зимнее время). Конечно, кто-то вы-
нужден был отложить веселье и периодически ходить на улицу,
меняя растаявший снег на новый. Окончательно решить проблему
удалось простым способом: в одном из школьных кабинетов на-
шли бытовой вентилятор, пристроили его к усилителю и оставили
постоянно включенным. Так как аппаратура стояла на сцене, к
ней никто нс имел возможности подойти и случайно попасть ру-
кой под вращающиеся лопасти.
Чтобы читателю не выслушивать слова бесконечной благодар-
ности коллег по поводу сгоревшего усилителя в разгаре вечера,
лучше побеспокоиться заранее и обеспечить нормальный тепло-
вой режим УНЧ (при условии, что эту мощность гарантированно
выдержат акустические агрегаты). Во-первых, желательно «про-
гнать» УНЧ в режиме максимальной мощности несколько часов,
подав на его вход звуковой сигнал, убедиться, что он «держит» на-
грузку. Если условия не позволяют сделать это с реальными аку-
стическими агрегатами, можно воспользоваться резистором с со-
противлением 8 или 4 Ом (в зависимости от требуемой для усили-
теля величины), не забыв о допускаемой рассеиваемой мощности.
Во-вторых, лучше нс рисковать и установить вентилятор. Как это
сделать и какие типы вентиляторов использовать?
Конструкторы радиоаппаратуры за десятилетия выработали
оптимальный вариант построения усилителя, когда радиаторы, ох-
лаждающие транзисторы выходного каскада (или микросхему) ус-
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека 115
танавливаются на задней стенке усилителя (вариант с радиаторами
на боковых стенках встречается в автомобильной аудиоаппарату-
ре). Причем ребра радиатора ставятся вертикально для наилучше-
го конвективного отвода тепла. Кроме того, из физики известно,
что нагретый воздух стремится подняться кверху. С учетом этих
особенностей мы должны изготовить узел принудительного при-
точно-вытяжного охлаждения.
Такой узел показан на рис. 3.56 Он состоит из кожуха, на дне
которого установлен (в отверстии) вентилятор (или вентиляторы,
если их несколько). Кожух должен достаточно плотно прилегать к
радиатору. Сверху имеется щель для выхода нагретого воздуха. Из-
готовить такой кожух можно из листового железа, фанеры, стекло-
текстолита. В крайнем случае — из толстого картона. Места сты-
ков с тыльной стороны желательно промазать герметиком, венти-
ляторы установить на резиновые прокладки. Если корпус начнет
«звенеть» при работающем вентиляторе, необходимо будет закре-
пить дополнительные ребра жесткости на протяженных деталях
(например, приклеить алюминиевые уголки). Устанавливать вен-
тилятор нужно так, чтобы он забирал воздух снизу и выбрасывал
его на радиатор
Рис. 3.56. Узел принудительного приточно-вытяжного охлаждения
Теперь непосредственно о вентиляторах. В 80-х гг XX века
найти малогабаритный вентилятор было не так-то просто. Сего-
116
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
дня можно купить практически любой вариант — от миниатюрно-
го «кулера» для охлаждения процессора компьютера до гигантско-
го «приточника», нагоняющего воздух в шахту метрополитена. Что
подойдет для нашего случая? Во-первых, вентилятор от старого
компьютерного блока питания. Как правило, эти вентиляторы
достаточно «потрудились» и при включении издают неприятный
визг. Их можно разобрать и смазать. Можно также пойти в компь-
ютерный магазин и купить «кулер» для удаления тепла из корпуса
персонального компьютера. Эти вентиляторы, как правило, пита-
ются напряжением 12 В постоянного тока Лучше всего собрать
для них отдельный источник питания, чтобы не создавать помех
на малосигнальных каскадах УНЧ.
На радиолюбительских рынках достаточно часто встречаются
отечественные варианты вентиляторов, рассчитанные на питание
от сети 220 В 50 Гц. Выглядят они, конечно, менее эстетично, но
свою функцию выполняют не хуже зарубежных компьютерных со-
братьев. Один из таких вентиляторов, типа ВВФ-71М, показан на
рис. 3 57.
Рис. 3.57. Вентилятор типа ВВФ-71М
На что еще нужно обратить внимание при покупке вентилято-
ра? Встречаются малогабаритные варианты, работающие от трех-
фазной сети. Их, конечно, можно запустить и на однофазном на-
пряжении, но это потребует введения фазосдвигающего конденса-
тора и резко снизит производительность И уж совсем не подойдет
разновидность, питающаяся от напряжения частотой 400 Гц. Этот
вентилятор просто сгорит, если его питать от сети частотой 50 Гц.
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека 117
3.6.2. «Операционник» не проблема, но...
Ситуация, когда под рукой не окажется операционного усили-
теля, кажется невероятной — слишком прочно вошли эти элемен-
ты в нашу жизнь. И, тем не менее, бывают случаи, когда нужно
срочно поменять вышедший из строя ОУ, не имея ему вообще ни-
какой замены в виде микросхемы. На какое-то время можно
обойтись пятью транзисторами, из которых удастся составить уп-
рощенный вариант «операционника». Схема возможного варианта
ОУ из дискретных элементов показана на рис. 3.58. Она имеет ко-
эффициент усиления (в разомкнутом состоянии) порядка 700, мо-
жет быть включена как в прямом так и в инверсном варианте. Вы-
ходной ток схемы — не более 20 мА. Собрать ее можно на кусочке
картона.
Рис. 3.58. ОУ на дискретных элементах
3.6.3. Соединение по правилам
Ни для кого не секрет, что соединение блочной аппаратуры
между собой выполняется разъемным. Это очень удобно: скажем,
магнитофон можно подключить к разным усилителям, или кон-
кретную модель усилителя эксплуатировать с разными акустиче-
скими агрегатами. Так поступали разработчики аппаратуры 20 лет
назад, так поступают они и сейчас. Мало того, приняты правила
(и даже стандарты), предписывающие придерживаться определен-
118
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
ных законов выполнения разъемных соединений. Мы познако-
мимся с основными, наиболее часто встречающимися случаями.
Довольно старая (по сегодняшним меркам) отечественная и
импортная аппаратура оснащалась 5-контактным разъемом стан-
дарта DIN41524 (рис. 3.59). Согласно этому стандарту, данное
разъемное соединение можно использовать только для подключе-
ния сигнальных цепей (линейные выходы магнитофонов, проиг-
рывателей, CD-плееров), а также, в крайнем случае, выходов на
головные телефоны. Общий принцип подключения по этому
стандарту показан на рис. 3.60. Видно, что контакт «2» всегда яв-
ляется «общим», контакты «1» и «4» — входными, а «3» и «5» —
выходными. Корпус гнезда и круглый ободок вилки иногда дуб-
лируют «общий» контакт. Для головных телефонов разработан
стандарт DIN45327, разъемные соединения которого напоминают
предыдущий стандарт, но отличаются расположением контактов
(рис. 3.61). Яркий пример использования данных разъемов — оте-
чественный усилитель Орбита-101. В нем все сигнальные цепи
«заведены» на розетки типа DIN41524, а головные телефоны
можно подключить только к разъему типа DIN41527, располо-
женному на лицевой панели.
Рис. 3.59. Разъем стандарта DIN41524:
a — внешний вид; б — гнездо; в — вилка
Рис. 3.60. Подключение по стандарту DIN41524:
a — магнитофон; б — УНЧ
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
119
Рис. 3.61. Подключение по стандарту DIN41527
В современной малогабаритной аппаратуре (типа плееров, пе-
реносных CD проигрывателей) широко используется штекерный
(клинкерный) соединитель, часто называемый разъемом типа
«jack» («Джек»). Вилка этого соединителя имеет вид штыря с рас-
положенными на нем контактными кольцами (рис. 3.62). Диаметр
соединителей различен и составляет 6,3, 3,5, 2,5 мм. Различают
стереофоническое и монофоническое разъемное соединение. Под-
ключение к этому разъему показано на рис. 3.63. Этот разъем
можно использовать как для малосигнальных цепей, так и для го-
ловных телефонов.
а) стерео
б) моно
Рис. 3.62. Разъем типа «jack»
желтый
черный
синий
красный
Рис. 3.63. Подключение к разъему типа «jack»
Достаточно устаревший вариант, использовавшийся исключи-
тельно при подключении акустических агрегатов, показан на
рис. 3.64. Этот тип разъема соответствует стандарту DIN41529.
Применение этого соединителя в УНЧ с выходной мощностью бо-
лее 50 Вт не рекомендуется. В этих случаях обычно используют
120
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
общий
розетка сигнал
Рис. 3.64. Разъем акустического агрегата типа DIN41529
резьбовые соединения, при которых в УНЧ предусматриваются
клеммы-шпильки, а провода акустических агрегатов завершаются
наконечниками. Другой способ состоит в применении зажимных
соединений. Конструктивно они имеют подпружиненные «флаж-
ки» с контактными углублениями, в которые вставляются оголен-
ные части проводов. Пружина зажимает провода и образуется на-
дежное контактное соединение.
Наиболее популярный на сегодняшний день соединитель был
предложен американской фирмой RCA и по имени фирмы полу-
чил свое название (рис. 3.65). Довольно часто его называют разъ-
емом типа «колокольчик». Этот однополюсный разъем можно
встретить на магнитофонах, видеомагнитофонах, видеокамерах,
звуковых и видеокомпьютерных картах, усилителях, акустических
агрегатах небольшой мощности. Как показала практика, разъем
типа RCA обеспечивает хорошее контактное соединение, хоро-
шую экранировку от помех, малую проходную емкость. Единст-
венный его недостаток — легко перепутать сигналы (ведь все
разъемы конструктивно выглядят одинаково). Поэтому сейчас до-
говорились о цветовой маркировке. Разъемы красного и белого
цвета относятся к аудиосигналам, разъем желтого цвета — к ви-
деосигналу.
Рис. 3.65. Разъем типа RCA
Гпава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
121
3.6.4. Электропитание без проблем
Вообще-то этот маленький подраздел мог бы стать целой гла-
вой или даже книгой. По правде говоря, проблемы качественного
электропитания приходится решать при создании любой элек-
тронной конструкции. Литературы на эту тему более чем достаточ-
но, поэтому здесь мы назовем основные принципы решения зада-
чи питания УНЧ.
Многие радиолюбители, занимающиеся конструированием
усилительной техники, отмечают, что часто блоки питания про-
мышленных усилителей имеют недостаточную емкость конденса-
торов фильтров. Почему? Загляните в прайс-лист любого постав-
щика электронных компонентов, и вы узнаете, что конденсаторы
большой емкости не могут быть причислены к дешевым элемен-
там. Снижение емкости фильтрующих конденсаторов ведет к по-
вышению фона переменного тока на выходе УНЧ, то есть к увели-
чению знакомого нам уровня помех. А транзисторные стабилиза-
торы удается использоваться только для предварительных УНЧ и
УНЧ, работающих на маломощную нагрузку (на головные телефо-
ны). Мощные же усилители принято питать нестабилизирован-
ным напряжением. Именно поэтому производители серийных
УНЧ идут на компромисс между стоимостью аппаратуры и качест-
вом ее звучания. Как читателю поступить в данном случае: сэко-
номить деньги или повысить качество звука — решать только ему.
Определить рекомендуемую величину емкости конденсатора
фильтра (в мкФ) можно по следующей формуле:
с=1з-юз77;_л;,
где Р — номинальная мощность усилителя; Ан — номинальное со-
противление нагрузки УНЧ.
Если для питания УНЧ используется двуполярное напряжение,
в каждом плече должна быть установлена расчетная величина ем-
кости. Данная формула дает минимальную рекомендуемую вели-
чину, поэтому, если позволяет финансовое положение и желание,
возможно эту величину увеличить.
Подключение УНЧ к блоку питания необходимо выполнить
как можно более короткими проводниками. Естественно, их попе-
речное сечение также должно удовлетворять токовым нагрузкам.
Желательно также установить предохранители по питанию, рас-
122 Глава 3. Дискотека без усилителя — не дискотека
считанные на двухкратное превышение пикового тока выходного
каскада для защиты акустического агрегата и питающей сети в
случае выхода из строя («прогорания») выходного каскада УНЧ.
Трансформаторы питания желательно выбрать с 25—30-про-
центным запасом по мощности. При создании мощных УНЧ воз-
никает проблема в приобретении одиночного трансформатора.
В этом случае можно «набрать» мощность несколькими трансфор-
маторами, соединив их первичные обмотки параллельно, а вто-
ричные — последовательно. Малосигнальные усилители лучше
всего питать от стабилизированных источников и отдельных
трансформаторов
Глава 4
ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
В этой главе мы поговорим о той части электронного обору-
дования, которая преобразует электрические колебания в звуко-
вые, слышимые человеческим ухом: о динамических головках
громкоговорителях, акустических агрегатах разной мощности и
различной степени сложности. Электроакустическая техника все-
гда считалась одним из основных элементов оборудования танце-
вальных залов. От ее качества в значительной степени зависит то
впечатление, которое останется у посетителей после окончания
дискотеки. Едва ли кому понравится звук, сопровождаемый хри-
пами, резонансным потрескиванием акустических ящиков, глухи-
ми ударами. В то же время сбалансированное и чистое звучание
«акустики» поможет вдохнуть вторую жизнь даже в «заезженные»
хиты прошлых лет.
4.1. Как устроены электроакустические агрегаты
Наверняка вы имеете представление о том, что такое «акусти-
ческая колонка», не раз видели ее, слышали. Внешне типичная
«колонка» похожа на ящик, более или менее хорошо выглядящий
с эстетической точки зрения Размеры ящика могут также быть са-
мыми разнообразными, тоже можно сказать про его цвет, отделку,
массу По этим данным мало что можно сказать о качестве звука,
который сможет произвести эта «колонка». И вот только после то-
го, как электроакустический агрегат будет подключен к усилите-
лю, после того, как зазвучит фонограмма, слушатель в полной ме-
ре сможет оценить достоинства и недостатки данной «колонки»
как источника звука.
Казалось бы, любому, кто умеет держать в руках столярные и
слесарные инструменты, по плечу изготовление акустической ко-
лонки. Стоит только приобрести несколько динамических головок,
сделать под них вырезы в фанерной плите, выкроить «на глазок»
124
Глава 4 Электроакустическая техника
стенки и дно, склеить и скрепить их шурупами в ящик, как полу-
чится вполне похожая на покупную «акустика», ну, может быть,
чуть хуже выглядящая. Как будет звучать такой «самопал»? Увы,
гораздо хуже, чем вы ожидали. Почему? Как и всякая другая тех-
ника, электроакустические агрегаты имеют весьма сложные зако-
ны построения. И далеко не всегда знание расчетных соотноше-
ний, умение оперировать с формулами и графиками приводит к
желаемому результату. Не случайно созданием хороших акустиче-
ских систем (АС) занимаются всемирно известные фирмы, и даже
их иногда постигают неудачи.
Область электроакустической техники порой преподносит со-
вершенно неожиданные сюрпризы, которые получаются волей
случая, или даже чисто интуитивно Об одном таком сюрпризе из-
вестный радиолюбитель-популяризатор В. Т. Поляков [В. Т. Поля-
ков «Посвящение в радиоэлектронику». М.: Радио и связь, 1986]
рассказывает следующее: «Не могу забыть впечатления, которое
произвел на меня обычный четырехваттный динамик, когда я за-
крыл им отверстие старого полиэтиленового ведра, а внутрь затол-
кал еще обрезки поролона и старую зимнюю шапку. Этот динамик
никогда так хорошо раньше не звучал. Он не звучал так и потом,
когда, окрыленный успехом, я изготовил вполне приличный
ящик, вмонтировал динамик и... очень пожалел, что ведро и шап-
ка уже были выброшены».
А вот что пишет в отношении электроакустической техники Ге-
оргий Крылов, специалист компании «Ньютон», разрабатывающей
эту самую «акустику» профессионально [http://www.newton-lab.ru]:
«Наибольшие искажения в звуковой тракт вносит акустика. Это
легко услышать, если к портативному музыкальному центру под-
ключить вместо родных приличные акустические системы долла-
ров за 200—500. Различия в качестве отдельных АС легко различи-
мы даже неспециалисту».
Вы не слишком напуганы9 Спешим вас немного успокоить,
сказанное относится главным образом к акустической технике,
предназначенной для «человека слушающего», то есть находяще-
гося в состоянии покоя и обращающего внимание на малейшие
нюансы, посторонние призвуки. Для «человека танцующего», то
есть активно двигающегося, звуковая картина сужается, слух как
бы притупляется, становится менее восприимчивым к ошибкам,
что позволяет снизить требования к электроакустическим агрега-
Глава 4. Электроакустическая техника 125
там. Но не настолько, чтобы отмести знания основ электроакусти-
ческих устройств, поскольку они, эти знания, помогут сделать
вполне подходящий для дискотеки «ящик», а также избежать гру-
бых ошибок. Итак, познакомимся с теорией.
Основа любой типичной (а значит и широко распространен-
ной) акустической системы — это динамический излучатель, или
динамическая головка. К слову, существуют также и другие типы
излучателей: электростатические, пьезоэлектрические, магнитост-
рикционные. Но они крайне редко (если не сказать «практически
никогда») применяются при изготовлении АС. Поэтому взглянем
на рис. 4.1 и подробнее рассмотрим устройство динамического из-
лучателя.
Рис. 4.1. Устройство динамического излучателя
Конструкция очень простая: в центре круглой воронки, назы-
ваемой излучающей поверхностью (диафрагмой), закреплена ци-
линдрическая катушка, намотанная тонким проводом. Эта катуш-
ка входит в зазор круглого постоянного магнита. Выводы катушки
закреплены на корпусе динамического излучателя. К этим выво-
дам и подключается УНЧ. При подаче в катушку переменного то-
ка вокруг нее возникает магнитное поле (вспомните школьный
опыт Эрстеда), которое взаимодействует с полем постоянного маг-
нита. Силы притяжения (отталкивания) заставляют излучающую
поверхность колебаться Вместе с ней начинает колебаться и воз-
дух, который прилегает к динамику. Возникает звуковая волна,
которая приходит к слушателю. Весь это процесс очень напомина-
ет работу поршня в двигателе внутреннего сгорания.
126 Глава 4. Электроакустическая техника
Динамический излучатель сам по себе выглядит достаточно не-
казисто (рис. 4.2), его так просто не установишь в зале или комна-
те. Но, что самое главное, — отдельный «динамик» частенько зву-
чит «из рук вон» плохо, порой его звук оказывается даже неприят-
ным на слух. «И это вся мощность, которую возможно получить
от такого большого на вид динамика», — разочаровано скажет не-
искушенный в акустической технике читатель, едва подключив
динамическую головку к усилителю. Чтобы оживить звук, придать
ему ту самую чистоту, насыщенность, яркость, внести ощущение
реальности, используют так называемое акустическое оформление.
В книгах, посвященных электроакустической технике, вы еще не
раз встретитесь с этим термином.
Рис. 4.2. Внешний вид динамических излучателей
Что такое акустическое оформление? Это самостоятельный
конструктивный элемент акустической системы, непосредственно
не участвующий в преобразовании сигналов из электрической
формы в акустическую (эту задачу выполняет, как мы знаем, ди-
намический излучатель), но обеспечивающий эффективное излу-
чение звука в пространстве Если же говорить очень просто, то
это — тот самый ящик, в который встраиваются динамические из-
лучатели, после чего их звучание преображается. По меткому вы-
ражению одного из специалистов-электроакустиков, «динамик без
ящика, что струны без гитары».
Приступив к практической работе с акустической техникой
вы сразу же обнаружите интересную закономерность: чем ниже
Гпава 4. Электроакустическая техника
127
частота звука, тем сильнее сказывается влияние акустического
оформления. Объясняется явление просто. Дело в том, что звуко-
вая волна, как и любая другая волна, имеет длину. Чем ниже час-
тота звука, тем длиннее волна, тем более равномерно распределя-
ется звуковое давление в пространстве. Свободный динамический
излучатель, толкая воздух, создает повышенное давление. Но в то
же время на тыльной его стороне возникает разрежение, открыва-
ется путь для выравнивания давлений, чем, естественно, звуковая
волна и пользуется. Так при воспроизведении низких частот сво-
бодным излучателем только малая часть акустической энергии
уходит к слушателю. Значительная же часть, как в сообщающихся
сосудах, циркулирует между фронтальной и тыльной стороной ди-
намического излучателя. Это явление носит название акустическо-
го короткого замыкания. С ним-то и призваны бороться конструк-
ции акустического оформления.
Читатель будет немало удивлен, если узнает, что лучшее аку-
стическое оформление представляет собой вовсе не ящик, а...
щит, в котором сделано отверстие для динамического излучателя.
Именно так наиболее эффективно устраняется акустическое ко-
роткое замыкание на низких частотах. Этот вид оформления, на-
зываемый плоским открытым акустическим экраном, использует-
ся для испытаний «динамиков» в процессе их промышленного из-
готовления, но в повседневной жизни использовать его весьма
трудно. Судите сами: чтобы качественно воспроизвести, скажем,
частоту 30 Гц (длина волны в нормальных условиях 11 м), потре-
буется акустический экран с размерами примерно 6x6 метров!
Более того, экран нельзя назвать идеальным акустическим оформ-
лением, с помощью которого можно запросто решить все пробле-
мы звукоизлучения. Если в области низких частот проблема разре-
шится, то в области средних частот (при симметричном размеще-
нии излучателя в экране) образуется значительный «провал»
эффективности звукоизлучения. В какой-то мере устранить этот
недостаток можно смещением «динамика» от центра экрана, нару-
шением симметрии... Давайте не будем углубляться в теорию
больших экранов, а перейдем к более реальным конструкциям
акустического оформления.
Значительно более распространенный способ «оформить» ди-
намический излучатель — поместить его в открытый или перфо-
рированный с тыльной стороны ящик (бокс). Это — тоже вид от-
128
Гпава 4. Электроакустическая техника
крытого акустического оформления, встречающийся в быту повсе-
местно. Вспомните корпуса телевизоров, радиоприемников,
магнитофонов, имеющие на задней стенке отверстия. А может у
кого-то все еще пылятся «ящики» от старинного проигрывателя
грампластинок «Аккорд»? Их вполне можно использовать для
проведения домашнего праздника и даже небольшого вечера в
школе. Даже если под рукой нет никакой старой аппаратуры, дос-
таточно встроить динамическую головку в ненужный ящик или
картонную коробку, как положительный результат не заставит се-
бя долго ждать.
Здесь мы вынуждены сделать небольшое отступление и вер-
нуть читателя к усилительной технике. Мы уже говорили, что уси-
лители не могут одинаково усиливать сигналы разных частот, то
есть обладают неравномерной частотной характеристикой. Дина-
мические излучатели также имеют неравномерности при преобра-
зовании колебаний из электрических в звуковые. Другими слова-
ми, звуки разных частот по громкости получаются разными. Ко-
нечно, при разработке и изготовлении излучателей стремятся эти
искажения свести к минимуму, но полностью их избежать не уда- |
ется. Более того, любой динамический излучатель обладает свой-
ством резонанса. Все объясняется просто: подвес излучающей по-
верхности имеет некоторую упругость (сравним его с пружинкой), 1
в то же время к поверхности как бы «приклеивается» воздух и об-
разует так называемую присоединенную массу (сравним с грузи-
ком). А теперь соединим грузик с пружинкой. Мы получим клас-
сическую колебательную систему, в которой есть резонанс. Резо-
нанс характеризуется резким увеличением амплитуды колебаний
грузика при воздействии на пружинку определенной частоты.
В динамическом излучателе вынуждающее воздействие приходит
через катушку.
Чем чреват резонанс? А тем, что он резко нарушает равномер-
ность частотной характеристики «динамика», подчеркивает звуки
одних частот и гасит — других. Иногда резонанс выражается в по-
явлении дребезга и призвуков. При проектировании акустических
систем стремятся сделать так, чтобы зона резонанса вышла за по-
лосу воспроизводимых частот.
Вернемся к методам акустического оформления. Достаточно
распространенным и популярным видом также является закрытое
оформление акустической системы. Долгое время закрытое оформ-
Гпаеа 4. Электроакустическая техника
129
ление оставалось единственным способом высококачественного
воспроизведения звука. Сегодня широкое распространение полу-
чило фазоинверсное оформление, значительно потеснив позиции
закрытого оформления. О фазоинверсном методе поговорим чуть
позже.
Итак, закрытое акустическое оформление (оформление ком-
прессионного типа). Оно было придумано в результате дальней-
ших размышлений о путях изоляции «акустических коротышей»
на низких частотах, а также сокращении размеров плоского экра-
на. Оказалось, что повысить качество звукоизлучения можно, если
поместить «динамик» в ящик, плотно закрытый со всех сторон.
Естественно, поверхность прямого излучения должна оставаться
свободной. Тогда, в закрытом ящике, тыльная сторона излучателя
станет полностью изолированной и не будет мешать излучению.
Однако новое решение принесло и новые проблемы, самая глав-
ная из которых — повышение резонансной частоты динамическо-
го излучателя. Почему? Разгадка также очень простая: внутри кор-
пуса находится воздух, который как бы «подпирает» излучатель
изнутри, создавая дополнительную упругость. Чем меньше объем
бокса, тем жестче оказывается эта пружина, тем вероятнее воз-
никновение резонанса. Снизить резонанс удается применением
«динамиков» с более мягким подвесом излучающей поверхности,
или более тяжелым подвесом.
Еще одна существенная проблема АС с закрытым акустиче-
ским оформлением — раздемпфирование, то есть повышение доб-
ротности (способности к медленному затуханию свободных коле-
баний) «акустики» для ящика без звукопоглотителя. Другими сло-
вами, если внутренности ящика не оклеены звукопоглощающим
материалом типа войлока, поролона, пенорезины, пенополиэтиле-
на, звук АС станет гудящим, будет прослушиваться «нечистота»
низших тонов. Кроме того, внутренний объем обычно частично
заполняют рыхлым звукопоглощающим материалом (в качестве
такого материала обычно выступает вата), что снижает резонанс
примерно в 1,15 раза по сравнению с незаполненной системой, а
также хорошо демпфирует АС (снижает ее добротность). Исследо-
вания показывают, что оптимальное заполнение акустической
системы звукопоглотителем составляет 40...60 процентов. При
большем заполнении резонансная частота уже не понижается, но
демпфирование становится чрезмерным, падает коэффициент по-
130
Гпава 4. Электроакустическая техника
лезного действия системы (понижается процент выхода акустиче-
ской энергии). Основным параметром определяющим добротност!
АС, является все же объем ящика. Сегодня оптимальные парамет-
ры акустических систем можно рассчитать, пользуясь методиками
приведенными, например, в [В. К. Иоффе, М. В. Лизунков. Быто-
вые акустические системы. М.: Радио и связь, 1984]. Те читатели
которые не захотят ограничиться изготовлением АС для дискоте-
ки, а продолжат знакомство с высококачественной аппаратурой
звуковоспроизведения, должны научиться выполнять такие расче-
ты. Чуть позже мы расскажем о простой методике, позволяющей
рассчитать типовой ящик в дискотечном варианте. Но в любок-
случае будьте готовы к тому, что чем более низкую частоту вы хо-
тите получить от АС, тем на более громоздкий ящик придете*
ориентироваться. Малогабаритные акустические системы закры-
того типа вообще не пригодны для воспроизведения диапазон;
звуковых частот, называемого «глубоким басом».
Можно ли исправить положение, все же попытавшись извлечт
из закрытой акустики «глубокий бас» или даже просто достаточ-
ный уровень обычного «баса». В принципе, можно, но придете*
обратиться к третьему виду акустического оформления, называе-
мого фазоинверсным. Вы наверняка в жизни с ним встречались г
сейчас сразу же поймете, о чем идет речь. Для этого вспомните
странное отверстие большого диаметра, расположенное на лице-
вой панели современной АС. Обычно в отверстие вставляете*
трубка, уходящая внутрь акустической системы. Вот такая трубк;
Рис. 4.3. АС с фазой нвертором
Гпава 4. Электроакустическая техника
131
и называется фазоинвертором, обладающим поистине магически-
ми свойствами в отношении желаемого нами насыщенного «баса».
Конструктивные параметры фазоинвертора (диаметр, длина,
расположение в ящике) подбираются так, чтобы акустическое дав-
ление звуковой волны, выходящей из трубы и волны, излучаемой
динамиком, отличались по фазе на угол, меньший 180 градусов.
Так колебания не смогут компенсировать друг друга, и акустиче-
ское короткое замыкание в какой-то мере будет устранено. Вооб-
ще-то фазоинвертор обладает свойством резонанса, то есть наибо-
лее эффективно «работает» только на конкретной частоте. На час-
тотах справа и слева от резонанса его эффективность падает,
однако спад этот достаточно пологий, и человеческий слух с ним
мирится.
Расчет фазоинверсных АС является сложной задачей. В этой
книге мы не будем касаться всех тонкостей этого процесса. Сей-
час мы переходим к знакомству с основными характеристиками
акустических систем.
4.2. Основные характеристики АС
Перечислим основные характеристики акустических систем.
Номинальная мощность — это величина допустимого длитель-
ного воздействия среднего значения мощности входного электри-
ческого сигнала. Номинальная мощность обычно ограничивается
механической прочностью излучающей поверхности динамика и
тепловой прочностью его катушки. Долговременное превышение
номинальной мощности АС может ее вывести из строя или по-
вредить.
Пиковая мощность — допустимая электрическая мощность при
кратковременном воздействии подводимого электрического сиг-
нала. Большинство акустических систем устойчивы к двухкратным
или даже трехкратным превышениям номинальной мощности в
пиковом режиме. Читатель должен знать, что воздействие пиковой
мощности происходит не только во время подачи на УНЧ завы-
шенного звукового сигнала. Типичная ситуация — включение
УНЧ, не оснащенного схемой задержки коммутации нагрузки.
В этом случае в АС возникает кратковременный, неприятный на
132
Гпава 4. Электроакустическая техника
слух, хлопок. Правда, в большинстве случаев он безопасен для
акустической системы, так как она обладает инерционностью.
Номинальное электрическое сопротивление — величина актив-
ного сопротивления, которым замещают реальное сопротивление
АС при определении электрической мощности, потребляемой аку-
стической системой от УНЧ. Обычно номинальное электрическое
сопротивление определяется в полосе частот выше основного ре-
зонанса, поскольку в резонансном режиме АС не эксплуатируется.
Из предыдущих глав мы уже знаем, что сопротивление акустиче-
ского агрегата непосредственно связывается с параметрами УНЧ,
к которому он подключается. Еще раз напомним читателю: чем
выше сопротивление АС, тем меньшую мощность при подключе-
нии к конкретному УНЧ сможет развить акустическая система.
Сегодня на рынке присутствуют готовые акустические системы с
сопротивлением 4, 6, 8 Ом. Достаточно редко, но все же можнс
найти АС с сопротивлением 2 и 16 Ом.
Характеристическая чувствительность — не менее, а может быть
даже и более важный параметр, чем мощность АС. Чем выше чув-
ствительность АС, тем большую величину звукового давления ош
может развить при фиксированной электрической мощности, под-
веденной к акустической системе. Чувствительность в значитель-
ной степени зависит от частоты электрического сигнала и, как мь
уже неоднократно говорили, падает в области высоких частот. Из
мерение чувствительности проводят на расстоянии 1 м от AC прь
подведении к ней сигнала амплитудой 1 В. По оценкам специали
стов, диапазон чувствительности промышленных АС лежит в диа
пазоне 84... 102 дБ (по значению интенсивности звука). Сравнит
эти цифры с величинами, приведенными в табл. 2.3 и убедитесь
том, что диапазон достаточно широк. Также не забывайте, чт
сравнивать по чувствительности АС с разным электрическим со
противлением бессмысленно — все определяется в итоге подводи
мой мощностью, а она-то как раз получится разной!
Несмотря на то, что чувствительность достаточно хорошо ха
рактеризует акустическую систему, очень часто в документаци
можно встретить другой вид подобной оценки — по среднему став
дартному звуковому давлению. Это величина давления, развиваемс
го акустической системой на расстоянии 1 м от излучателя пр
подведении к ней электрической мощности, равной 0,1 Вт. ИзмС
ряется стандартное звуковое давление в Па и указывается для ког
Глава 4. Электроакустическая техника 133
кретной полосы частот. К примеру, для акустической системы
S-ЗО (ЮАС-222) оно составляет 1,2 Па в диапазоне частот
100...4000 Гц.
Неравномерность частотной характеристики звукового давле-
ния — отношение максимального звукового давления к минималь-
ному в номинальном диапазоне частот, выраженное в децибелах.
Важный параметр, характеризующий так называемые амплитуд-
но-частотные искажения сигнала. Необходимость контроля аку-
стической системы по этой характеристике обусловлена способно-
стью АС неравномерно преобразовывать в звук электрические
сигналы различных частот, равных по амплитуде. В идеале акусти-
ческая система должна иметь плоскую частотную характеристику
в диапазоне, слышимым человеческим ухом. Чтобы подчеркнуть
достоинства акустических систем, производители часто рисуют на
лицевой панели частотную характеристику (в логарифмическом
масштабе), откладывая по вертикальной оси развиваемое звуковое
давление (рис. 4.4).
Частота, Гц
Рис. 4.4. Типичная частотная характеристика звукового давления
Диапазон воспроизводимых частот — область частот, в кото-
рой АС имеет частотную характеристику, близкую к плоской, а
значит, имеет способность достоверно передавать звуковой сиг-
нал. Как определить, насколько «плоская» характеристика? Если
величина неравномерности звукового давления в зависимости от
частоты укладывается в коридор, равный не более ±3 дБ, харак-
теристику можно назвать плоской. На границах диапазона обыч-
но происходит резкий спад звукового давления, и чтобы пере-
дать все гармоники музыкального сигнала без искажений, необ-
ходимо обеспечить верхнюю частоту диапазона АС порядка
18...20 кГц.
13-* Гпава 4 Электроакустическая техника
Существует также множество достаточно важных характер
стик, которые редко приводятся в стандартных паспортах на ак
стические системы, например, коэффициент нелинейных искаж
ний, коэффициент гармонических искажений высших порядко
коэффициент фазочастотных искажений, коэффициент перехо,
ных искажений и т. д. С ними вы сможете познакомиться, прош
тав специальные книги по электроакустике.
* * *
Прежде чем продолжить дальнейшее чтение этой главы, bhi
мательно оглядитесь вокруг: если поблизости найдется подход?
щая для дискотеки акустическая система, лучше приложить в<
усилия к тому, чтобы воспользоваться готовой АС И только уб(
дившись, что других вариантов, кроме как взяться за ножовку, о'
вертку, паяльник — нет, делайте АС самостоятельно. Процесс этс
достаточно долгий, непростой и не дешевый, но интересный.
4.3. Подробнее о динамических излучателях
Наш разговор об одной из самых ответственных составляющи
акустической системы мы начнем с описания типов «динамиков>
их конструктивных особенностей и признаков, по которым можн
отличать динамические излучатели
Самый известный тип динамической головки, который наибе
лее часто встречается в аппаратуре, — диффузорный тип. Излучаю
щая поверхность диффузорного динамика представляет собой бу
мажный конус (воронку), пропитанный специальным лаком дл
придания ей жесткости. Обычно излучающая поверхность имее
черный цвет, а мягкий подвес либо изготавливается из бумаг,
(для динамиков широкого потребления со средним качеством зву
чания), либо из мягкой и тонкой резины (для высококачествен
ных динамиков) Такой тип динамических головок используете:
для воспроизведения низких, средних, высоких частот, а также
широкополосных акустических системах низкого и среднего каче
ства, например, в переносных радиоприемниках, телевизорах
магнитофонах. Особенно эффективно использование диффузор
ного излучателя при работе с низкими частотами. В этом диапазо
Гпава 4. Электроакустическая техника 135
не просто необходимо иметь большую излучающую поверхность и
очень мягкую подвеску. Поэтому НЧ динамики имеют большие
габариты.
Большое значение для излучения НЧ частот имеет так назы-
ваемая величина хода излучающей поверхности (диффузора), то
есть то возвратно-поступательное движение, которое толкает, по-
добно поршню, воздух и создает звуковое давление. Но чем боль-
ше величина хода диффузора, тем меньше чувствительность дина-
мика, тем большую мощность от усилителя придется подводить
для «раскачки» акустической системы. В настоящее время обеспе-
чение необходимой величины электрической мощности уже не
является острой проблемой, и чувствительностью поступаются в
угоду увеличения хода, а значит, снижения резонансной частоты
головки.
Диффузорные динамические излучатели, предназначенные для
воспроизведения высоких частот, имеют гораздо меньшие габари-
ты, поскольку с ростом частоты все более начинает ощущаться на-
правленность излучения (разная громкость звука в разных направ-
лениях). Но, кроме того, их излучающие поверхности делают же-
сткими: из бумаги, пропитанной бакелитовым лаком, из
пластмассы или алюминия Подвес ВЧ головок принято выпол-
нять жестким.
Несколько отличаются по конструкции купольные головки
(рис. 4.5), использующиеся для воспроизведения ВЧ частот. Их
излучающая поверхность выполняется полусферой, что устраняет
направленный характер излучения.
Рис. 4.5. Динамическая головка с купольным излучателем
136 Гпава 4. Электроакустическая техника
Встречается также модификация диффузорного динамического
излучателя с приклеенным в центре небольшим куполом (колпач-
ком). Таким несложным методом устраняют начинающую прояв-
ляться на средних частотах направленность и, кроме этого, защи-
щают магнитный зазор, в котором находится катушка, от пыли.
Производители динамических излучателей (в основном зару-
бежные) продолжают эксперименты по улучшению излучения.
В результате на рынке можно наткнуться на диффузорные головки
с плоским центральным колпачком, или даже несколько вогну-
тым. Насколько лучше такое исполнение, сказать трудно. Читате-
ли, заинтересовавшиеся этим вопросом, при желании смогут по-
экспериментировать самостоятельно.
Последний тип динамического излучателя, который мы упомя-
нем, — рупор (рис. 4.6). Это слово часто звучит, когда хотят под-
черкнуть, что тот или иной источник информации является рас-
пространителем определенных идей или мнений. Например, гово-
рят, что «газета N — рупор политической партии М». Такое
образное сравнение не случайно: рупорный излучатель действи-
тельно концентрирует излучаемую энергию, формирует достаточ-
но узкую направленность распространения звука. Понятно, что
рупорный излучатель, дополняющий обычную головку с диффузо-
ром, позволит увеличить чувствительность головки (что следует
признать положительным моментом), а с другой — узкая направ-
ленность ограничивает применение рупорных систем, отводя им в
основном нишу неподвижных слушателей (что является недостат-
ком), которые выбрали наилучшую звуковую зону, не покидают
Рис. 4.6. Рупорный излучатель
Гпава 4. Электроакустическая техника 137
ее. Применение рупоров в акустических системах ограничено так-
же тем обстоятельством, что эта конструкция плохо воспроизво-
дит широкий диапазон частот. Поэтому для каждого частотного
диапазона приходится проектировать отдельные рупоры.
И вновь приходится говорить о том, что воспроизведение низ-
ких частот не дается даром. Действительно, рупорные излучатели
неплохо воспроизводят низкие частоты, но за это приходится пла-
тить размерами. К примеру, для обеспечения передачи частоты
60 Гц диаметр выходного отверстия рупора составит примерно
1,8 м. Впечатляет, не правда ли?
Рупорные акустические системы сегодня достаточно редки, од-
нако находятся любители-самодельщики, которые делают этот вид
АС по индивидуальным заказам. Одна из таких крохотных фирм
представляет свою продукцию на сайте http://www pro-100 boom.ru.
Как видно из фотографий, представленных на сайте, создание ру-
порной АС представляет собой достаточно трудоемкий процесс.
Некоторые разработки выглядят громоздко, а некоторые, напри-
мер, АС, представленная на рис. 4.7, — весьма привлекательно.
Возвращаемся к диффузорным электроакустическим преобра-
зователям, поскольку скорее всего их читатели смогут приобрести
Рис. 4.7. Внешний вид рупорной АС
138
Гпава 4. Электроакустическая техника
для изготовления дискотечных АС. Отечественная система марки-
ровки динамических головок (ОСТ 4.383.001—85) содержит основ-
ную информацию, по которой возможно предварительно провести
классификацию. Например, типономинал 25ГДН-1-4 в подробной
расшифровке записывается так: «Головка динамическая низкочас-
тотная максимальной паспортной мощностью 25 Вт, разработка 1,
сопротивление катушки 4 Ом». Буквы ГДВ в типономинале обо-
значают высокочастотную голову, ГДС — среднечастотную. Ши-
рокополосные головки обозначаются буквами ГДШ, или просто
ГД. Электроакустические преобразователи не могут иметь произ-
вольную мощность. Для них стандартами установлен следующий
ряд мощностей (в Вт): 0,10; 0,25; 0,5; 1,00; 2,00; 3,00; 4,00; 6,00;
8,00; 10,00; 15,00; 20,00; 25,00; 30,00; 50,00;. 100,00 Вт. Диапазон
частот, воспроизводимых головками, для широкополосных вари-
антов установлен от 63 до 12 500 Гц, для низкочастотных от 40 до
5000 Гц, для среднечастотных от 200 до 5000 Гц и для высокочас-
тотных — от 3000 до 20 000 Гц.
Мы впервые встретились с понятием паспортной мощности.
Это — тоже электрическая мощность, но относящаяся к источни-
ку сигнала, от которого динамик должен работать. При такой мак-
симальной неискаженной (гармонические искажения менее 1 %)
мощности, получаемой от УНЧ, электроакустический преобразо-
ватель сможет длительно работать на реальном звуковом сигнале.
Какие параметры излучателей еще необходимо знать для про-
ектирования акустической системы? Для выполнения минималь-
ного расчета требуется знать еще три цифры, называемые парамет-
рами Тилля—Смолла (Т/S параметры):
• резонансная частота динамика без оформления (fQ);
• полная добротность динамика без оформления ((20);
• эквивалентный объем динамика в закрытом оформлении
(И0Д.
Где взять эти параметры? Можно заглянуть в техническую до-
кументацию на конкретный тип динамической головки, а можно
измерить самостоятельно. И если нам уже понятно, что такое ре-
зонансная частота, а также добротность, то эквивалентный объем
в закрытом оформлении требует пояснений. Все дело в том, что
чем меньше объем воздуха, заключенный в ящик АС, тем выше
его упругость. Следовательно, конкретному объему мы сможем со-
поставить определенное значение упругости. Мягкий подвес излу-
Глава 4. Электроакустическая техника
139
чателя имеет также какое-то значение упругости. Поэтому мы на
вполне законном основании сможем сопоставить этой упругости
некий гипотетический объем, назвав его эквивалентным объемом
динамика.
Математическая формула, связывающая резонансную частоту
свободного динамика с его резонансной частотой в закрытом
оформлении, записывается так:
fos +
J Uo •/ U Д| р/ ’
где V — объем ящика.
Аналогичную формулу можно привести и для добротности:
Qq = Qos у •
V
Собственно, теперь можно провести расчет закрытой акусти-
ческой системы. Задавшись величиной минимальной частоты
воспроизведения АС (одна должна быть выше частоты собствен-
ного резонанса динамика), определяют объем ящика V Лучше
всего ориентироваться на нижнюю воспроизводимую частоту
(приводится в справочных данных). Если не известен эквива-
лентный объем динамика, его определяют из формулы для доб-
ротности. И здесь пригодятся данные, полученные разработчи-
ками в процессе многочисленных экспериментов с АС. Наибо-
лее оптимальные результаты получаются в случае добротности
головки с оформлением, находящейся в пределах 0,7... 1,0 (циф-
ра обеспечивается конструктивно объемом ящика). Соответст-
вующие этим показателям величины добротности свободных из-
лучателей — не более 0,7. Приведенная цифра поможет ото-
брать низкочастотную динамическую головку, пригодную для
хорошей АС.
В заключение этого раздела приведены табл. 4.1—4.4 ос-
новных параметров некоторых динамических головок отечест-
венного и импортного производства, которые встречаются на
рынке радиоаппаратуры и пригодятся читателям при конструи-
ровании АС.
140
Гпава 4. Электроакустическая техника
Таблица 4.1. Основные параметры низкочастотных электроакустических
излучателей
Обозначение Паспорт- ная мощ- ность, Вт Диапазон частот, Гц Характери- стическая чувстви- тельность, дБ/Вт*м Электри- ческое сопротив- ление, Ом Частота собствен- ного ре- зонанса (4). Гц Полная доброт- ность (Оо) Экви- валент, объем (14s), л Габариты, мм
10ГДН-1-4 10 80...5000 84 4,0 80 ±8 1,0 11 0125x76
20ГДН-1-8 20 63...5000 86 8,0 32 ±8 1,0 20 0200 х 97
20ГДН-2-4 20 80...2150 81 4,0 50 ± 10 1,0 20 0125x71
25ГДН-1-4 25 63...5000 84 4,0 80 ±20 0,45 11 0125x76
25ГДН-1-8 25 40...5000 84 8,0 30 0,35 30 0200 х 97
25ГДН-2-4 25 80...3150 81 4,0 63 0,35 30 0125x76
25ГДН-3-4 25 50...5000 84 4.0 55 ±10 0,5 8 0125x79
25ГДН-3-8 25 40...5000 86 8,0 40 ±10 0,35 30 0160x78
ЗОГДН-4-4 — 30 40...5000 84 4,0 30 ±5 1.0 50 0200 х 97
35ГДН-1-8 35 40...5000 87 8,0 30 ±5 0,4 45 0200x126
50ГДН-3-4 50 31.5...2000 87 4,0 30 ±3 0,45 100 0250х120
50ГДН-3-8 50 31.5...2000 85 8,0 25 0,45 100 0250x120
75ГДН-1-4 75 31;5—1000 86 4.0 30 0,21 80 0250х123
75ГДН-1-8 75 31,5—1000 86 8,0 25 0,88 80 0250 х124
75ГДН-3-4 75 31,5—2000 86 4,0 25 0,25 100 0250х120
75ГДН-5-4 75 31,5—1000 85 4,0 25 0,4 100 0250х 125
75ГДН-6-4 75 31,5—1000 88 4,0 33 0,25 100 0250х124
BG30NG-8 150 — — 6,0 43 0,73 120 —
Т200-4 50 — — 4,0 42 0,73 50 —
Т250-4 130 — — 4,0 29 0,61 180 —
830452 XLS-10 250 — — 4,0 19 0,17 90 —
DYD820B 50 — — 8,0 40 0,66 34 —
DYB1020E 75 — — 8,0 50 0,91 55 —
Гпава 4. Электроакустическая техника
141
Таблица 4.2. Основные параметры электроакустических излучателей диапазона
средних звуковых частот
Обозначение Паспорт- ная мощ- ность, Вт Диапазон частот, Гц Характери- стическая чувстви- тельность, дБ/Вт*м Электри- ческое со- противле- ние, Ом Частота собствен- ного ре- зонанса (/о). Гц Полная доброт- ность (О0) Эквива- лент, объем (14s), л Габариты, мм
20ГДС-1-4 20 200...5000 89 4,0 110 — 3 0125x77
20ГДС-1-8 20 200...5000 84 8,0 110 — 3 0125x77
20ГДС-1-16 20 200...5000 84 16,0 110 — 3 0125x77
20ГДС-3-8 20 200...5000 88,5 8,0 100 — 3 0125x74
20ГДС-4-8 20 200...5000 89 4,0 120 — 3 0125x74
ЗОГДС-1-8 30 500...6300 92 8,0 260 — — 0125x70
ЗОГДС-З-4 30 200...5000 89 4,0 110 — — 0125x77
ЗОГДС-З-8 30 200...5000 89 8,0 110 — — 0125x77
ЗОГДС-З-16 30 200...5000 89 16,0 110 — — 0125x77
DL18-2-8 70 — — 6,0 88 0,98 14 —
W100SC 30 — — 8,0 66 0,46 5 —
W170-8 70 — — 8,0 61 0,7 19 —
W170SC 50 — — 6,0 39 0,49 31 —
ТРС182 100 — — 6,0 48 0,42 27 —
DYP6510-57 35 — — 8,0 47 0,67 26 — j
Таблица 4.3. Основные параметры высокочастотных электроакустических
излучателей
Обозначе- ние Паспорт- ная мощ- ность, Вт Диапазон час- тот, Гц Характери- стическая чувстви- тельность, дБ/Вт*м Электри- ческое сопро- тивле- ние, Ом Частота собствен- ного ре- зонанса (4). Ги Электри- ческая доброт- ность (Оэ) Экви- валент, объем (Ик). л Габариты, мм
1ГДВ-1-8 1 6300...16 000 88 8,0 2500 0,1 — 40 х 40 х 29
ЗГДВ-1-8 3 3150...20 000 90 8,0 2900 0,16 — 80 х 50 х 29
4ГДВ-1-8 4 2000...20 000 91 8,0 1500 0,35 — 65 х 65 х 44
6ГДВ-1-16 6 5000... 18 000 90 16,0 4500 0,2 — 63 х 63 х 31
142
Глава 4. Электроакустическая техника
Окончание табл. 4.3
Обозначе- ние Паспорт- ная мощ- ность, Вт Диапазон час- тот, Гц Характери- стическая чувстви- тельность, дБ/Вт*м Электри- ческое сопро- тивле- ние, 0м Частота собствен- ного ре- зонанса (Го). Гц Электри- ческая доброт- ность (Оэ) Экви- валент объем (Vos), л Габариты, мм
6ГДВ-1-25 6 5000 .18 000 90 25,0 4500 0,2 — 63 х 63 х 31
6ГДВ-2-8 6 3150...20 000 90 8,0 1600 0,16 — 80 х 50 х 35
6ГДВ-4-8 6 3150...25 000 93 8,0 3000 0,9 — 100x 100x45
6ГДВ-6-16 6 5000...25 000 91 16,0 3000 0,9 — 100x 100x45
6ГДВ-6-25 6 5000...25 000 91 25,0 3000 0.9 — 100x 100x35
6ГДВ-7-16 6 5000...25 000 92 16,0 3500 0,9 — 100x 100x35
6ГДВ-9-16 6 5000...25 000 91 16,0 3000 0,9 — 100 x 100x35
10ГДВ-2-16 10 5000...25 000 92 16,0 2900 1,0 — 100x 100x35
10ГДВ-4-16 10 5000...25 000 94 16,0 — — — 110x110x40
20ГДВ-1-8 20 5000...35 000 90 8,0 — — — 125x125 x40
Таблица 4.4. Основные параметры широкополосных электроакустических
излучателей
Обозначе- ние Паспорт- ная мощ- ность, Вт Эффектив- ный диапа- зон частот, Гц Характери- стическая чувстви- тельность, дБ/Вт*м Электри- ческое сопротив- ление, 0м Частота собственно- го резонан- са (Го), Гц Полная доброт- ность (Оо) Эквива- лент, объем (Vos), л Габариты, мм
2ГДШ-4-8 2 125...10 000 92 8,0 160 3,5 — 0125x80
6ГДШ-3-4 6 160...12 500 92 4,0 140 1,1 — 0125x50
8ГДШ-1-4 8 63...12 500 92 4,0 65 1,4 30 0200 х 76
8ГДШ-2-4 8 100...12 500 91 4,0 100 2,0 — 0160x54
8ГДШ-2-8 8 100...12 500 91 8,0 100 2,0 — 0160x54
10ГДШ-1-4 10 63...20 000 90 4,0 40 0,8 45 0200 х 87
10ГДШ-2-4 10 63.. 20 000 87,5 4,0 40 1,0 45 0200 х 82
SC-5.9/8 15 — — 8,0 169 1,33 57
Гпава 4 Электроакустическая техника
143
4.4. Когда выручает кроссовер?
Теперь нам пора разобраться, что такое кроссовер и каким об-
разом он приходит на помощь при конструировании акустических
систем. Сразу же отметим, что это загадочное (пока) устройство
есть во всех мало-мальски претендующих на качественный звук
акустических системах. Почему? Мы уже говорили о том, что ди-
намические головки специально конструируются под определен-
ный диапазон звуковых частот (НЧ, СЧ, ВЧ). В пределах диапазо-
на они работают наилучшим образом, с минимумом искажений.
А вот за его границами (особенно там, где наступают резонансные
явления) появляются искажения, призвуки — в общем, всякие не-
приятные для слуха факторы. Поэтому между УНЧ и собственно
динамическими головками включают разделительный фильтр, ко-
торый «вырезает» из общего диапазона частот полосы, пригодные
для воспроизведения тем или иным «динамиком». Этот фильтр и
носит название кроссовера (cross — перекресток).
Причем здесь перекресток? А при том, что характеристика
кроссовера должна быть спроектирована такой, чтобы частотные
полосы динамических головок как бы продолжали друг друга: за-
кончилась одна полоса — ее должна «подхватить» другая. Соответ-
ственно суммарная частотная характеристика АС должна стре-
миться к прямой горизонтальной линии, иначе слух отметит ее
неравномерность как характерную тембровую окраску. Из сказан-
ного заключаем, что даже отлично спроектированное акустиче-
ское оформление может загубить неудачный кроссовер.
Если вы думаете, что функции данного интересного устройства
на этом закончились, то вы ошибаетесь. У кроссовера есть еще од-
на немаловажная задача: распределение электрической мощности
между динамическими головками. Нам уже известно, что «басы»
требуют гораздо больших затрат мощности, нежели высокие час-
тоты. Давным-давно установлено, что наиболее оптимальным счи-
тается соотношение номинальных мощностей НЧ СЧ : ВЧ как
6:4:1
Правильно разделить нужно не только мощность, но и гранич-
ные частоты диапазонов НЧ, СЧ, ВЧ. Традиционно верхняя гра-
ница диапазона НЧ составляет 400...420 Гц, а нижняя граница ВЧ
диапазона — 4000....5000 Гц Почему ВЧ диапазон начинается
именно с этих частот? Потому здесь кончается диапазон музы-
144
Глава 4. Электроакустическая техника
кальных тонов и начинаются обертоны, а значит, несколько сни-
жается восприимчивочть человеческого уха к фазочастотным ис-
кажениям. По таким правилам строится трехполосная АС. Суще-
ствуют также более дешевые варианты двухполосных акустических
систем, в которых диапазон средних частот (СЧ) разделен между
диапазонами НЧ и ВЧ. Очень редко, но встречаются также АС, в
которых диапазон делят на пять и даже шесть частей. Это очень
дорогие варианты, изготавливаемые по индивидуальным заказам.
Фильтры кроссоверов имеют еще одну очень важную особен-
ность — это их высокая крутизна в зоне спада частотной характе-
ристики. Другими словами, внеполосные составляющие звукового
сигнала должны быть ослаблены как можно быстрее. Опыт проек-
тирования говорит о том, что крутизна спада частотной характери-
стики, равная 6 дБ на октаву, недостаточна. Необходимо иметь
крутизну спада хотя бы на уровне 12 дБ на октаву, а нормальной
признается крутизна 18 или 24 дБ.
Читателю сейчас наверняка не терпится узнать, насколько
трудно обеспечить параметры качественного кроссовера. Если го-
ворить откровенно, задача эта очень непростая. Существуют
принципиально отличные подходы к конструированию этого уст-
ройства, да и чисто технические моменты (расчет номиналов эле-
ментов, их расположение в корпусе АС) требуют основательных
знаний. И все же кое--что вполне работоспособное нам удастся
сделать своими руками!
Что можно сказать о существующих на сегодняшний день под-
ходах к конструированию кроссовера? Долгое время подавляющее
большинство коммерческих фирм и частных любителей пользова-
лись так называемыми пассивными схемами (рис. 4.8).
Рис. 4.8. Структурная схема пассивного кроссовера
Гпава 4. Электроакустическая техника 145
Выходной сигнал УНЧ подавался на специальный фильтр, со-
стоящий из пассивных элементов — катушек индуктивности, ре-
зисторов, конденсаторов — и далее, разделяясь им на частотные
полосы НЧ, СЧ, ВЧ, поступал на динамические головки. Все эти
элементы монтировались на одной печатной плате, которая уста-
навливалась внутри акустического оформления АС. Такое реше-
ние, вне всякого сомнения, обладает многими достоинствами,
среди которых — дешевизна, отсутствие необходимости обеспече-
ния дополнительного питания, надежность (ломаться в такой схе-
ме нечему). Но и недостатков тоже много. Например, создать пас-
сивный кроссовер с затуханием хотя бы 18 дБ на октаву очень
сложно, причем главная проблема состоит не в расчете номина-
лов, а как раз в обеспечении их стабильности во времени. При из-
готовлении нужно очень точно «попасть» в расчетные значения,
что также непросто, особенно при промышленном производстве.
Тем не менее, пассивный метод «прожил» не один десяток лет
практически безальтернативно. Сегодня ситуация изменилась ко-
ренным образом.
Все чаще и чаще стали встречаться активные схемы (рис 4.9)
Здесь сигнал разделяется не после, а до УНЧ (уже в предваритель-
ном усилителе). Усиление происходит по каждой частотной поло-
се отдельно. Таким образом, динамические головки подключаются
непосредственно к выходам полосных УНЧ, минуя пассивный
фильтр (его просто нет в этой схеме).
Чем хороша активная схема? Ну хотя бы тем, что возможно от-
казаться от больших моточных изделий (катушек индуктивности),
а безиндуктивные фильтры проектировать на основе операцион-
ных усилителей. Вдобавок, с помощью фильтров, построенных на
Рис. 4.9. Структурная схема активного фильтра
146
Гпава 4. Электроакустическая техника
ОУ, легко обеспечить крутизну 18 дБ на октаву и даже 24 дБ,
пользуясь элементами со стандартными допусками. Как показыва-
ет практика, усилительный тракт, состоящий полностью из актив-
ных узлов, обладает повышенным КПД и низкими искажениями
Ну а недостатки? Куда же без них! Активный кроссовер требу-
ет питания, но, в конце концов, это беда небольшая, так как его
всегда можно встроить в усилитель. А вот с усилителем сложнее: к
примеру, для трехполосной АС нужно иметь три отдельных УНЧ.
Если мы намерены иметь стереосистему, количество УНЧ увели-
чивается до 6 Если же вспомнить о популярных сегодня системах
домашнего видео «5+1»... Количество усилителей растет, количест-
во соединительных кабелей растет, цена растет. Впрочем, цена
подрастает не столь значительно, сколько качество звука и удобст-
во эксплуатации. Все благодаря интегральным микросхемам, кото-
рые широко используются при создании многополосных УНЧ и
цена которых не смутит радиолюбителей даже с очень скромным
достатком. Тот, кто внимательно прочитал предыдущую главу,
знает о существовании многоканальных интегральных усилителей
(вспомните четырехканальную TDA8571J). Отнюдь не так высоки
затраты на дополнительные разъемы и провода. За активными
кроссоверами — скорее, будущее, за пассивными — возможно,
прошлое.
В области производства профессиональной техники существу-
ет целое направление, которое занимается исключительно произ-
водством активных кроссоверов в виде законченных блоков, осна-
щенных возможностью перестройки частот раздела, вида частот-
ной характеристики, фазы сигналов. В последнее время появились
еще так называемые контроллеры акустических систем, которые,
кроме перечисленных, включают функцию защиты от перегрузки.
Современные профессиональные кроссоверы оснащаются систе-
мами цифрового управления, позволяющими оперативно пере-
страивать характер воспроизведения звука.
Мы не будем склонять читателя к той или иной концепции
кроссоверо-строения. Представляется более разумным предста-
вить оба варианта и предложить читателю самому решать, по ка-
кому пути двигаться дальше.
Расчет пассивного трехполосного кроссовера мы будем выпол-
нять в предположении, что: для акустической системы требуется
максимально горизонтальная частотная характеристика, без зна-
Глава 4. Электроакустическая техника
147
чительных провалов и неравномерности; электрическое сопротив-
ление динамических головок — активное (индуктивность катушки
мы в расчете не учитываем); выходное сопротивление УНЧ гораз-
до меньше входного сопротивления акустической системы
(в транзисторном или микросхемном варианте условие обеспечи-
вается автоматически).
Первая схема пассивного кроссовера приведена на рис. 4.10.
В ней элементы LI, Cl, R1 (динамическая головка ВА1) относятся
к НЧ диапазону, элементы С2, СЗ, L2, L3, R2 (динамическая го-
ловка ВА2) — к СЧ диапазону, и С4, L4, R4 (динамическая голов-
ка ВАЗ) — к ВЧ диапазону.
Рис. 4.10. Схема пассивного кроссовера с крутизной 12 дБ/окт
Вначале необходимо выбрать динамические головки по приве-
денному выше соотношению мощностей и определить их актив-
ное электрическое сопротивление (из справочных таблиц или из-
мерением). Потом нужно рассчитать электрические параметры
схемы по следующим формулам.
Для диапазона НЧ:
П 1
Ц =0,112-Ь; с, =0,226—Ь— .
Анч А нч 'Ч
Для диапазона СЧ:
£, = 0,155-^-; L. = 0,15-^-; г =0,255—1—; С, = 0,09—^—.
А, А. АЛ АЛ
Для диапазона ВЧ:
R 1
L, = 0,255—£; С4 =0,155—!—
J вч J вч *'4
148
Гпава 4. Электроакустическая техника
Естественно, частоты разделения диапазонов нужно подстав-
лять в Гц, тогда мы получим величины индуктивностей и емко-
стей соответственно в Гн и Ф.
Вторая схема кроссовера, предлагаемая читателям, приведена
на рис. 4.II. Она несколько сложнее, чем предыдущая, но облада-
ет крутизной 18 дБ/окт.
Рис. 4.11. Схема пассивного кроссовера с крутизной 18 дБ/окт
Кроссовер имеет три канала. Канал НЧ частот включает в себя
элементы £и, С21, L3i и динамическую головку ВА1. В канале СЧ
работают £12, С12, Z22, С22, Z32, С32, Z32, а также динамическая го-
ловка ВА2. И, наконец, ВЧ канал — это С13, Z23 С33, динамическая
головка ВАЗ. Расчет номиналов элементов нужно также начинать
с выбора динамических головок и частот раздела диапазонов. За-
тем вычисляются номиналы по формулам.
Для НЧ канала:
R 1 R
£и=0,24—Е; С21 =0,21 —— £3. =0,08-^-.
II ' х* 5 21 ’ ту г " 31 5 г
J нч ^Ч*/нч J НЧ
1
Для СЧ канала:
Ln =о,24-—^ ;С,2 =0,025-------;С„ =0,21-------------,
(А,-А,) ЛчЛчАг (Л,-Ач)Й2
L22 = 0,025 1 ; LJ2 = 0,08 ; С,2 = 0,025 —1
•/нч •/вч^-'22 \Увч J нч )
'32
Гпава 4. Электроакустическая техника 149
Для ВЧ канала:
1 /? I
С13 =0,11—2—; Л23 =0,12^; С33 =0,32-2-.
Увч Аз Лч Лч ^3
А теперь сконструируем пассивный кроссовер. Для реализации
акустической системы выберем динамические головки 25ГДН-3-8
(НЧ, сопротивление 8 Ом), 20ГДС-1-8 (СЧ, сопротивление 8 Ом),
10ГДВ-2-16 (ВЧ, сопротивление 16 Ом). Границу раздела НЧ/СЧ
диапазона зададим 420 Гц, а диапазона СЧ/ВЧ — 5 кГц. Номина-
лы элементов схемы рис. 4.10 приведены в табл. 4.5, а номиналы
для рис. 4.11 — в табл. 4.6.
Таблица 4.5
Lb мГн G, мкФ С2, мкФ L2, мГн С3, мкФ L3, мГн С4, мкФ Z.4, мГн
2,1 68 77 2,9 2,4 0,24 2,1 0,81
Таблица 4.6
Z-H, мГн ^21, мкФ *31. мГн 1-12, мГн &12, мкФ 1-22, мГн С22, мкФ Сз2, мкФ 1-32. мГн с13, мкФ 1-23. мГн С33, мкФ
4,6 63 1,5 0,42 28 2,1 5,7 85 0,14 1,4 0,38 4
Частотные характеристики кроссоверов приведены на рис. 4.12
и рис. 4.13.
Если читателю попадут в руки схемы фирменных кроссоверов,
которые используются в промышленной аппаратуре, то стоит обра-
тить внимание на некоторые особенности. К примеру, схема крос-
совера акустической системы «Корвет 150 АС-001М» (рис. 4.14)
имеет дополнительные резисторы Rl—R3, которые ограничивают
мощность сигнала, поступающего на динамические головки, и
формируют специальную частотную характеристику (рис. 4.15), ко-
торая оптимизирована профессиональными разработчиками с уче-
том габаритных размеров и конфигурации акустического оформле-
ния. Такая оптимизация проводится с использованием тестового
оборудования, которым едва ли удастся воспользоваться любите-
лям. Но, еще раз повторимся, предлагаемые схемы типовых кроссо-
веров будут работать тоже очень прилично.
Какие типы элементов нужно использовать для кроссовера?
Вот что пишет на этот счет одессит Игорь Гапонов: «Один из луч-
150
Глава 4. Электроакустическая техника
Рис. 4.12. Частотная характеристика кроссовера (рис. 4.10):
1 — НЧ звено; 2 — СЧ звено; 3 — ВЧ звено; 4 — суммарная
------------ НЧ звено
— — — СЧ звено
-----------ВЧ звено
----------- суммарная
Рис. 4.13. Частотная характеристика кроссовера (рис. 4.11):
1 — НЧ звено; 2 — СЧ звено; 3 — ВЧ звено; 4 — суммарная
Гпава 4. Электроакустическая техника
151
L1
Рис. 4.14. Схема кроссовера АС «Корвет 150АС-001М»
НЧ звено
СЧ звено
ВЧ звено
суммарная
Рис. 4.15. Частотная характеристика кроссовера АС «Корвет 150АС-001М»:
1 — НЧ звено; 2 — СЧ звено; 3 — ВЧ звено; 4 — суммарная
152
Гпаеа 4. Электроакустическая техника
ших в мире конденсаторов должен быть выполнен в стеклянном
цилиндрическом баллоне, наполненном аргоном (криптоном) под
высоким давлением с серебряными цельнометаллическими об-
кладками конфигурации «стакан в стакане», со сварными коакси-
альными серебряными выводами большого диаметра. Другие фан-
тазии разгоряченного ума окутаны призрачной адиабатической
оболочкой и погружены в кипящую пучину жидкого гелия».
Это, конечно же, шутка. На самом деле для изготовления пас-
сивного кроссовера рекомендуется использовать классические ме-
таллобумажные конденсаторы типа МБМ, МБГО, МБГП. или со-
временные полиэтилентерефталатные типа К73-17, К73-24в,
К73-30, К73-34, К73-5 Если в ряду стандартных номиналов не
найдется подходящего, емкость которого получена из расчета,
можно применить параллельное соединение нескольких конденса-
торов Гораздо сложнее дело обстоит с катушками индуктивности.
Использование катушек с ферромагнитными сердечниками недо-
пустимо из-за характерной нелинейности таких катушек индук-
тивности. Поэтому в пассивных кроссоверах всегда применяются
воздушные катушки О том, как рассчитать и изготовить катушку,
рассказано далее.
На рис. 4 16 показаны габаритные размеры катушки. Для ее
намогки используется каркас, склеенный из картона, стеклотек-
столита, пластмассы. Соотношение высоты катушки (/?), внутрен-
него (d) и наружного (D) диаметров должно быть таким:
D = 2d = 4/?
В этом случае конструктивные параметры катушки определя-
ют так. Вначале учитывают омическое сопротивление провода
(/?) в омах, которое не должно превышать 3...5 % от омического
сопротивления динамической головки, в канале которой и будет
Рис. 4.16. Катушка индуктивности для кроссовера
Гпава 4. Электроакустическая техника
153
использоваться данная катушка. Используя значение индуктив-
ности (£) в мкГн, рассчитывают высоту катушки (Л) в мм по
формуле:
Л=‘>,07й-
Затем определяют число витков катушки по формуле:
« = 19,88j|.
И, наконец, диаметр провода (Jnp) в мм рассчитывают по фор-
муле:
rf„p=0,84A
у И
Если в результате расчета значение провода не попадает в
стандартный ряд, его выбирают из ряда в сторону увеличения. Для
намотки используют провод типа ПЭТВ, ПЭЛ, ПЭВ. После на-
мотки катушку желательно погрузить в связующую жидкость, на-
пример, в клей БФ-4, и высушить.
Монтировать кроссовер можно как объемным, так и печатным
способом. Следует стремиться к минимизации длины связей меж-
ду элементами. Смонтированный кроссовер обычно устанавлива-
ют внутри акустических систем.
А теперь мы поговорим об активных кроссоверах. Собственно,
разговор будет не слишком длинным. Понятно, что сегодняшняя
Схемотехника позволяет реализовать любой фильтр без примене-
ния катушек индуктивности. Помогут нам в этом операционные
усилители (ОУ).
Первая схема активного трехполосного кроссовера с крутиз-
ной 24 дБ/окт приведена на рис. 4.17. Она построена па основе
активных фильтров и имеет так называемую характеристику Лин-
квица—Рейли На ОУ DA1 построен входной каскад кроссовера.
Этот ОУ включен по схеме повторителя напряжения. Далее зву-
ковой сигнал разветвляется и его часть поступает на ФВЧ (ОУ
DA2.1 и DA2.3) с частотой среза 3100 Гц, сигнал с которого ис-
пользуется для подачи на усилитель диапазона высоких частот
(ВЧ) Другая часть сигнала подается на ФНЧ с частотой среза
Рис. 4.17. Электрическая схема активного
кроссовера Линквица—Рейли
R1311к
Выход ВЧ
fb > 3100 Гц
К выв. 4
DA2, DA3 <--------
выв. 7 DA1 С2
0,22мк
СЗ
0,22мк
К выв. 11 ______
DA2, DA3
выв. 4 DA1
-»----->+15 В
+[_С4
~г Юмк
—-----1 Общий
±]_С5
"Г Юмк
------->-15 В
Гпава 4. Электроакустическая техника
Гпава 4 Электроакустическая техника
155
3100 Гц (ОУ DA2.2 и DA2.4), который использован в качестве
промежуточного звена.
Комбинация фильтров, построенная на ОУ DA3, формирует
сигналы каналов СЧ и НЧ. ФВЧ с частотой среза 310 Гц (ОУ
DA3.1 и DA3 3) вместе с ФВЧ на ОУ DA2.2 и DA2 4 образует по-
лосовой фильтр СЧ Дополнительный фильтр НЧ на ОУ DA3.2 и
DA3.4 выделяет НЧ составляющую.
На рис. 4.18 приведена частотная характеристика активного
кроссовера Линквица—Рейли. Видно, что характеристика доста-
точно гладкая, провалы в местах сопряжения не превышают 0,2 дБ.
НЧ звено
СЧ звено
ВЧ звено
суммарная
Рис. 4.18 Частотная характеристика кроссовера Линквица—Рейли:
1 — НЧ звено; 2 — СЧ звено; 3 — ВЧ звено; 4 — суммарная
Собрать этот кроссовер можно на печатной плате рис. 4.19 из
фольгированного стеклотекстолита по сборочному рисунку
(рис. 4.20). Электролитические конденсаторы типа К50-35,
К50-68; неполярные конденсаторы — К10-176. Резисторы С2-33 с
156
Глава 4. Электроакустическая техника
зо
Рис. 4.19. Печатная плата
допуском 5 %. В качестве DA1 подойдут ОУ К140УД6, К140УД7 и
другие. Счетверенные ОУ (DA2 и DA3) могут быть типа МС3403,
AD824, LM324, LM224. Подойдет также LM2902, но тогда напря-
жение питание нужно снизить до ±12 В. В настройке кроссовер не
нуждается.
Достаточно неплохой трехполосный кроссовер можно постро-
ить и на одном счетверенном ОУ, правда, придется пожертвовать
величиной крутизны скатов селективной кривой, которая в дан-
ном случае составит 12 дБ/окт. Идея этого кроссовера довольно
Гпава 4. Электроакустическая техника
157
Рис. 4.21. Схема суммарно-разностного активного кроссовера
158 Гпава 4. Электроакустическая техника
проста и не раз описана в радиолюбительской литературе. На ОУ
DAI I построен повторитель напряжения, с выхода которого сиг-
нал поступает на ФВЧ (ОУ DA1.2) и ФНЧ (ОУ DAL3), которые
формируют полосы НЧ и ВЧ. Одновременно сигнал поступает на
суммарно-разностое звено (ОУ DA1.4), в котором суммируются
полосы «НЧ+ВЧ», и вычитанием этого сигнала из общего сигнала
формируется полоса СЧ.
Частотная характеристика этого кроссовера показана на
рис. 4 22. Из нее видно, что в области низких частот (примерно
вблизи точки 300 Гц) имеется небольшой (не более 2 дБ) подъем.
В остальных диапазонах суммарная характеристика достаточно
гладкая.
Собрать кроссовер можно на печатной плате (рис 4.23) с по-
мощью рис. 4.24. Требования к комплектующим такие же, как и в
предыдущей конструкции.
НЧ звено
СЧ звено
ВЧ звено
суммарная
Рис. 4.22. Частотная характеристика суммарно-разностного кроссовера:
1 — НЧ канал; 2 — СЧ канал; 3 — ВЧ канал; 4 — суммарная
Гпава 4. Электроакустическая техника
159
Рис. 4.23. Печатная плата
Заканчивая разговор о кроссоверах, предлагаем читателю
сконструировать так называемый фильтрующий усилитель. Эта
схема разработана фирмой UTC и в своей основе содержит зна-
комую нам микросхему TDA2030. Фильтрующий усилитель пред-
ставляет собой комбинацию фильтров, УНЧ и динамических из-
лучателей.
Схема фильтрующего усилителя приведена на рис. 4.25. Как
видно из принципиальной электрической схемы, усилитель со-
стоит из трех полос, работающих в диапазонах НЧ (/ < 300 Гц),
СЧ (300 Гц < f < 3 кГц) и ВЧ (/ > 3 кГц), причем каждая из ди-
намических головок BAI, ВА2, ВАЗ подключена к выходу собст-
венного активного усилителя, имеющую специальную фильтрую-
щую характеристику.
160
Гпава 4. Электроакустическая техника
Рис. 4.25. Принципиальная схема активного
комбинированного кроссовера
Гпава 4. Электроакустическая техника
161
Канал усиления НЧ построен на микросхеме DAL На входе
микросхемы имеются элементы R6, R9, Rl3, С5, С12, образующие
фильтр. Резистор R16 задает общее усиление, а резисторы R19 и
R20 включены как датчики тока, падение напряжения на которых
управляет транзисторами VT1 и VT2. В предыдущей главе мы уже
встречались с этими транзисторами, поэтому здесь повторяться не
будем. Диоды VD1 и VD2 «спасают» микросхему от обратной по-
лярности напряжения, могущей возникнуть при работе динамиче-
ской головки (которая, как известно, обладает собственной индук-
тивностью). Конденсатор С22 «отрезает» постоянную составляю-
щую на выходе DA1.
Канал СЧ, построенный на микросхеме DA2, проще в выход-
ной части, поскольку основная мощность спектра музыкального
сигнала приходится все же на область низких частот. Но входная
часть сложнее — она состоит из фильтра высоких частот с элемен-
тами С2, СЗ, R3, R4, а также фильтра низких частот на элементах
R7, R14, С6, С13. Резистор R17 задает коэффициент усиления ка-
нала СЧ.
Аналогично каналу НЧ построен и канал ВЧ, основой которо-
го служит микросхема DA3, но без дополнительных выходных
транзисторов. Но здесь на входе DA3 установлен фильтр высоких
частот с элементами С7, СЮ, Rll, R12, R15. Коэффициент усиле-
ния задается резистором R18.
Несколько слов о характеристиках конструкции. При подаче
питания величиной 30...32 В на нагрузке НЧ канала можно полу-
чить мощность до 25 Вт. В остальных каналах мощность распреде-
ляется по соотношению 3,3:2,3:1,0, что несколько отличается от
классического соотношения мощностей, приведенного выше. Тем
не менее, фирма-производитель микросхем TDA2030, проведя се-
рию опытов с этой конструкцией, рекомендует именно такое со-
отношение. При желании, варьируя сопротивлением резисторов
R17 и R18, можно привести соотношение мощностей к типовому
значению.
Крутизна спадов на границе раздела частотных диапазонов у
этого усилителя составляет значение 12 дБ, что, как нам известно,
вполне приемлемо.
Конструктивно фильтрующий усилитель можно собрать на пе-
чатной плате из фольгированного стеклотекстолита (рис. 4.26).
Правильно собрать конструкцию поможет рис. 4.27. Усилитель не
162
Глава 4. Электроакустическая техника
40
Рис. 4.26. Печатная плата
Глава 4. Электроакустическая техника
163
ВА2 ВА1
-о VD1<?
Q-| R22 и-° <
О R18 С7
°-WoT
R9T
С2ОО
' С14
СЮ®
*- Общий
*►+30 В
*► Общий
*-Вход
Рис. 4.27. Сборочный рисунок
164
Глава 4. Электроакустическая техника
критичен к применяемым типам элементов. Подойдут резисторы
типа МЛТ, С2-33, С2-23. Неполярные конденсаторы — типа
К10-176, полярные — типа К50-35, К50-68. В качестве диодов
VD1—VD6 подойдут отечественные КД212. Транзисторы VT1 и
VT2 можно заменить на КТ818, КТ819, КТ864, КТ865 естествен-
но, распаяв их проводами. Динамическая головка ВА1 типа
25ГДН-3-4, ВА2 - типа 20ГДС-1-8, ВАЗ - типа 6ГДВ-2-8. Мик-
росхемы DAI—DA3 можно заменить на отечественный аналог
К174УН19А, правда, придется смириться с повышением коэффи-
циента гармоник с 0,06 до 0,2 %. Микросхемы и транзисторы не-
обходимо установить на радиатор с общей площадью не менее
500 см2, изолировав корпуса от поверхности с помощью прокладок
типа «Номакон».
Собранный усилитель вместе с блоком питания можно размес-
тить внутри корпуса акустической системы, размер которого рас-
считывается по приведенной выше методике. Прежде чем устанав-
ливать усилитель и его блок питания в корпус, рекомендуется на
плате надежно закрепить все элементы, например, приклеить,
чтобы они не дребезжали.
Правильно собранный фильтрующий усилитель в настройке не
нуждается.
* * *
Мы закончили наш короткий рассказ о кроссоверах. Настало
время поговорить об особом виде акустической техники, появив-
шейся в арсенале любителей качественного звука не так давно —
о сабвуферах.
4.5. Что такое сабвуфер
В значительной степени появление сабвуферов обязано жела-
нием иметь качественный «глубокий бас» в помещении ограни-
ченного объема. Такая задача, как мы уже знаем, не так уж и про-
ста в своей практической реализации. Но в последнее время ее ре-
шают достаточно успешно при помощи новой концепции
конструирования всего тракта звуковоспроизведения, начиная от
УНЧ и заканчивая акустическими агрегатами.
Гпава 4. Электроакустическая техника
165
Объем классической акустической системы определяется са-
мой низкой частотой, которую предполагается воспроизводить.
В то же время нам известно, что «басы» не локализуются в про-
странстве, то есть бороться за стереоэффект в басовом диапазоне
просто бессмысленно. Это дает нам полное право «оторвать» низ-
кочастотную динамическую головку, а оставшиеся среднечастот-
ный и высокочастотный динамики заключить в акустическое
оформление меньшего объема, удобно размещаемого в небольшом
помещении. Ну а «басовый» динамик, работающий в диапазоне от
25 до 150 Гц, оформить отдельно, снабдить собственным фильт-
ром низких частот и вдобавок, что лучше, собственным УНЧ с не-
обходимыми регулировками, позволяющими подобрать звучание
под конкретное помещение. Стандартный набор регулировок
включает в себя громкость, частоту среза, фазу сигнала. Итак,
проделав эти операции, мы получим специальное устройство для
воспроизведения «басов» — сабвуфер. Конечно, можно обойтись
без УНЧ, да и фильтрующие свойства сабвуферу придать исклю-
чительно за счет конструкции акустического оформления (как и
поступают производители дешевой акустики), но упрощение все-
гда оплачивается снижением качественных характеристик, поэто-
му рекомендуется больше внимания уделять активным сабвуфе-
рам, имеющим встроенные УНЧ. Важное преимущество сабвуфе-
ра перед классическими системами звукоизлучения состоит в
необходимости иметь только один агрегат, а не два и не четыре.
Мы экономим материалы и пространство!
Как показывают исследования специалистов, наиболее ответ-
ственной частью сабвуфера является его акустическое оформле-
ние, которое должно быть прочным, лишенным дребезжания и
вообще каких бы то ни было деформаций под действием акустиче-
ских волн, излучаемых динамиком. В противном случае сабвуфер
будет не только неприятно потрескивать, но снизится его эффек-
тивность из-за возникновения акустического замыкания. Позна-
комимся с видами акустического оформления сабвуферов, разбе-
рем их достоинства и недостатки.
Самый простой с точки зрения расчета и изготовления вид —
это закрытый ящик (sealed box). С закрытым ящиком нам уже до-
водилось встречаться (рис. 4.28) при расчете акустических систем
закрытого типа. Расчет объема сабвуфера закрытого типа ведется
по тем же формулам, что и для классической закрытой «акусти-
166
Гпава 4. Электроакустическая техника
Рис. 4.28. Закрытый ящик (sealed box)
ки». К сожалению, закрытый ящик недостаточно эффективен с
точки зрения использования мощности, отдаваемой УНЧ — она
расходуется на сжатие воздуха внутри ящика, а значит, переходит
в тепло. Конечно, набивка внутреннего объема звукопоглотителем
типа ваты или войлока позволяет поднять эффективность на
20...25 %, и этим приемом пользуются при изготовлении сабвуфе-
ров. Рекомендуем начать конструирование сабвуферов именно с
закрытого типа, как наиболее простого.
Второй тип, также знакомый читателю, — ящик с фазоинвер-
тором (vented box). Тоннель фазоинвертора, располагающийся с
фронтальной стороны сабвуфера, «разворачивает» колебания
тыльной стороны динамической головки на 180 градусов, не соз-
давая при этом акустического короткого замыкания. Это более
«продвинутый» с точки зрения эффективного использования зву-
ковой энергии метод по сравнению с предыдущим, но и у него
есть свои недостатки. Во-первых, фазоинвертор рассчитать намно-
го сложнее, чем закрытый ящик, что может оказаться доступным
только опытным радиолюбителям. Во-вторых, излучение фазоин-
вертора имеет максимум на определенной частоте (резонансный
режим) и плавно спадающую характеристику вправо и влево от
максимума Впрочем, этот спад не обладает высокой крутизной,
поэтому вполне удовлетворяет слушателей в диапазоне 1—2 октав.
Третий тип читателю не знаком по причине того, что он ис-
пользуется только в технике сабвуферов — полосовой ящик
(bandpass). Бандпасс (рис. 4.30) вы наверняка встречали в магази-
нах, торгующих техникой для домашних кинотеатров и мультиме-
диа-аксессуарами для компьютеров (а может быть, он уже есть у
Гпава 4. Электроакустическая техника
167
Рис. 4.29. Ящик с фазойнвертором
(vented box)
Рис. 4.30. Полосовой ящик
(bandpass)
вас дома). Внешне он похож на ящик с трубой большого диаметра,
уходящей в глубину. Снаружи не видно решеток, скрывающих ди-
намические головки. Только тоннель фазоинвертора — и все.
Бандпасс — это развитие идеи фазоинвертора. Наиболее рас-
пространены на рынке так называемые бандпассы четвертого по-
рядка. Как видно из рис. 4.30, динамическая головка не имеет не-
посредственного выхода наружу, а закреплена на перегородке ме-
жду двумя камерами. Камера 1 полностью закрыта и напоминает
конструктивно sealed box. Камера 2 имеет трубу фазоинвертора,
которая излучает НЧ колебания. В чем преимущества бандпасса
по сравнению с остальными типами сабвуферов? Во-первых, это
наиболее эффективный тип низкочастотного излучателя, обладаю-
щий максимальной отдачей звуковой энергией. Во-вторых, в клас-
се дешевой акустической техники он не заменим — частотная ха-
рактеристика бандпасса задается только геометрическими разме-
рами, а значит, отпадает необходимость иметь встроенный
полосовой фильтр (активный или пассивный), встроенный УНЧ.
Частотная характеристика бандпасса имеет резонансный вид, с
максимумом излучения и спадающими боковыми полосами. Варь-
ируя геометрические размеры ящика, диаметр и длину фазоинвер-
тора, можно сделать бандпасс с острой частотной характеристи-
кой, а можно — с пологой, медленно спадающей. Но чем более
168
Глава 4. Электроакустическая техника
пологая характеристика, тем меньше эффективность излучения, в
то же время острая «частотка» может сделать звук «бубнящим».
С учетом сказанного, расчет и изготовление хорошего бандпасса
выливается в непростую задачу оптимизации.
Значительно менее распространен так называемый бандпасс
шестого порядка, в котором обе камеры имеют тоннели фазоин-
верторов с разной частотой настройки (рис. 4.31).
Характеристика бандпасса становится двугорбой, а зцачит, бо-
лее пологой. К сожалению, этот вид бандпасса, по некоторым
сведениям, защищен патентом, держателем которого является из-
вестная фирма «Bose», что не позволяет наладить широкомас-
штабное промышленное производство бандпасса 6-го порядка.
Тем не менее, радиолюбителям возможно изготовить такой сабву-
фер, воспользовавшись сведениями, неоднократно публиковав-
шимися в отечественной и зарубежной радиолюбительской печа-
ти (рис. 4.32).
Основу сабвуфера, воспроизводящего частоты 35... 150 Гц, со-
ставляет динамическая головка типа 75ГДН. Она закрепляется на
прямоугольной доске с отверстием под диффузор. Щель между
Гпава 4. Электроакустическая техника
169
доской и динамической головкой герметизируется. Материалом
корпуса служит древесно-стружечная плита (ДСП) или много-
слойная фанера толщиной не менее 20 мм. Но наиболее желатель-
но использовать так называемую среднедисперсную древес-
но-стружечную плиту импортного, производства (MDF), внутрен-
няя структура которой равномерна, а сама она хорошо поддается
механической обработке. После сборки корпус герметизируется,
оклеивается декоративным материалом или окрашивается крас-
кой. Внутренняя поверхность сабвуфера должна быть оклеена
войлоком, ватином, пенорезиной или, в крайнем случае, пороло-
ном. Поролон менее желателен, так как он быстро стареет и пре-
вращается в склизскую массу.
Отметим, что существуют и другие разновидности сабвуферов,
как, например, сабвуфер с пассивным излучателем, сабвуфер ла-
биринтного типа. Они значительно менее распространены, поэто-
му мы к ним обращаться не будем.
Как показывает практика, фильтры низкой частоты отсутству-
ют только в самых дешевых сабвуферах. Модели среднего ценово-
го диапазона даже в исполнении бандпасса имеют небольшие
170
Гпава 4 Электроакустическая техника
ФНЧ с малой крутизной, исключающие попадание на низкочас-
тотную динамическую головку звуковых компонент выше 150 Гц,
не говоря уже о vented box, а тем более о sealed box. Наиболее пер-
спективным на сегодняшний день считается установка прямо в
корпус сабвуфера активного ФНЧ.
Схема простого активного ФНЧ для сабвуфера приводится на
рис. 4 33 Она построена на основе всего лишь одного четырехка-
нального операционного усилителя. На элементе DAI.1 построен
усилитель-сумматор сигналов левого и правого канала. Далее про-
суммированный сигнал поступает на двухкаскадный ФНЧ (ОУ
DA1.2 и DA1.3). Инвертор DA1.4 предназначен для инвертирова-
ния фазы сигнала. Инвертирование фазы необходимо для на-
стройки сабвуфера под индивидуальные особенности помещения.
Для оперативного переключения фазы предусмотрен переключа-
Рис. 4.33. Принципиальная схема фильтра НЧ
для активного сабвуфера
Гпава 4. Электроакустическая техника
171
тель SAI (он может быть галетного типа ПГ2 или тумблером
МТ1). Регулятор громкости — резистор R17.
Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики пока-
заны на рис. 4 34. Согласно характеристикам, основной диапазон
работы фильтра лежит в пределах 30...50 Гц и плавно спадает как
слева, так и справа от максимума. На частоте 40 Гц фазовый.сдвиг
между входом и выходом составляет 0 (или 180 ). При желании
немного подрегулировать фазу без значительного изменения час-
тоты максимума можно изменением номинала резистора R10.
90,00
36,00
-18,00
-72,00
-126,00
-180,00
характеристики фильтра
Рис. 4.34. Амплитудно-частотная (о) и фазо-частотная (б)
Печатная плата фильтра приведена на рис. 4 35, собрать его
можно по рис. 4.36. Комплектация — традиционная. Резисторы
типа С2-33, МЛТ, С2-23. Конденсаторы: неполярные К10-17, по-
лярные — К50-68. Питается фильтр от источника двуполярного
напряжения ±15 В.
Наш короткий рассказ о сабвуферах — это только начало боль-
шого разговора. Читатели смогут освоить эгу тему самостоятельно,
тем более, что информации в Интернете можно разыскать доста-
точно.
172
Гпава 4. Электроакустическая техника
50
Рис. 4.35. Печатная плата
4.6. Маленькие хитрости
Эти небольшие советы пригодятся всем читателям, кто решит
изготовить самостоятельно акустическую систему или привести в
порядок промышленный образец.
4.6.1. Чтобы придать акустической системе законченный вид,
в промышленных условиях используют древесный шпон, кото-
рым оклеивают сверху ящик В любительских условиях восполь-
зоваться шпоном сможет далеко не каждый — это требует боль-
Гпава 4. Электроакустическая техника
173
шого столярного опыта. Поэтому готовый ящик можно оклеить
специальной декоративной пленкой, которая продается в магази-
нах строительных товаров. Пленка имеет липкую основу и мно-
жество всевозможных текстур — под дерево, шлифованный ка-
мень, краску.
4.6.2. Отечественные акустические агрегаты, произведенные за
последние 20 лет, имеют ряд конструктивных недостатков, кото-
рые достаточно просто устраняются в любительских условиях. Лю-
бители рекомендуют разобрать АС, обклеить внутреннюю поверх-
ность каким-либо звукопоглотителем, например, тонким войло-
ком. Еще один недостаток — внутренние электрические
соединения обычно выполняются разъемными, что, конечно, уп-
рощает сборку и ремонт агрегатов, но увеличивает контактные со-
противления (вдобавок, оно увеличивается по прошествии време-
ни), что вносит дополнительные звуковые искажения. Нужно от-
казаться от всех разъемных соединений и выполнить их пайкой.
Более «смелые» доработки заключаются в изменении схемы крос-
совера, индивидуальном подборе элементов, удалении некоторых
конструктивных элементов динамических головок и так далее Мы
об этих доработках говорить подробно не будем
4.6.3. Все больше в моду входят так называемые акустические
кабели, изготовленные из специальной бескислородной меди.
В основном акустические кабели предназначаются для подключе-
ния акустических агрегатов, то есть по ним протекают значитель-
ные токи. Специалисты до сих пор спорят о целесообразности
применения акустических кабелей, причем предмет спора заклю-
чается в следующем: «Целесообразно ли затрачивать значительные
финансовые средства на столь незначительные улучшения качест-
ва?» Как бы там ни было, читатель вправе сам попробовать разные
варианты и выбрать лучший для себя, тем более, что приобрести
акустический кабель сегодня очень просто. К примеру, на
рис. 4.37, а показана марка SVEN SSO12-4803, двухжильная,
имеющая сечение проводника 5,26 мм
На рис. 4.37, б представлен кабель SVEN SSO 16-1402, также
двухжильный, но между проводниками проложена изоляционная
перегородка для уменьшения емкости. Сечения проводника
2,62 мм2, вдобавок каждый проводник сверху имеет серебрение.
774
Гпава 4. Электроакустическая техника
Рис. 4.37. Акустический кабель:
a — SVEN SS012-4803; б — SVEN SS016-1402
4.6.4. Всегда нужно помнить, что в электроакустике очень
много нехоженых дорог, огромный простор для экспериментов.
На рис. 4.38 показана конструкция сабвуфера, разработанная лю-
бителем-электроакустиком. Вернее, даже не разработанная, а под-
смотренная у природы, у головоногого моллюска-наутилуса, оби-
тающего в Индийском океане. Насколько хорошо «работает» та-
кой сабвуфер, конструктором не сообщается, но уже само желание
поиска новых путей заслуживает уважения'
Рис. 4.38. Сабвуфер-наутилус
Глава 4. Электроакустическая техника
175
4.6.5. Как сказал однажды знакомый автора этой книги, «все,
что можно было в этом мире рассчитать с помощью ручки и листа
бумаги, уже рассчитано». То есть, в компьютерный век лучше всего
пользоваться компьютерными программами. Есть ли такие про-
граммы для электроакустики? Есть, и довольно много, причем мно-
гие из них можно бесплатно «скачать» в Интернете. Тема компью-
терных расчетов настолько большая, что ради нее нужно делать от-
дельную книгу. Поэтому здесь приводим только краткие описания
«софта» и адреса, откуда его можно получить. Вообще, как показы-
вает практика, подавляющее большинство этих программ легко ос-
ваивается, и если вы немного знакомы с компьютером, а также
прочитали данную книгу, у вас все должно получиться.
Blaubox (http://www.avtozvuk.com/infores/soft/blau.exe).
Программа для расчета наиболее распространенных типов сабву-
феров (закрытый ящик, ящик с фазоинвертором, бандпасс). С ее
помощью можно получить геометрические размеры акустического
оформления, прогнозируемую частотную характеристику.
Perfect Box (http://www.avtozvuk.com/infores/soft/perf.zip).
DOS-вариант программы для расчета геометрических размеров
акустического оформления. Кроме того, имеется база параметров
динамических головок (конечно, импортных), но ее возможно по-
полнить своими данными.
Box Plot (http://www.avtozvuk.com/infores/soft/boxplt2.zip).
Программа, позволяющая наглядно представить влияние парамет-
ров Тиля—Смолла на характеристики акустического агрегата.
К сожалению, является демо-версией, поэтому не позволяет вы-
полнить ряд практических расчетов.
JBL Speakershop (http://www avtozvuk.com/mfores/soft/jblspkrshp.zip).
Программа для расчета сабвуферов от известной компании JBL.
Позволяет рассчитывать как геометрические размеры акустиче-
ского оформления, так и параметры пассивного кроссовера.
РХО (http://www.avtozvuk.com/infores/soft/pxo.exe).
DOS-программа для расчета пассивного кроссовера. Позволяет
при введении частот раздела, крутизны скатов и типа фильтра по-
лучить его схему с указанием всех номиналов и частотных харак-
теристик.
Глава 5
ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ ДИ-ДЖЕЯ
Дискотека не сможет состояться, если абсолютно все ее участ-
ники, настроив аппаратуру, украсив зал и включив музыку, станут
танцевать. Обязательно нужен хотя бы один человек, который возь-
мет на себя функции «рулевого», или, как сейчас говорят, ди-джея,
то есть ведущего дискотеки Этот человек, конечно, сможет перио-
дически оторваться от своих обязанностей и немножко «зажечь» в
танце, но все же основное время ему необходимо будет провести в
сидячем положении, рядом с аппаратурой Ди-джею придется сле-
дить за сменой музыки, оперативно регулировать параметры звуко-
воспроизведения, объявлять о смене музыкальных композиций, да
и просто веселить танцующих шутками, розыгрышами. Данная гла-
ва поможет технически решить эти важные задачи
5.1. Микрофонное хозяйство
Один из самых важных приборов на дискотеке — это микро-
фон. Причем его необходимость появляется уже на самых малень-
ких праздниках, «комнатных» вечеринках, когда у собравшихся
возникает желание спеть вместе с «караоке по-русски». Более мас-
штабные праздники без микрофона не смогут обойтись уже пото-
му, что ди-джею не удастся перекричать музыку силой только сво-
его голоса. Поэтому мы рассказываем о несложной микрофонной
технике подробно.
Итак, микрофон. Это устройство, с помощью которого акусти-
ческие колебания воздуха преобразуются в электрические колеба-
ния. Понятно, что электрические колебания можно потом усили-
вать, преобразовывать, записывать на различные носители. Мик-
рофон должен обладать определенным набором характеристик,
которые и позволят его использовать в качестве преобразователя
звуковых колебаний в электрические. Например, микрофон не
должен превращать хороший звук в набор визгов и хрипов, или в
Гпава 5. Электроника для ди-джея
177
такой сигнал, который никто не сможет расслышать. Микрофон
должен в минимальной степени реагировать на посторонние зву-
ки, и в то же время иметь максимальную отдачу для полезного
сигнала. Кроме того, конструктивно современный микрофон про-
сто обязан быть таким, чтобы его было приятно взять в руки, что-
бы им было удобно пользоваться.
Недаром разработкой и производством микрофонов занимают-
ся специализированные фирмы. Не случайно стоимость фирмен-
ных микрофонных образцов высокого качества порой сравнивает-
ся со стоимостью приличного концертного усилителя — создать
хороший микрофон, отвечающий современным требованиям, не-
просто' По меткому выражению одного из специалистов в области
звуковоспроизведения, «за отдельными и экземплярами охотятся,
как за скрипками Страдивари». Сегодняшний микрофон пред-
ставляет собой сложный электронный прибор, включающий в се-
бя не только преобразователь акустических колебаний, но и ана-
лого-цифровой преобразователь (АЦП), и даже цифровой процес-
сор для предварительной обработки электрического сигнала.
Создать такой прибор в любительских условиях практически не-
возможно Но, к счастью, для наших задач этого и не нужно Мы
обратимся к классическим микрофонам и приставкам к ним, ко-
торые можно собрать из деталей, купленных на радиолюбитель-
ском рынке. Тем не менее, их характеристики устроят подавляю-
щее большинство людей, как пришедших на дискотеку повесе-
литься, так и ди-джеев.
Подавляющее большинство микрофонов состоит из двух взаи-
мосвязанных частей: собственно чувствительного элемента, выпол-
няющего роль преобразователя колебаний, и схемы усиления элек-
трического сигнала Все дело в том, что на выходе преобразователя
амплитуда электрического сигнала столь невелика, что непосредст-
венно передавать его по кабелю нельзя — сигнал пропадет за поме-
хами. Поэтому слабый сигнал нужно предварительно усилить... Но
об этом чуть позже, а сейчас поговорим о преобразователях.
На сегодняшний день разработано множество чувствительных
элементов, использующих самые разные физические принципы.
Широко используются угольные, электродинамические, электро-
магнитные, конденсаторные, электретные, пьезоэлектрические
разновидности. Об основных принципах их устройства интересую-
щиеся смогут прочитать в книге [И. П. Шелестов, Б. Ю. Семенов.
178
Гпава 5. Электроника для ди-джея
Рис. 5.1. Устройство
электродинамического
микрофона
Путеводитель в мир электроники. В 2-х
кн. М.: Солон-Пресс, 20041. А мы сразу
перейдем к наиболее интересным вари-
антам.
Устройство электродинамического
микрофона показано на рис. 5.1. Звуко-
вые колебания здесь воздействуют на
диафрагму, к которой закреплена ка-
тушка, намотанная тонким проводом.
Катушка перемещается в магнитном
поле постоянного магнита. Таким об-
разом, на выходных клеммах возникает
ЭДС, пропорциональная частоте звуковых колебаний.
Сразу скажем, что электродинамический микрофон обладает
достаточным качеством для передачи речи (его верхняя частотная
граница лежит около 8 кГц). Однако найти сегодня эту разновид-
ность непросто — отечественные микрофоны электродинамиче-
ского типа, предназначенные для использования в любительских
условиях, выпускались в 60—70-х гг прошлого века, в основном
для комплектации так называемых бобинных магнитофонов.
Более интересен для сегодняшнего читателя конденсаторный
(и его разновидность — электретный) микрофон. Его устройство
показано на рис. 5.2. Между обкладками конденсатора, одна из
которой является диафрагмой, имеется небольшой зазор. Колеба-
ния диафрагмы изменяют емкость этого конденсатора, что моду-
лирует ток, задаваемый резистором R1 (через согласующий каскад
на полевом транзисторе VT1). К электретному типу относятся
Звук
пит
Выход
VT1
R2
Общий
Рис. 5.2. Устройство конденсаторного (электретного) микрофона
Гпава 5. Электроника для ди-джея
179
Рис. 5.3.
Профессиональный
конденсаторн ый
микрофон
микрофоны МКЭ-332, МКЭ-333, МКЭЗ, 34J9E,
НМ00603, НМОЮОЗ, имеющие в составе со-
гласующий каскад на полевом транзисторе.
Вообще-то существует две разновидности
конденсаторных микрофонов — с малой диа-
фрагмой и с большой диафрагмой. Первая раз-
новидность относится к широко распространен-
ной, и мы будем ее использовать в своих конст-
рукциях. А вот вторая встречается только в
профессиональных студийных условиях и имеет
высокую стоимость (рис. 5 3).
Поговорим (очень кратко) об основных ха-
рактеристиках микрофонов. Во-первых, очень
важным параметром является чувствительность,
или, другими словами, способность преобразо-
вания акустического давления (измеряется в
паскалях) в электрическое напряжение (изме-
ряется в вольтах). Чем больше величина отношения электриче-
ской величины к акустической, тем и чувствительность выше. Для
справки, чувствительность современных электретных микрофонов
лежит в пределах 5...50 мВ/Па, что на порядок выше чувствитель-
ности электродинамических микрофонов. Используют еще одну
характеристику чувствительности, называемую уровнем чувстви-
тельности. Она нормируется к значению 1 B/Па и измеряется в де-
цибелах.
Во-вторых, нормируют микрофоны и по номинальному диапа-
зону частот, то есть определяют их способность преобразовывать
те или иные частоты звукового сигнала. Что касается современных
электретных микрофонов высокого качества, то их номинальный
диапазон составляет 20...20 000 Гц
В документации на различные модели микрофонов может
встретиться еще масса других параметров, таких, например, как не-
равномерность чувствительности в полосе номинального диапазона
частот, частотная характеристика, уровень собственных шумов, ди-
намический диапазон Мы не будем рассматривать эти параметры,
но перед тем, как приступить к практическим конструкциям, рас-
смотрим важную характеристику, называемую направленностью.
Она характеризует уровень чувствительности микрофона в зависи-
мости от того, как в пространстве приходит к нему звуковая волна.
180 Гпава 5. Электроника для ди-джея
Таблица 5.1. Основные характеристики некоторых электретных микрофонов
Наименование Диаметр, мм Напряже- ние, В Ток, мА Чувствитель- ность, дБ Диапазон, Гц Отношение сигнал/шум, дБ
НМ00603А 6,0 3,0 0,5 -64 ±3 30...16 000 58
НМ00603В 6,0 3,0 0,5 -65 ±4 30...16 000 58
НМ01001А 9,8 1.5 0,3 -64 ±3 50...16 000 58
НМОЮОЗА 9,8 3,0 0,8 -64 ±3 50...16 000 58
Самый простой вид такой характеристики — ненаправленная
(рис. 5.4, а). Здесь микрофон имеет круговую характеристику и его
чувствительность во всех направлениях (0...3600) одинакова. Слу-
чай ненаправленного микрофона — довольно редкий, так как этот
эффект проявляется только на низких частотах. При повышении
частоты начинают сказываться геометрические размеры корпуса
микрофона (вернее, уменьшается отношение длины волны к гео-
метрическим размерам), что придает микрофону направленные
свойства.
Двунаправленная характеристика (рис. 5.4, б) имеет вид «вось-
мерки». Этот вид микрофона встречается в студийных условиях.
Наиболее распространены микрофоны с характеристикой в
виде кардиоиды (рис. 5.4, в). Разновидностями кардиоидной ха-
рактеристики являются суперкардиоида и гиперкардиоида. Их
различие — только в форме кривой пространственной чувстви-
тельности.
Особый вид направленных микрофонов — остронаправленные.
Вид их пространственной характеристики чувствительности имеет
ярко выраженный максимум (как правило, расположенный вдоль
Рис. 5.4. Характеристики направленности микрофонов:
а — ненаправленная; б — восьмерка; в — кардиоида
Гпава 5. Электроника для ди-джея
181
оси микрофона) и очень быстрый спад при отклонении от оси.
Эти микрофоны также относятся к профессиональной дорого-
стоящей технике.
Несколько слов о конструктивном исполнении микрофонов.
Едва ли сегодня найдется человек, который никогда не видел (хо-
тя бы по телевизору) микрофона. Обычно микрофон имеет вытя-
нутую часть в виде ручки, за которую его держат, и «набалдаш-
ник» с защитной сеткой (поролоновой насадкой), защищающей
чувствительный элемент от влаги и механических повреждений.
Самодельный микрофон тоже можно поместить в подходящую
пластиковую трубку, склеить из тонкого поролона защитный ку-
пол над электретным преобразователем. Здесь для читателя пред-
ставляется большой простор для фантазии.
Ну а нам пора рассказать о практических конструкциях. И пре-
жде всего — о конструкции активного микрофона, позволяющего
получить качественный звук и высокую помехозащищенность
очень простыми методами. Схема этого микрофона показана на
рис. 5.5. Каскад DA1, построенный по схеме неинвертирующего
включения, в данном варианте имеет усиление 6 дБ (в 2 раза). Уве-
ВМ1 — МКЭ-378, НМ00603А
DA1, DA2 —КР1407УД2
Рио. 5.5. Принципиальная схема активного микрофона
с дифференциальным выходом
182
Гпава 5. Электроника для ди-джея
15
Общий Выход
Рис. 5.6. Печатная плата
Рис. 5.7. Сборочный рисунок
Глава 5. Электроника для ди-джея
183
личить коэффициент усиления можно, увеличив сопротивление
резистора R5. Каскад на ОУ DA2 инвертирует сигнал, не усиливая
его. Таким образом, с правых (по схеме) выводов конденсаторов
С6 и С7 снимается помехоустойчивый дифференциальный сигнал.
Резисторный делитель R6, R7 задает искусственную «среднюю точ-
ку», конденсаторы С2 и С5 входят в цепи коррекции операцион-
ных усилителей.
Печатная плата микрофона показана на рис. 5.6, а собрать его
можно по рис. 5.7. Печатная плата специально разработана узкой,
чтобы поместиться в узкий корпус (желательно покрыть плату
сплошным экраном из тонкой жести или меди). Выключатель S1
размещается в удобном месте на боковой поверхности. Для пита-
ния можно использовать батарейку типа «Крона» с напряжением
9 В. Схема должна сохранять работоспособность при снижении
напряжения до 5 В. Требования к радиоэлементам — стандартные.
ОУ КР1407УД2 можно заметить на КР1407УД1, КР1407УДЗ.
На рис. 5.8 показана схема согласующего устройства для актив-
ного микрофона, которое подключается непосредственно к УНЧ и
несет функции преобразователя сигнала из дифференциального в
обычный (синфазный) вид. Здесь используется счетверенный опе-
Вход"+" СЗ Юмк
С16
100
DA1.1
R9 47к
Общий
Вход
С1
56
С2
56
,R2
ЮОк
R4
Юк
R14|
DA1.3 47К!
DA1.4
С4 Юмк
DA1 — LM324, AD824AN
-U
С13
Юмк
С14
47мк
С11
0,1мк
С15
0,1мк
СЮ
0,1 мк
Рис. 5.8. Согласующее устройство для активного микрофона
с однополярным питанием
С17 Юмк
R10
47к
Выход
R11
47к
Общий
R12
Юк
С12
Юмк
184
Гпава 5. Электроника для ди-джея
рационный усилитель DA1, каскады DAM и DA1.2 усиливают
дифференциальный сигнал раздельно. Коэффициент усиления ре-
гулируется резистором R6 (подойдет любой переменный резистор,
желательно с логарифмической зависимостью) в пределах 6 ..60 дБ
Каскад DA1.3 несет функцию преобразования дифференциального
сигнала, каскад DAL4 служит для получения «средней точки», ко-
торая задается резисторным делителем R12, Rl3
Печатная плата показана на рис. 5.9, а «сборка» — на рис. 5.10.
Разместить согласующее устройство можно в подходящей коро-
бочке из пластмассы (такие коробочки сегодня можно купить в
Рис. 5.9. Печатная плата
Рис. 5.10. Сборочный рисунок
Гпава 5. Электроника для ди-джея 185
магазинах, торгующих радиодеталями), закрепить снаружи рези-
стор регулировки громкости (его также можно назвать регулято-
ром чувствительности) и разъемы типа DIN. Питать устройство
можно от БП усилителя, предварительно «заведя» на разъем на-
пряжение.
Достоинство приведенной схемы в том, что для ее питания не-
обходимо однополярное напряжение 9.. 12 В. Если читателю не
удастся приобрести счетверенный «операционник», можно со-
брать согласующее устройство по схеме рис. 5.11, используя очень
доступные радиодетали, но питать его придется уже двуполярным
напряжением 15 В.
Рис. 5.11. Согласующее устройство для активного микрофона, имеющее
двуполярное питание
Входной дифференциальный усилительный каскад собран на
четырех транзисторах VT1—VT4. Регулировка чувствительности
осуществляется резистором R6. На ОУ DA1 построен дифферен-
циальный усилитель-преобразователь. Собрать устройство можно
на печатной плате рис. 5.12, а поможет в этом рис. 5.13.
Несколько слов о том, как подключить микрофон к согласую-
щему устройству. Те читатели, которые пока не догадались, как
это можно сделать, могут обратить внимание на рис. 5.14. Для
подключения необходимо иметь двухжильный экранированный
186
Глава 5. Электроника для ди-джея
43
Рис. 5.12. Печатная плата
Рис. 5.13. Сборочный рисунок
Гпава 5. Электроника для ди-джея
187
Микрофон
Экранированный
Согласующее устройство
Рис. 5.14. Подключение активного микрофона
к согласующему устройству
кабель (в крайнем случае подойдет сдвоенный кабель с экраниро-
ванием каждой жилы, тогда нужно экраны соединить вместе).
5.2. Как смешать несколько сигналов
Оборудование ди-джейского места должно обязательно вклю-
чать смеситель нескольких звуковых сигналов — так называемый
микшер Необходимость его наличия диктуется тем, что источни-
ков сигнала может быть несколько — CD-проигрыватель, компь-
ютер, магнитофон, микрофон — и все эти сигналы нужно «завес-
ти» на один усилитель. Даже если в распоряжении ди-джея оказы-
вается только два источника, один из которых — микрофон,
микшер все равно нужен. Он позволит, например, создать инте-
ресный эффект, когда музыкальная композиция объявляется в то
время, когда она уже началась. Таким образом, слова накладыва-
ются на музыкальный проигрыш, и это звучит очень профессио-
нально. Не обойтись без микшера в случае «караоке», когда одно-
временно должны звучать музыка и голос поющего.
Схема простого микшера приведена на рис 5.15. Она настоль-
ко проста, что собрать ее можно на макетной плате или на кусоч-
ке картона. Сигналы с источников подаются на входы, регулиров-
ка уровня каждого сигнала осуществляется резисторами Rl—R3
Сигналы суммируются на затворе транзистора VT1, включенного
повторителем. Просуммированный сигнал снимается с истока
(с резистора R7) и подается на вход УНЧ. Питается микшер на-
пряжением 6.. 9 В При желании можно добавить еще 2—3 входа,
включив их аналогично элементам Cl, Rl, R4
Недостаток простого микшера — сравнительно низкое входное
сопротивление, определяемое резисторами Rl—R3. Поэтому луч-
ше (если есть возможность) изготовить микшер по схеме рис. 5.16
188
Глава 5. Электроника для ди-джея
Вход 1
Вход 2
Вход 3
С1 Юмк di
Z IU R4
х|| д10к 100к
+UnnT
Общий
Выход
l/lR7
U 6,8к
-----------) Общий
VT1 - КП303А...Е, КП364А...Е
Рис. 5.15. Простой микшер
R10
51к
<------
С7
0,1мк
С8
0,1мк
<------
— f---> +UnMT
♦]_С9
~г47мк
— >--1 Общий
±1_С10
~Г 47мк
— ---> — иПит
DA1 — LM324
AD824AN
Рис. 5.16. Микшер с высоким входным
сопротивлением
Гпава 5. Электроника для ди-джея
189
Каскады на ОУ DA1.1—DA1.3 образуют повторители с высоким
входным сопротивлением. Регуляторами громкости по каждому
каналу служат резисторы R4—R6. Каскад на DA1.4 включен по
50
Рис. 5.17. Печатная плата
Рис. 5.18. Сборочный рисунок
190
Гпава 5. Электроника для ди-джея
схеме сумматора с коэффициентом усиления 1. Чтобы микшер
служил еще и общим предварительным усилителем, возможно
увеличить сопротивление резистора Rl 1 Печатная плата показана
на рис 5.17, сборка — на рис. 5.18. Питается микшер двуполяр-
ным напряжением 15 В.
Если потребуется стереофонический вариант микшера, нужно
изготовить две идентичные платы, связав их общие провода.
В этом случае резисторы регулировки уровня сигнала должны
быть сдвоенными.
5.3. Зачем на дискотеке головные
телефоны?
Головные телефоны, или, как еще их называют, «наушники»,
танцующим не нужны совершенно. Но ди-джею без них не обой-
тись, и вот почему. Если ди-джей не использует в качестве ис-
точника сигнала компьютер или хороший CD-проигрыватель, где
порядок мелодий можно запрограммировать заранее, а работает
только с кассетным магнитофоном, ему придется постоянно ис-
кать место на кассете, где записана та или иная песня. Делать
это придется, пока люди танцуют, в оглушительном грохоте му-
зыки. Следовательно, просто необходимо изолировать уши
ди-джея от посторонних звуков — и помогут ему в этом голов-
ные телефоны.
Какие «наушники» лучше всего подойдут для этих целей?
Можно однозначно сказать, что головные телефоны от стандарт-
ных плееров, с мягкими поролоновыми прокладками, а также те-
лефоны-«затычки» малопригодны для дискотеки — они плохо
изолируют уши от посторонних громких звуков Лучше всего ис-
пользовать «наушники», целиком закрывающие уши. Такие моде-
ли продаются в магазинах, правда, стоят несколько дороже на-
званных выше вариантов
На что нужно обратить внимание при подключении головных
телефонов к аппаратуре? Поскольку входное сопротивление «на-
ушников», как правило, невелико (оно составляет 16... 150 Ом),
аппаратура должна содержать специальный выход, предназначен-
ный только для головных телефонов Если такого выхода нет, не-
обходимо собрать разветвитель входного сигнала и УНЧ мощно-
Гпава 5. Электроника для ди-джея 191
стью не более 0,5 Вт (например, из приведенных в этой книге),
снабдить его регулятором громкости.
5.4. Измеряем уровень выходной мощности
Еще одна задача, которую ди-джей должен постоянно держать
под контролем, — это проблема контроля выходной мощности
усилителя. Из главы, посвященной конструированию УНЧ, мы
знаем, что любой усилитель имеет ограничение по выходной мощ-
ности. Если выходная мощность превысит допустимый предел,
усилитель может выйти из строя (сгореть) или отключиться встро-
енной тепловой защитой. В любом случае оборванная посередине
музыка не «сыграет» на пользу настроению участников дискотеки.
Поэтому лучше проследить с помощью несложных технических
приспособлении за выходной мощностью УНЧ и вовремя умень-
шить громкость. Раньше для этой цели в составе УНЧ имелся
стрелочный индикатор Современная техника оснащается свето-
выми индикаторами типа «пляшущий столбик». Вот о таких инди-
каторах рассказывается в этом разделе.
Первая схема индикатора, доступная для повторения, показана
на рис. 5.19. В ее основе лежит специализированная микросхема
Рис. 5.19. Индикатор уровня сигнала
192
Глава 5. Электроника для ди-джея
LM3915. Работает индикатор следующим образом. Входной сиг-
нал, который подается на последовательно соединенные резисто-
ры Rl, R2, а снимается уже его часть с движка R2. Таким образом,
резистором R2 можно отрегулировать сигнал под конкретный
УНЧ. Далее он поступает на вход микросхемы DA1 (вывод «5»), и
затем сравнивается с опорным напряжением (выводы «6», «7»),
Опорное напряжение задается резисторным делителем R3, R4.
Следует учитывать, что факт равенства опорного и входного на-
пряжения (амплитудное значение) означает зажигание всей ли-
нейки светодиодов HL1—HL10. А еще резистор R3 задает ток све-
тодиодов. Определить опорное напряжение (между выводами «6»
и «2») можно по формуле:
Vref
= 1,25 1 + ,
В.
Ток индикаторов можно определить по формуле:
12 5
IHL = — + 0Д005И f, А.
nL r ’ rej ’
Но вообще-то удобнее воспользоваться расчетными даннымг
из табл. 5.2.
Таблица 5.2
14/, в Яз, кОм Я4, кОм /hl, мА
12 2,7 15 12,0
10 2,2 15 10,2
8 2,2 10 10,4
6 1,8 5,6 10,5
4 1,2 2,2 12,9
2 1.2 0,82 11,9
Гпава 5. Электроника для ди-джея
193
Очень важно знать, какие уровни индицируют светодиоды
В случае применения микросхемы LM3915 будут индицироваться
уровни напряжения на нагрузке. А вот если применить микросхе-
му LM3916 (она имеет точно такую же цоколевку), то можно по-
лучать значения прямо в уровнях мощности Шкала уровней для
двух микросхем показана в табл. 5.3. Для линейки индикаторов
очень важно иметь зоны нормальной работы (зеленый цвет) и зо-
ны перегрузки (красный цвет). Цвета индикаторов также указаны
в таблице. Желтый индикатор указывает на предельно допустимый
режим работы.
Таблица 5 3
Индикатор LM3915, дБ LM3916, дБ Цвет
HL1 +9 +3 Красный
HL2 +6 +2 Красный
HL3 +3 +1 Красный
HL4 0 0 Желтый
HL5 -3 -1 Зеленый
HL6 -6 -3 Зеленый
HL7 -9 -5 Зеленый
HL8 -2 -7 Зеленый
HL9 -15 -10 Зеленый
НПО -8 -20 Зеленый
Собрать индикатор можно на печатной плате (рис. 5.20) с по-
мощью «монтажки» (рис. 5.21). Резистор R2 — типа СП5-16ВА, но
подойдут и другие. Питание индикатора однополярное, напряже-
ние 15 В. Источник должен иметь выходной ток не менее 150 мА.
Подключается он непосредственно к выводам акустической систе-
мы. Настройку индикатора производят при подаче на его вход по-
стоянного напряжения с величиной, равной максимальному вы-
ходному напряжению для конкретного УНЧ. Резистором R2 нуж-
но зажечь индикаторы HL4—HL10.
194
Гпава 5. Электроника для ди-джея
53
Рис. 5.20. Печатная плата
Рис. 5 21. Сборочный рисунок
Второй вариант индикатора уровня приведен на рис. 5.22 Он
проще, чем предыдущий, поскольку шкала индикаторов состоит
всего из пяти светодиодов (HL1—HL5). Номиналы резисторов R1
и R2 можно выбрать, исходя из уровня входного сигнала, по
табл. 5.4. Таким образом, динамический диапазон индикатора —
20 дБ.
Таблица 5.4
—— —“—- —
Входное напряжение, мВ R1, кОм R2, кОм
50...100 1 100
100. .500 47 47
500...5000 100 1
Гпава 5. Электроника для ди-джея
195
Индикатор обладает логарифмической шкалой, приведенной в
табл. 5.5. Там же приводятся рекомендации в отношении цвета
светодиодов.
Собрать индикатор можно на
печатной плате по рис. 5.23, «мон-
тажка» приводится на рис. 5.24.
Питание осуществляется от источ-
ника с напряжением 10... 15 В и то-
ком не менее 70 мА. Элементы С1,
R3 определяют время обратного
хода светящегося столбика. Сни-
зить скорость хода можно, увели-
чив сопротивление резистора R3
до 100 кОм.
Таблица 5.5
Индикатор Уровень, дБ Цвет
НИ +3 Красный
HL2 0 Желтый
HL3 -3 Зеленый
HL4 -9 Зеленый
HL5 -15 Зеленый
Рис. 5.23. Печатная плата
|ООООООООО||РА1
Вход Общий +иПит
Рис. 5.24. Сборочный рисунок
196
Гпава 5. Электроника для ди-джея
5.5. Управляем тембром и громкостью звука
В процессе танцевального вечера ди-джею придется следить за
качеством звука, который будет воспроизводить аппаратура, опе-
ративно его корректировать. Связано это с тем, что разные музы-
кальные произведения записываются в разных студийных услови-
ях, да и разные жанры музыки должны звучать по-разному, с раз-
ным уровнем громкости и тембровой окраски. Поэтому нелишне
будет узнать, с помощью каких несложных технических средств
можно управлять этими параметрами.
Сначала поговорим о регуляторах громкости. Конечно, не сто-
ит останавливаться на классических потенциометрических регуля-
торах громкости — во-первых, мы их уже встречали в книге, а
во-вторых, — они очень простые и не требуют дополнительных
пояснений. Более интересны варианты электронного управления
на специализированных микросхемах, один из которых показан на
рис. 5.25. Микросхема К174УН12 представляет собой двухканаль-
ный регулятор громкости и стереобаланса, работающий в полосе
20...20 000 Гц с коэффициентом гармоник не более 0,5 %. Диапа-
зон регулировки громкости — 77 дБ, диапазон регулировки сте-
C8
Юмк
Вход 1
Вход 2
C1
Юмк
СЗ
Юмк
пе 18к
R4 ЗЗк
R2
270к
R6
120к
C4
1мк
С2 R1
270к
DA1
R3 1к
R5 ЗЗк
R9 18к
R7
120к
R11
12к
С5
1мк
R12
12к
BAL
VOL
ей _1_С13
1 470мк ~]~0,1мк
™ 12К
Юк
C7
8200
C6
8200
R14 R16 C12
10к 12к 0,015мк
Выход 1
->+Unwr
C14
0,015мк
Выход 2
С9
Юмк
DA1 — К174УН12, A273D, TCA730A
Рис. 5.25. Электронный регулятор громоксти и стереобаланса
Глава 5. Электроника для ди-джея
197
реобаланса — ±6 дБ. Особенность этого регулятора состоит в том,
что громкость в обоих каналах управляется всего одним потенцио-
метром R13, а значит, нет необходимости использовать сдвоенный
регулятор. Стереобаланс настраивается резистором R10. Пита-
ние — 9...18 В, однополярное, потребление тока — не более 40 мА.
Собрать регулятор можно на плате, рис. 5.26 по «сборке»,
рис. 5.27. Требования к элементам — такие же, как и в предыду-
щих конструкциях. В настройке регулятор не нуждается и после
включения питания должен начать работу сразу.
63
Рис. 5.26. Печатная плата
R3
Вход 2
Рис. 5.27. Сборочный рисунок
198
Гпаеа 5. Электроника для ди-джея
Иногда профессиональная звукоусилительная аппаратура осна-
щается устройством тонкомпенсации (loudness) Что это такое' Как
вы знаете из предыдущих глав, человеческий слух неравномерно
воспринимает по громкости звуки разных частот, что отражается
кривыми равной громкости Напомним, что максимум чувстви-
тельности уха лежит около частоты 3 кГц, понижаясь при движе-
нии вправо и влево от этой частоты Но это еще не все Достаточно
тихие звуки, согласно этим кривым, человеческое ухо воспринима-
ет с динамическим диапазоном около 70 дБ, в то время как вблизи
болевого порога диапазон сжимается до 20 дБ Соответственно,
чтобы выровнять баланс частот при разных уровнях громкости, и
вводят тонкомпенсацию, иначе на низких уровнях громкости слу-
шатель будет ощущать недостаток высоких и низких частот. Но ес-
ли тонкомпенсацию приходится вводить на малых уровнях гром-
кости, то какова ее роль на дискотеке, где музыка просто «гремит»?
Например, в начале и в конце вечера, когда люди только собира-
ются на праздник, когда музыка звучит приглушенно, в фоновом
режиме, и когда нужно создать хороший настрой.
Читателям предлагается схема регулятора громкости, совме-
щенного с тонкомпенсацией (рис. 5.28). Диапазон регулировки
громкости — 25 дБ. Каналы, построенные на ОУ DA1.1, DA1.3 и
DA1.2, DA1.4 — абсолютно идентичны. На рис. 5 29 показано се-
мейство частотных характеристик регулятора при разных положе-
ниях резисторов R5, R8 В режиме малой громкости на частотной
характеристике имеется ослабление порядка 3...4 дБ в окрестности
точки 3 кГц, уменьшающееся по мере увеличения громкости.
Помогут собрать регулятор рисунки 5.30 и 5 31. Питание —
двуполярное, 15 В. В стереофоническом варианте резисторы R5 и
R8 должны быть сдвоенными.
А теперь настало время поговорить о простых регуляторах тем-
бра Наиболее простые варианты состоят из двух регулировок —
по верхним частотам и по нижним частотам. Такие схемы пассив-
ных регуляторов тембра неоднократно публиковались в радиолю-
бительской литературе. Иногда встречаются варианты трехполос-
ных регуляторов, где присутствует еще настройка средних частот.
Дальнейшее увеличение количества регулировок переводит регу-
лятор тембра в разряд эквалайзеров. Эквалайзеры достаточно часто
встречаются в профессиональной и любительской аппаратуре
Они позволяют очень точно подобрать частотную характеристику
Глава 5. Электроника для ди-джея
199
<------
С13
0,1мк
С14
0,1мк
<------
С12
100мк
-------У +Unnr
+]_С15
~[~47мк
-----1 Общий
±]_С16
~~47мк
—1-----“Опит
Выход 2
DA1 — LM324, AD824AN
Рис. 5.28. Тонкомпенсированный регулятор громкости
Рис. 5.29. Частотная характеристика тонкомпенсированного регулятора громкости
200
Гпава 5. Электроника для ди-джея
Рис. 5.30. Печатная плата
Рис. 5.31. Сборочный рисунок
тракта воспроизведения под особенности слухового аппарата. Но
эквалайзер, как правило, в условиях дискотеки может потребо-
ваться в редких случаях, поэтому мы не будем рассказывать о нем
в этой книге, а обратимся к двухполосным регуляторам тембра,
которые можно собрать на интегральных микросхемах.
На рис. 5.32 приведена схема такого регулятора в стереофониче-
ском варианте на основе отечественной микросхемы К174УН10. Ре-
гулировка тембра по низким и высоким частотам — электронная,
Гпава 5. Электроника для ди-джея
201
DA1 — К174УН10, A274D, ТСА740А
Рис. 5.32. Электронный регулятор тембра
осуществляется резисторами R12 (НЧ) и R15 (ВЧ). Диапазон регули-
ровки — ±20 дБ. Нелинейные искажения — не более 0,5 %, потреб-
ляемый ток — не более 40 мА, питание — однополярное 9... 15 В.
Сборка — на печатной плате рис. 5.33 в соответствии с
рис. 5.34. Настройка для этого регулятора тембра не требуется
Самая последняя практическая конструкция, которая приво-
дится в этой главе, совмещает в своем составе регулировки гром-
50
Рис. 5.33. Печатная плата
202
Глава 5. Электроника для ди-джея
Рис. 5.34. Сборочный рисунок
Рис. 5.35. Совмещенный регулятор громкости,
тембра и стереобаланса
кости, стереобаланса и двухполосного регулятора тембра. При
этом она построена всего на одной интегральной микросхеме и
Гпава 5. Электроника для ди-джея
203
имеет два канала. Схема совмещенного регулятора приводится на
рис. 5.35 В основе — микросхема импортного производства типа
TDA1524, питающаяся однополярным напряжением 9... 16 В, по-
требляющая не более 35 мА. Диапазон регулировки громкости —
от минус 80 до +22 дБ, диапазон регулировки тембра НЧ — от
минус 19 до +17 дБ; диапазон регулировки тембра ВЧ — от ми-
нус 15 до +15 дБ; коэффициент гармоник — не более 0,3 %. Ре-
зистор R1 управляет тембром ВЧ, резистор R2 — тембром НЧ,
резистор R3 — стереобалансом, резистор R4 — громкостью. Дру-
гих особенностей схема не имеет. Собрать ее можно с помощью
рис. 5.36 и 5.37.
Рис. 5.36. Печатная плата
Рис. 5.37. Сборочный рисунок
204
Гпава 5. Электроника для ди-джея
* * *
Вот, собственно, и все, что будет сказано в рамках этой книги
о средствах звуковоспроизведения. Но, как известно, вторая со-
ставляющая дискотеки связана с различными световыми эффекта-
ми, «музыки для глаз», если можно так выразиться. Поэтому тан-
цевальный зал обязательно нужно украсить этими эффектами.
Глава 6
СВЕТОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ДЛЯ ДИСКОТЕКИ
Разнообразное цветовое оформление сегодня широко исполь-
зуется не только в рекламных целях. Цветные гирлянды и всевоз-
можные световые эффекты помогают создать праздничное на-
строение и украсят любое помещение. В этой главе вы узнаете,
как можно сделать простейшие автоматические устройства для
управления светом.
6.1. Как создать световые эффекты
В дополнение к музыке во все времена использовался свет, что-
бы усилить воздействие на слушателя Даже дикие африканские
племена выносили свои «там-тамы» поближе к мерцающему звуку
костра, и в его сполохах танцующих захватывал барабанный ритм,
приводил в состояние гипноза. Но свет, в отличие от музыки, дол-
гое время оставался неподвластным управлению человеком, поэто-
му в разные времена пользовались разным световым оформлением.
Пиротехнические эффекты, фейерверки, разноцветные витражи —
все эти изобретения были и остаются популярными в народе, ши-
роко применяются при организации народных гуляний, выступле-
ний артистов, да и просто при оформлении интерьеров
По-настоящему эра светоэффектов началась после создания
искусственных источников света — электрических и люминес-
центных ламп, газонаполненных ламп, светодиодов, лазеров. Ис-
кусственные источники света позволили создавать разнообразные
световые эффекты с различной интенсивностью светового потока,
динамическими качествами. Нынешние достижения техники све-
тоэффектов можно увидеть в коммерческих дискотечных залах и
молодежных клубах: разноцветные прожекторы, со сменяющими-
ся светофильтрами и вращением, лазерные лучи, рисующие замы-
словатые фигуры на стенах, полу, на потолке, разноцветная не-
оновая подсветка газонаполненных трубочек, стробоскопы, гир-
206
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
лянды бегущих огней, светомузыкальные эффекты, меняющие
интенсивность свечения в такт с музыкой.
Сегодня создание светоэффектов — это целое направление
шоу-индустрии, которым занимаются сотни фирм по всему миру,
это сложнейшие системы с высокоточной оптикой, по стоимости
сравнимые с автомобилями дорогих марок. Подавляющее боль-
шинство световых систем построено по принципу проекции. То
есть между источником света и экраном, которым служат не толь-
ко стены помещений танцевальных залов, но и сами танцующие,
устанавливается какой-либо предмет, который видоизменяет све-
товой поток. Например, это может быть светофильтр, непрозрач-
ная плоскость с фигурными отверстиями, несколько плоскостей,
вращаемых друг относительно друга. Почему мы предпочитаем
именно проекционный способ, а не способ отражения? Почему
именно прожектора, а не подсвеченные картинки заняли свое ме-
сто в залах? Все очень просто — диапазон яркостных градаций
светоэффектов близок к естественному восприятию человеческим
глазом пейзажа, освещенного солнечным светом, в то время как
любая картинка имеет диапазон яркости в десять раз меньше.
Конечно, в домашних условиях можно повторить далеко не все
эффекты, использующиеся профессионалами. Например, сложно
будет изготовить прожектор со сменой цвета излучения и проек-
цией в виде геометрического рисунка. Такой прожектор — скорее
оптико-механическая система, нежели электрическая. Но это не
значит, что организаторам танцевального вечера закрыт доступ к
этой тематике. Радиолюбители уже давно полюбили направление
конструирования светомузыкальных установок, создали много ин-
тересных схем разной степени сложности, которые вполне реаль-
но повторить дома. Идея светомузыки заключается в управлении
звуковым сигналом интенсивностью свечения лампы накалива-
ния, в результате чего лампа может ритмично изменять яркость в
такт с музыкой. Разделив спектр звукового сигнала на несколько
частотных составляющих, можно заставить мерцать несколько
ламп, раскрашенных в разные цвета, по-разному. Так получаются
многоканальные светомузыкальные установки.
В конструкции хорошей «светомузыки» первостепенное значе-
ние имеет — что бы вы думали? — источник света. Красиво оформ-
ленный излучатель может в некоторой мере скрыть недостатки схе-
мы управления лампой, а вот плохой излучатель «дисквалифициру-
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
207
ет» даже самую хорошую управляющую схему. Люди, пришедшие
на праздник, едва ли поинтересуются, как сделана «электроника», а
вот достоинства и недостатки излучающей части они, вне всякого
сомнения, отметят. Поэтому, прежде чем приступить к конструиро-
ванию электронной части светоэффектов, мы расскажем об излуча-
телях и способах их изготовления из подручных средств.
Самый простой способ создания атмосферы дискотеки — ис-
пользование цветного света, который не вызывает рези в глазах,
но в то же время достаточно четко освещает танцующих, сцену,
стены, другие предметы Обычные лампы накаливания излучают
свет, близкий к белому, и едва ли он понравится людям, пришед-
шим отдохнуть и потанцевать. Поэтому перед лампой накалива-
ния помещают светофильтр. Несколько слов о том, что такое све-
тофильтр и как он устроен.
Читатели, вне всякого сомнения, знают, что видимый свет —
это электромагнитная волна с определенной, измеряемой в нано-
метрах, длиной. Белый свет занимает полосу длин волн, цвета —
отрезки этой полосы. Таким образом, цветовой тон определяется
заданной длиной волны в спектре белого света. Существует еще
одна характеристика светового потока — насыщенность. Она гово-
рит о том, что цветовой тон разбавляется белым светом. В ка-
кой-то момент очень слабый тон может просто «утонуть» в белом
световом потоке. Светофильтр построен так, что он поглощает из-
лучение одного цветового тона и пропускает излучение другого
тона, имеющегося в спектре. Вообще-то фильтрация света — это
область науки оптики, поэтому мы более не будем отвлекать вни-
мание читателя на теорию.
Светофильтры всегда оставались непростой проблемой для ра-
диолюбителя. Для создания полноценной светомузыки желательно
иметь хотя бы три разных фильтра — зеленый, желтый и красный.
Найти стекла таких чистых цветов и примерно одинакового разме-
ра не всегда возможно, поэтому приходится пускаться на ухищре-
ния — красить лампы разноцветным цапон-лаком, использовать
светофильтры из пленок, накладывать разные фильтры для полу-
чения нужного цвета, даже применять материал из-под разноцвет-
ных пластиковых бутылок. К сожалению, пленочные светофильт-
ры со временем выцветают, а бутылки имеют «грязные» оттенки.
Кроме того, пленки могут расплавиться вблизи мощных ламп.
В последнее время фирмы-производители ламп накаливания ста-
208
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
ли поставлять на рынок лампы с окрашенным баллоном (конст-
рукция таких ламп имеет встроенный отражатель). Это — отлич-
ное решение проблемы.
Теперь немного о лампах накаливания. Традиционно именно
они устанавливаются в светомузыкальных устройствах как наибо-
лее распространенные и дешевые источники света, обладающие не-
обходимыми динамическими характеристиками. Они различаются
по напряжению, мощности, форме баллона, наполнению газом,
форме цоколя и нити накала. Большое преимущество ламп накали-
вания состоит в том, что они не требуют дополнительной аппарату-
ры включения, которую имеют все люминесцентные лампы.
Выбор типа ламп накаливания для светомузыкальной установ-
ки диктуется их конструкцией и особенностью устройства самих
ламп. Известно, что процесс нагрева нити накала любой лампы
достаточно инерционен, однако маломощные низковольтные лам-
пы раскаляются со скоростью, незаметной глазу. Но для низко-
вольтных мощных лампы, имеющих достаточно толстую нить, на-
кал может достигать 1...2 секунды, что сказывается на общей ди-
намике. Поэтому для светомузыкальных установок, оснащенных
прожекторами, стремятся использовать сетевые лампы на напря-
жение 220 В, а для экранных установок — множество маломощ-
ных низковольтных ламп на напряжение 6—12 В, помещенных за
рифленый экран из оргстекла. Интересно отметить, что иногда
инерционностью ламп пользуются при создании установок с плав-
ным изменением интенсивности светового потока.
Еще один недостаток связан со смещением максимума излуче-
ния определенной длины волны при разной степени накала. Лам-
пы, горящие с «недокалом», смещают свой спектр в красную об-
ласть — их свет «краснеет». Но с этим явлением приходится ми-
риться, тем более, что оно не так уж и заметно для неспециалистов.
6.2. Прожектор из подручных материалов
А теперь отвлечемся от теоретических вопросов и изготовим из
подручных средств излучатель-прожектор для светомузыкальной
установки. Таких прожекторов нам понадобится четыре штуки, а
подключать их можно будет к схеме управления, приведенной в
этой главе.
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
209
Для начала работы нужно приобрести в магазине электротова-
ров лампу накаливания Конечно, подойдут классические лампы с
круглым баллоном, но лучше всего приобрести лампы с зеркаль-
ным отражателем — их свет фокусируется в угле порядка 80 граду-
сов, поэтому отпадает необходимость установки в прожектор отра-
жателя. В домашнем хозяйстве нужно найти консервную банку та-
кого размера, чтобы баллон лампы беспрепятственно в ней
помещался. Еще понадобится стандартный патрон и баллончик от
закончившегося дезедоранта — важно, чтобы он был по диаметру
чуть больше патрона.
Ножовкой по металлу нужно обрезать баллончик, оставив вы-
соту цилиндра со стороны донышка порядка 100 мм. Теперь сле-
дует закрепить патрон внутри заготовки. Сделать это можно раз-
ными способами, например, ввернув в тыльную сторону патрон-
ной чашечки отрезок болта с резьбой и закрепив его со стороны
донышка гайкой. В чашечке патрона в данном случае нужно про-
сверлить отверстие для провода. Сгодятся и другие способы —
важно только, чтобы была обеспечена электробезопасность.
В дне большой банки с помощью ножниц нужно выполнить по
центру круговое отверстие, по диаметру равное диаметру аэро-
зольного баллончика. Для этого от центра к окружности выполня-
ются надрезы (как у ромашки) и загибаются внутрь банки. Креп-
ление баллончика к банке выполняется двумя-тремя скобочками.
Теперь настало время поиска светофильтров. В распоряжении
автора оказались промышленные круглые светофильтры с обрам-
лением из резины. Поэтому светофильтры были закреплены с тор-
ца банки с помощью скобочек из алюминиевого листа. Читатели
здесь могут проявить свою фантазию в зависимости от имеющихся
возможностей. После того, как светофильтры будут найдены и за-
креплены, необходимо просверлить несколько отверстий в дне
банки для выхода теплого воздуха.
Окрасить корпус прожектора можно акриловым красите-
лем-пульвелизатором, применяющимся для окраски автомобилей.
Баллончики с краской продаются в автомагазинах и стоят недоро-
го, а покрытие, создаваемое ими, получается прочным и достаточ-
но термостойким.
Прожектор без подставки разместить в зале будет достаточно
трудно, поэтому стоит изготовить простую подставку. В авторском
варианте она состоит из двух продольных брусочков, прибитых к
210
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
плоскому основанию. К брускам с помощью шурупов прикручены
угольники. Крепление к корпусу прожектора выполнено так: на
боковой поверхности просверлены два диаметрально противопо-
ложных отверстия, в которые с внутренней стороны вставлены
винты. Снаружи на винты надеты кусочки резины. Затем винты
вставляются в отверстия угольников и закрепляются гайкой. За
счет того, что прожектор мягко закреплен на стойке, его можно
поворачивать, направляя луч либо на потолок, либо на пол. Таки-
ми достаточно простыми методами выполняется регулировка.
Рис. 6.1. Прожектор в сборе
Прожектор в сборе показан на рис. 6.1. Естественно, можно
придумать и другие варианты исполнения, например, в случае ис-
пользования ламп с окрашенными баллонами, нет необходимости
иметь большую банку, и крепить к стойке аэрозольный баллон-
чик. Ограничения могут быть продиктованы только фантазией чи-
тателя. Но не следует забывать, что лампы выделяют достаточно
много тепла, поэтому рекомендуем продумать конструкцию с точ-
ки зрения возможности отвода этого тепла, а также применять
лампы мощностью не более 100 Вт.
6.3. Светомузыкальная установка
О светомузыке как о дополнительном средстве воздействия на
людей при восприятии музыки в теоретическом плане мы сказали
достаточно. Теперь настало время самим изготовить светомузы-
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
211
кальную установку, подключить ее к сконструированным светоиз-
лучателям Посвятим этот раздел двум конструкциям — простой и
посложнее. Первый — очень простой вариант — не требует боль-
шого количества деталей (рис. 6.2). Он представляет собой пассив-
ный трехканальный фильтр, разделяющий звуковой сигнал на ВЧ,
СЧ и НЧ составляющие. Действие установки основано на посто-
янной смене вида частотного спектра в музыкальном сигнале
Низкие, «ударные», частоты могут появляться и пропадать. То же
самое происходит с другими частотами сигнала, но картина меня-
ется по-разному для разных участков спектра. Следовательно, ес-
ли разделить спектр сигнала на полосы и подать их на управляю-
щие электроды тиристоров VS1—VS3, они будут переключаться с
разной интенсивностью. Фильтр ВЧ — это конденсатор С1,
фильтр НЧ — катушка индуктивности L2. Фильтр СЧ представля-
ет собой резонансную цепочку LI, С2, «вырезающую» из сигнала
среднечастотную часть. Резистор R1 ограничивает входной ток
трансформатора Т1. Резисторы R2—R4 предназначены для на-
стройки интенсивности свечения ламп ELI—EL3, управляемых
тринисторами VS1—VS3. Чтобы не допустить попадания отрица-
тельных полуволн сетевого напряжения на тринисторы, в конст-
рукции имеется диодный мост VD1— VD4 Трансформатор Т1, ус-
тановленный на входе ЦМУ, осуществляет гальваническую раз-
вязку источника сигнала и ЦМУ, элементы которого находятся
под сетевым напряжением.
VD1—VD4 КД203Г
VS1—VS3 КУ202Н
Рис. 6.2. Простая светомузыкальная приставка
212
Глава 6. Световые эффекты для дискотеки
Смонтировать приставку можно методом навесного монтажа,
или на отрезке макетной платы, поместив ее в подходящий корпус.
Резисторы R2—R4 подойдут любые, но лучше использовать движ-
ковый вариант. Катушки L1 и L2 наматываются на ферритовых
кольцах диаметром 6—10 мм из материала 600НН или 2000НМ. Ка-
тушка L1 набирается из трех колец и содержит 200 витков провода
ПЭТВ-0,1, а катушка L2 — из двух колец. Она содержит 150 витков
того же провода. Конденсатор С1 — любой неполярный, например,
К10-17а. Тиристоры необходимо выбрать из серии КУ202 с величи-
ной допустимого обратного напряжения не ниже 310 В, например,
КУ202Н. Диоды подойдут типа КД203, Д242. Все силовые элементы
нужно установить на радиаторы, позаботившись об исключении
возможности прикосновения к ним в процессе эксплуатации ЦМУ.
Очень важный элемент конструкции — трансформатор Т1. От
его выбора зависит работоспособность ЦМУ. Рекомендуется ис-
пользовать согласующий трансформатор от абонентского громко-
говорителя («радио»), включив его первичную обмотку, имеющую
большое количество витков, к левым (по схеме) выводам резисто-
ров R2—R4, а на вторичную обмотку подав сигнал с источника
(через ограничительный резистор R1). Таким образом, трансфор-
матор будет работать в режиме повышения напряжения.
Какой источник сигнала можно использовать с этой простой
ЦМУ? Далеко не всякий. Поскольку светомузыкальная установка
представляет собой пассивный вариант, ее подключение к линей-
ному выходу со стандартным значением сигнала 250 мВ ничего не
даст и, более того, может оказаться опасным для источника сигна-
ла по причине малого сопротивления входа ЦМУ. Лучше всего
подключаться к выходу низкоомных головных телефонов, предна-
значенному для работы с нагрузкой порядка 8 Ом (если такой вы-
ход есть). Если же выхода на головные телефоны нет, можно ис-
пользовать усилитель мощности, построенный на интегральной
микросхеме, из описанных в книге.
Схема не нуждается в настройке. Варьируя громкостью на вы-
ходе источника сигнала, а также управляя сопротивлением рези-
сторов R2—R4, возможно добиться наиболее оптимального света,
излучаемого прожекторами.
Второй вариант ЦМУ является полноправным активным уст-
ройством, которое будет работать автономно и которое возможно
подключать к линейному выходу любого звуковоспроизводящего
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
213
Рис. 6.3. Полосовой фильтр на ОУ
устройства. В основе конструкции лежит активный полосовой
фильтр, построенный на операционном усилителе. Если выбрать
соотношение номиналов элементов таким, как показано на
рис 6.3, основные параметры фильтра (резонансная частота/, ко-
эффициент усиления на резонансной частоте Кус, добротность Q)
будут определяться по формулам:
г = 1 • К - — • О -
Jc ' пС/RR; ’ ус ’ R ’ U U'
Практическая схема активной четырехканальной ЦМУ изобра-
жена на рис. 6 4 Вход установки подключается к линейному вы-
ходу магнитофона, проигрывателя компакт-дисков или радиопри-
емника (можно также «ответвить» часть сигнала, поступающего на
оконечный каскад УНЧ, к «светомузыке»). Для разделения частот
в схему включены фильтры, построенные на микросхемах DA2.
Выходы микросхем умощнены комплиментарными транзисторны-
ми каскадами VT1—VT8, что позволяет использовать сигнал непо-
средственно для управления тиристорами, не опасаясь выхода из
строя операционных усилителей. Частоты настройки фильтров:
DA2.1 - 100 Гц, DA2.2 - 500 Гц, DA2.3 - 2 кГц, DA2 4-5 кГц.
Каскады, построенные на ОУ DA1, используются для подстрой-
ки интенсивности зажигания ламп ELI—EL4 и предварительного
усиления сигнала, поступающего с трансформатора Т1. Осуществ-
ляется эта операция регулировкой резисторов R9—R12. Тиристоры
VS1—VS4 должны быть установлены на электрически не соединен-
ные радиаторы. То же самое нужно проделать и с диодами
VD2—VD5 Мощность ламп ELI—EL4 — не более 150 Вт. Лампы
нужно покрасить в разные цвета цапон-лаком или подобрать под-
214
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
R9 ЮОк
Рис. 6.4. Схема активной светомузыкальной установки
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
215
К выв. 4
DA1, DA2
> +5В
К выв. 11
DA1, DA2
> Общий
VD2—VD5
VD1 КД522А
VT1, VT3, VT5, VT7 КТ315Г
VT2, VT4, VT6, VT8 КТ361Г
VD2-VD5 КД203Г
VS1-VS4 КУ202Н
DA1 - DA2 КР1446УДЗ
216 Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
ходящие разноцветные плафоны, которые, во-первых, не оплавля-
лись бы, а во-вторых, давали яркие, насыщенные цвета. Хорошо
использовать для этой цели готовые галогенные светильники, нало-
жив на их стекла разноцветную прозрачную пленку, или воспользо-
ваться рекомендациями, приведенные в начале этой главы.
Схему можно собирать на плате, приведенной на рис. 6.5 по
сборочному рис. 6.6. Как всегда, можно использовать «подручные»
радиодетали, контролируя их исправность.
Транзисторы VT1—VT8 можно использовать с любым буквен-
ным индексом, трансформатор Т1 — взят от абонентского громко-
говорителя. На его первичную обмотку, обычно подключаемую к
трансляционной сети (намотана тонким проводом), следует пода-
вать сигнал от линейного выхода, а со вторичной (намотана тол-
стым проводом) — снимать сигнал для подачи на ОУ DA1. В каче-
стве DA1 и DA2 используются отечественные счетверенные ОУ ти-
па КР1446УДЗ. Подойдут без доработки платы также КР1446УД13.
С доработкой платы можно использовать любые низковольтные ОУ
из серии КР1446УД1—КР1446УД14 с любым буквенным индексом,
50
Рис. 6.5. Печатная плата
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
217
а также и другие типы ОУ с двуполярным питанием при условии
исключения R29 и VD1, а также подключения свободных выводов
R22, R24, R26, R28 к общему проводу. Питание осуществляется от
источника напряжением 5 В. Также не забывайте, что элементы
конструкции находятся под сетевым напряжением. Это — очеред-
ная и никогда не лишняя просьба соблюдать технику безопасности.
Налаживание светомузыкальной установки при правильном
монтаже не покажется сложным, так как она не критична к часто-
там настройки фильтров — эти частоты даже при разбросе в
30...40 процентов от расчетных все равно не позволят лампочкам
«мигать» одинаково (полосы фильтров не пересекутся). Если в ка-
честве трансформатора TI будет использован согласующий транс-
форматор с соотношением обмоток, отличным от того, которое
используется в абонентских громкоговорителях, не исключено,
что придется в некоторых пределах подобрать сопротивления ре-
Рис. 6.6. Сборочный рисунок
218
Гпаеа 6. Световые эффекты для дискотеки
зисторов Rl—R4, чтобы сигнал управления не был слишком ма-
леньким и не «забивал» лампы. Для удобства резисторы R9—R12
нужно вывести на переднюю панель корпуса — эта настройка не
раз пригодится вам в процессе эксплуатации. Конечно, предпоч-
тительно использование движковых переменных резисторов —
они более наглядно позволяют осуществлять регулировку интен-
сивности свечения.
6.4. Стробоскоп
Что такое стробоскоп? Это очень интересное устройство, кото-
рое используется не только для развлечения, но и во многих облас-
тях серьезной техники. Физический принцип работы стробоскопа
очень простой Допустим, пред нами вращается какой-то предмет —
им может быть колесо автомобиля Если направить на вращающееся
колесо луч света и включать прожектор только в те моменты, когда
колесо находится в определенном положении, мы будем восприни-
мать его как остановившееся. Если частота вспышек света будет не-
много отличаться от частоты вращения колеса, колесо будет вос-
приниматься медленно вращающимся в ту или иную сторону. Кста-
ти, по направлению вращения мы сможем определить, какая из двух
частот выше. Поэтому с помощью стробоскопа можно с высокой
степенью точности измерять частоту вращения, если другие методы
оказываются сложными или недоступными. Именно с помощью
стробоскопического эффекта вручную устанавливалась частота вра-
щения винилового диска в электропроигрывателях «Вега» и некото-
рых других. Е(а ободе «блина» наносились блестящие риски, кото-
рые чередовались с зачерненными квадратиками, и вблизи них уста-
навливалась лампа тлеющего разряда, питающаяся от сети 220 В
50 Гц. Поскольку частота в сети поддерживается с высокой точно-
стью, составляющей доли процента, достаточно было ручным регу-
лятором «остановить» бегущую метку на диске.
Стробоскопический эффект иногда приносит неприятные и да-
же опасные сюрпризы. Например, в производственных помещени-
ях, где происходит обработка металлов на токарных и фрезерных
станках, нежелательна установка люминесцентных ламп, которые,
как известно, имеют свойство мерцать. Рабочему, обрабатывающе-
му деталь, может в какой-то момент показаться, что станок отклю-
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки 219
чен, в то время как заготовка вращается в «центрах» с большой
скоростью, и из-за общего шума не удается проконтролировать
включение станка. Конечно, это может привести к травмам.
Но не будем о грустном, поскольку здесь наша задача состоит
в использовании стробоскопа для веселого праздника. Зачем ну-
жен стробоскоп на дискотеке? Чтобы измерять скорость движения
танцующих? Конечно же, на дискотеке не нужно проводить ка-
кие-то измерения, но доля правды в этих словах имеется. Пред-
ставим, что в темноте вдруг возникнут яркие вспышки света, сле-
дующие с частотой 3...4 Гц. Тогда взгляд будет выхватывать фигу-
ры людей, застывших в разных позах. Последовательность таких
«кадров» представляется как движения механических роботов, то
есть изменение поз происходит рывками. Эффект очень забавный
и в значительной степени поднимает настроение. Используют его
нечасто, но в продолжение вечера стробоскоп можно включить
несколько раз на 2...3 минуты.
В основе схемы стробоскопа (рис. 6.7) лежит газоразрядная лам-
па ИФК-120, использующаяся обычно в лампах-вспышках. Лампа
дает короткую вспышку света большой интенсивности. Другое дос-
тоинство такой лампы — отсутствие инерционности. Классический
вариант дискотечного стробоскопа оснащается всего одной лам-
пой-вспышкой. В нашей схеме установлены две лампы, которые
возможно направить в разные стороны и охватить большую пло-
щадь. Лампы работают попеременно. Генератор, собранный на
микросхеме DD1, задает частоту вспышек, которая может регулиро-
ваться резистором R3. Транзисторы VT1 и VT2 работают в ключевом
режиме. Транзисторы VT3 и VT4 управляют работой повышающих
трансформаторов Т1 и Т2, к вторичным обмоткам которых подклю-
чены поджигающие электроды ламп ELI и EL2. Лампы имеют три
электрода, на оставшиеся два подается напряжение с выпрямителя
сетевого напряжения VD3, С4. Цепь R15, HL1 служит для сигнали-
зации наличия напряжения на конденсаторе С4, которое достигает
величины 310 В, то есть амплитудного значения сетевого напряже-
ния. Для формирования коротких импульсов открывания транзи-
сторов применяются RC-цепочки С2, R10 и СЗ, Rl 1. Для защиты от
выбросов самоиндукции, пробивающей транзисторы VT3 и VT4 в
момент их закрытия включены диоды VD1 и VD2.
Трансформаторы Т1 и Т2 наматываются на броневом сердечни-
ке Б14 из феррита 2000НМ. Первичная обмотка содержит 20 вит-
DD1 К561ЛН2
VT3, VT4 КТ972Б
Рис. 6.7. Принципиальная схема стробоскопа
+5В
> +5В
< j ► Общий
R2 ЮОк
R14
100
С2
0,1
EL2
ИФК-120
R12
Юк
VD1 Ж ।
КД212А
R10
510
DD1.3
DD1.1
VT4
DD1.6
VD3
КД213Б
R3
ЗЗОк
DD1.2
К выв. 14
DD1
R3 - "Частота" к выв. 7 .
R1 Юк DD1
С1
1мк
VT3
VT1
КТ315Б
EL1
ИФК-120
DD1.4
DD1.5
VD2 2k 1
КД212А
СЗ R11
0,1
510
R13E
VT2 Юк
КТ315Б
R15
ЗООк
С4
220мк
" 350В
Сеть
220В
50Гц
220 Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
HL1
АЛ307БМ
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
221
ков провода ПЭТВ-1 0 0,25 мм. Вторичная обмотка — 800 витков
того же провода 0 0,07 мм. Желательно намотку вести рядовым
способом, а между слоями прокладывать тонкую бумагу. После на-
мотки катушку необходимо окунуть в расплавленный парафин для
улучшения электроизоляционных свойств.
Смонтирован стробоскоп на печатной плате, приведенной на
рис. 6.8. Монтажный рисунок приведен на рис. 6.9. Для питания
можно использовать источник на напряжение 5 В, собранный по
40
Рис. 6.8. Печатная плата
222
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
Рис. 6.9. Сборочный рисунок
типовой схеме. Других особенностей приведенная схема не имеет.
Необходимо внимательно отнестись к конструкции отражателей
для ламп ELI и EL2, так как от этого зависит конечный эффект
работы схемы В качестве излучателя рекомендуется применить
обычную автомобильную фару, укрепив в ее центре лампу. Фара
имеет хороший светоотражатель и защитное стекло. Можно также
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки 223
использовать прямоугольный прожектор для галогенной лампы.
Он стоит недорого и продается в магазинах электротоваров.
При монтаже, наладке и использовании стробоскопа следует
соблюдать меры предосторожности. Во-первых, часть схемы пита-
ется сетевым напряжением, во-вторых, в результате разряда выде-
ляется большое количество энергии, поэтому нужно беречь глаза
от ослепления и не подходить к лампе ближе чем на 1 . 2 метра.
В-третьих, не оставлять баллон лампы открытым — он может лоп-
нуть и разбросать осколки. И последнее: не рекомендуется остав-
лять стробоскоп надолго включенным, так как лампы нагревают-
ся. Лучше чередовать режимы работы и режимы отключения для
остывания, для чего достаточно снимать напряжение +5 В, или
просто предусмотреть кнопку для подачи этого напряжения.
6.5. Гирлянды, гирлянды, гирлянды
Вы наверняка не раз видели в витринах магазинов, на реклам-
ных вывесках, на концерте «бегущий огонек» из множества лам-
почек, выстроенных в ряд. Чтобы получить этот эффект, нужно
сделать гирлянду с чередующимися лампами. Тогда, раскрасив их
в разные цвета, нам удастся сделать очень неплохую гирлянду для
новогоднего танцевального вечера.
Электрическая схема для соединения ламп гирлянды показана
на рис. 6.10, а размещение в ней лампочек — на рис. 6.11. Если
нам необходимо зажечь одну линейку (канал) ламп, скажем, с но-
Рис. 6.11. Чередование лампочек в гирлянде
224
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
мером 1, мы должны подать питание на контакты «общий» и «1»,
если требуется зажечь вторую линейку — то напряжение подается
на «общий» и «2». И так далее. А выстроив лампочки в одну ли-
нию, как показано на рис. 6.11 и обеспечив автоматическое чере-
дование подачи питания, мы получим эффект «бегущего огонька».
Наиболее популярны у радиолюбителей гирлянды с четырьмя
независимыми каналами, поэтому мы расскажем, как сделать
именно такую гирлянду, что не исключает возможности изготов-
ления гирлянды на большее или меньшее число каналов.
Схема одного канала гирлянды представляет собой последова-
тельное соединение электрических сопротивлений, которыми яв-
ляются лампы накаливания. Поэтому, чтобы все лампочки свети-
лись с одинаковым накалом, необходимо сделать так, чтобы на
всех лампах выделялась одинаковая мощность. Так как лампочки,
рассчитанные на одно напряжение, изготавливаются на разные
мощности, что означает наличие у них разного сопротивления,
проще всего гирлянду составлять из одинаковых ламп. Скажем, из
ламп на номинальное напряжение 12 В и номинальную мощность
1 Вт. Второе, что необходимо учесть при изготовлении гирлян-
ды, — это минимально возможное количество последовательно
соединенных лампочек. Гирлянда с недостатком ламп будет гореть
с перекалом и быстро выйдет из строя. В то же время слишком
большое количество соединенных последовательно ламп станет
причиной их тусклого света. Рассчитать оптимальное количество
ламп в гирлянде можно по приведенной формуле:
где к — количество ламп в гирлянде, шт; Uc — напряжение сети,
В; Un — номинальное напряжение лампы.
Для широко распространенных 12-вольтовых ламп их количе-
ство в гирлянде составит:
, 220 , |П
к =---+ 1 = 19 шт.
12
Мы не случайно добавляем к гирлянде одну дополнительную
лампочку. В принципе, можно без нее обойтись, но таким спосо-
бом продлевается срок службы всех ламп, незначительно снизив
их накал
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки 225
Какие подручные и легкодоступные материалы можно исполь-
зовать для изготовления гирлянды? Во-первых, классические оди-
ночные елочные гирлянды. Подойдут практически любые типы,
важно лишь, чтобы они были одинаковыми по конструкции. Луч-
ше ориентироваться на разновидность гирлянды с резьбовыми
лампами. Они легче ремонтируются в предпраздничной суете, по-
скольку для поиска перегоревшей лампы «вслепую» приходится
производить поочередную замену ламп. Промышленные гирлянды
еще удобнее тем, что патрон под лампу у них заключается в деко-
ративный пластиковый колпачок, предохраняющий от поражения
электрическим током. Ну а если промышленные гирлянды для вас
недоступны, есть вариант использовать одиночные держатели. По-
дойдут держатели типа Е10НЗ, Е10Н5, Е10Н6, Е10Н7, Е10Н8,
Е10Н10 и другие, продающиеся сегодня в магазинах радиодеталей.
Для примера на рис. 6.12 показаны исполнения Е10НЗ и Е10Н6.
К слову, другие исполнения мало отличаются от приведенных. На
держатели в процессе монтажа нужно обязательно надеть ПХВ
трубочку или обмотать их изоляционной лентой — в целях элек-
тробезопасности .
Рис. 6.12. Вид резьбовых держателей для ламп (патроны)
Теперь — собственно о «вязке» гирлянды. Для начала нужно
заготовить необходимое количество отрезков провода одинаковой
длины (например, типа МГШВ). Рекомендуемая длина отрез-
ков — порядка 25 см. Также необходимо нарезать кусочками по
5... 10 мм трубку ПХВ. Внутренний диаметр трубки выбирается
так, чтобы она входила с небольшим натягом на пучок из пяти за-
готовленных проводов. Теперь можно делать начало гирлянды,
как показано на рис. 6.13. Один проводник, который мы назовем
«общим», нужно выполнить такой длины, чтобы ее хватило на всю
длину гирлянды с учетом ее подключения к автомату световых эф-
фектов. Нежелательно, если при вязке гирлянды этот проводник
придется надставлять.
226
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
общая длина гирлянды
Рис. 6.13. Начало гирлянды
“общий”
Теперь, когда «начало» готово, нужно надеть на получившийся
пучок отрезок ПХВ-трубки, установив его у загиба проводника
«1». После этого запаять патрон, как показано на рис. 6.14 Второй
провод, подходящий к контакту патрона, — это заготовленный от-
резок После проведенной операции нужно вставить патрон в кол-
пачок, подтянуть левую (по рисунку) ПХВ трубку, надеть справа
две ПХВ-трубочки, одну из которых «подтянуть» к только что соб-
» ранному патрону, а вторую — к загибу проводника «2». Понятно,
что протягивать через ПХВ трубочки нужно все проводники, как
показано на рис. 6.15. Последовательно, продвигаясь, наращивая
гирлянду патрон за патроном, мы никогда не ошибемся с после-
довательностью огоньков. Важно только, чтобы случайно не при-
Рис. 6.15. Надевание трубочки
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
227
соединить лишний патрон, сделав неравное количество ламп в
гирляндах.
Типы доступных лампочек, рекомендуемых для установки в
гирлянду, показаны на рис. 6.16. Баллоны ламп необходимо окра-
сить в разные цвета, например, в желтый, синий, зеленый, крас-
ный. Специальные разноцветные лаки для такой окраски можно
приобрести на радиолюбительских рынках. Окрашивать можно
мягкой кисточкой или простым окунанием, следя, чтобы лак «лег»
ровно, без наплывов и неровностей. Чтобы лампы не слишком
«затемнялись» лаком, достаточно положить два слоя.
2,5В; 6В; 6,3В;
12В;24В; 60В;
110В
0,12Вт...4,8Вт
НЮ
1,5В; 2,5В; 3,5В;
6В; 12В; 14В;
24В
0,ЗВт...4,8Вт
Н12
2В; 2,5В; 6,2В;
12В;14В; 24В;
60В;110В
0,12Вт...4,8Вт
НЗ
2В; 2,5В; 3,5В;
4,8В; 6В; 9В;
12В;24В; 60В;
0,12Вт..,4,8Вт
Рис. 6.16. Типы ламп накаливания
Если гирлянда была изготовлена из промышленных елочных
гирлянд, можно в дополнение к окраске использовать оставшиеся
декоративные светорассеиватели-снежинки. Если же патроны и
лампочки приобретались отдельно, гирлянда и без рассеивателей
будет смотреться отлично. Закончить гирлянду нужно одним разъ-
емом, рассчитанным на сетевое напряжение, например, из серии
ШР, ШРЭ, 2РМДТ.
Развешивать гирлянду в помещении нужно так, чтобы она не
«провисала». Для этого лучше всего поддерживающие веревки или
гвозди чередовать через 4...6 ламп.
6.6. Фонарики из сверхъярких светодиодов
Светодиодные праздничные гирлянды долгое время остава-
лись непопулярными у радиолюбителей. Причин здесь несколько:
во-первых, стоимость светодиода всегда была больше, чем стой-
228
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
мость лампочки, во-вторых, в наличии имелись, как правило, два
цвета — красный и зеленый, в-третьих, чтобы обеспечить равно-
мерное свечение, необходимо введение дополнительных элемен-
тов, что также не приводит к удешевлению, в-четвертых, свето-
диоды дают меньше света, чем лампочки накаливания, не излуча-
ют его во все стороны, а светят в определенном (небольшом)
секторе. Но есть и преимущества: КПД светодиода значительно
выше, чем лампы накаливания, при свечении они не нагревают-
ся, да и надежность их куда как выше. Сегодня ситуация несколь-
ко изменилась к лучшему — классические светодиоды значитель-
но подешевели, появились оранжевые, желтые, синие и даже бе-
лые цвета. Есть двухцветные варианты, а также сверхъяркие
модели, которые могут соперничать уже с лампами накаливания.
Конечно, стоимость новинок довольно высока, поэтому лучше
ориентироваться на классику в виде АЛ307, АЛ336 или зарубеж-
ные миниатюрные типа L-312, L314 фирмы ParaLight. Подойдут и
другие типы.
Идея простейшей светодиодной гирлянды представлена на
рис. 6.17. Он представляет собой параллельное соединение свето-
диодов HL1—HL6. Балластные резисторы Rl—R6 задают ток через
светодиоды. Обычно для обеспечения нормальной яркости свето-
диоду нужно 5 мА Как известно, прямое падение напряжение на
светодиоде составляет порядка 2 В, следовательно, вычитая это
напряжение из напряжения питания гирлянды, можно рассчитать
величину балластного резистора. Скажем, для напряжения 5 В она
составит примерно 510 Ом.
Рис. 6.17. Вариант простейшей светодиодной гирлянды
Четырехканальный вариант гирлянды приведен на рис 6.18
По сравнению с вариантом на основе ламп накаливания здесь нет
принципиальных отличий в реализации. Через всю гирлянду не-
обходимо протянуть пять проводников, к которым будут подклю-
Глава 6. Световые эффекты для дискотеки
229
чаться источники излучения. Кстати, сами светодиоды нужно бу-
дет размещать в декоративных корпусах вместе с балластными ре-
зисторами. Какие-то готовые корпуса рекомендовать сложно,
поэтому оставляем этот вопрос читателю.
В качестве несложной практической конструкции, имеющей
законченную конструктивную реализацию, мы предлагаем читате-
лю изготовить двухцветную гирлянду, управляемую всего по двум
проводам. Электрическая схема такой гирлянды приведена на
рис. 6.19. При положительной полярности ипит светятся HL1 и
HL3, при переполюсовке напряжения на входных контактах они
гаснут и зажигаются HL2 и HL4. Преимущество такого включения
двояко: во-первых, используется только один балластный резистор
на два светодиода, и, во вторых, поскольку светодиоды не допус-
кают наличие обратного напряжения в среднем выше 2,5 В, они
защищают друг друга попеременно. В конструкции гирлянды
можно использовать также двухвыводные двухцветные светодиоды
типа L-317 или L-517 фирмы Para Light. Мы же будем ориентиро-
ваться на светодиоды L-312 этой же фирмы.
Классическое размещение светодиодов в виде гирлянды кажет-
ся слишком тривиальным, поэтому было решено объединить не-
(+)-◄-
Питание
(-)+<-
Рис. 6.19. Двухцветная гирлянда
230 Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
сколько светодиодов в группы и разместить их в декоративных
фонариках, изготовленных из подручных средств. Для изготовле-
ния одного фонарика нам понадобится две пластиковых бутылки
от прохладительных напитков (желательно бесцветных, или по-
добранных с учетом цвета светодиодов) с крышками, суперклей
«Момент», несколько кусочков фольгированного стеклотекстоли-
та, 4 красных и 4 зеленых светодиода. От пластиковой бутылки с
помощью ножовки по металлу нужно аккуратно отрезать часть с
резьбой, на которую наворачивается пробка. У бутылки ниже
резьбы сделан выступающий технологический ободок, под кото-
рым и должно пройти место отреза. После того, как горлышки от-
резаны, острым ножом следует подровнять поверхность запила,
зашлифовать ее наждачной бумагой.
После этого части склеиваются с помощью суперклея так, как
показано на рис. 6.20. Навернув на резьбу пробки, мы получим за-
готовку фонарика. Основная часть будет скрыта непрозрачными
пробками, но под ними (ближе к ободку) останется прозрачное
место, которого хватит для прохождения излучения светодиодов.
Таким образом, фонарик будет излучать свет в середине своей ци-
линдрической поверхности.
Рис. 6.20. Склейка заготовок
Теперь нужно заготовить четыре прямоугольных держателя из
стеклотекстолита. Склеенные попарно, они должны с натягом
входить в торцевые отверстия фонарика (без навернутых пробок).
Гпаеа 6. Световые эффекты для дискотеки 231
занимая диаметральное положение. Светодиоды нужно крестооб-
разно разместить на платах и соединить по электрической схеме
выводы. На одной плате следует сразу же припаять соединитель-
ные межплатные проводники, обрезав их по месту и облудив кон-
цы, а также балластные резисторы. Теперь платы нужно размес-
тить в корпусе, одна к другой под 45 градусов, на месте распаять
проводники Сделать это будет не очень сложно — главное, чтобы
паяльник не проплавил корпус.
Последняя операция — установка крышек. В одной крышке
необходимо по центру проделать отверстие и вывести через него
два провода. Собранный фонарик показан на рис. 6 21 Конечно,
его изготовление достаточно трудоемко и занимает около часа, но
ради оригинального исполнения стоит потратить немного време-
ни, чтобы удивить окружающих. Схема управления этой гирлян-
дой будет приведена далее.
j
6.7. «Бегущий огонек»
Итак, вы изготовили гирлянду и проверили ее. Теперь настало
время сделать автомат, с помощью которого гирлянда засверкает
«бегущими огоньками». Для этого нам понадобится воспользо-
ваться возможностями, которые предоставляет цифровая техника.
Схема автомата световых эффектов, позволяющего создать до де-
сяти разных комбинаций переключения гирлянды, состоящей из
ламп накаливания, приведена на рис. 6.22. На микросхеме DD2
выполнен генератор импульсов с регулируемой частотой. Частота
232
Глава 6. Световые эффекты для дискотеки
Рис. 6.22. Схема автомата для управления гирляндами
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
233
генератора выбрана не более 1 Гц, чтобы переключение происхо-
дило не слишком быстро, но и не слишком медленно. Регулиров-
ка осуществляется переменным резистором R3, резистор R2 огра-
ничивает зарядный ток конденсатора С5. Импульсы с генератора
подаются на сдвиговый регистр, выполненный на элементах
D-триггеров микросхемы DD3. Оперируя переключателем SA1 и
кнопкой SA2, можно задавать различные комбинации переключе-
ния ламп. Особое внимание следует обратить на кнопку SA2, ко-
торая может менять последовательность переключения в пределах
фиксированного положения SA1. На микросхеме DD1 построен
элемент «исключающее ИЛИ», который позволяет последователь-
но чередовать все возможные эффекты.
Выходы микросхемы DD3 управляют светодиодами HL2—HL5
и диодами оптопар Ul—U4. Необходимость введение оптопар
продиктована требованием гальванической развязки сетевого на-
пряжения и цепей управления. Гальваническая развязка может
показаться читателю неоправданно усложняющей схему — ведь
выходные транзисторы оптопар можно заменить обычными типа
КТ315Г, и подавать сигнал на их базы непосредственно с резисто-
ров R4—R7, что упрощает схему. Однако гальваническая развязка
может потребоваться при создании автомата световых эффектов,
переключающего каналы в такт с музыкой. В таком случае данная
схема модернизируется с минимальной доработкой, о которой —
чуть ниже.
Выходные части оптопар (биполярные транзисторы в ключе-
вом режиме) управляют тиристорами VS1—VS4, которые, в свою
очередь, управляют лампами ELI—EL4, в качестве которых может
быть и гирлянда. Диоды VD9—VD12 исключают попадание отри-
цательного напряжения на тиристоры.
Блок питания автомата выполнен на трансформаторе TI,
имеющим две гальванически не связанные вторичные обмотки, и
микросхемах DAI, DA2, причем микросхема DA1 питает цепи
управления тиристоров VS1—VS4, a DA2 — схему управления
Светодиоды HL1 и HL6 сигнализируют о наличии напряжений
питания.
Все детали автомата, за исключением трансформатора Т1, ти-
ристоров VS1—VS4, диодов VD9—VD12, переключателей SA1 и
SB1, светодиодов HL1—HL6, расположены на печатной плате, по-
казанной на рис. 6.23. Сборочный чертеж платы показан на
234
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
93
Рис. 6.23. Печатная плата
общий
VS1-VS4 К VS1 К VS2 К VS3 К VS4
Рис. 6.24. Сборочный рисунок
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
235
рис. 6.24. Резисторы — С2-33, С2-23, МЯТ или другие, подходя-
щие по размерам Электролитические конденсаторы — К50-68.
Вместо микросхем серии К1533 допустимо использовать микро-
схемы серий КЛ 55, К555, но тогда увеличится ток потребления
управляющей части. Трансформатор ТР1 типа ТПК2 2 х 9 В В ка-
честве SA1 подойдет переключатель галетного типа ПГК или более
новый — ПГ, например, ПГ2-10. Кнопка SB1 — типа КМ. Тири-
сторы VS1—VS4 и диоды VD9—VD12 желательно установить на
радиаторы, тогда к автомату возможно будет подключать лампы
накаливания мощностью до 150 Вт.
При установке исправных деталей автомат в налаживании не
нуждается. Размещая детали в корпусе, следует сделать так, чтобы
радиаторы и другие детали, на которых присутствует сетевое на-
пряжение, не имели открытого доступа. В крышке целесообразно
насверлить маленьких отверстий для вентиляции.
Автомат световых эффектов, схема которого изображена на
рис. 6.22, если можно так сказать, является полностью автоном-
ным автоматом, то есть скорость переключения гирлянд в нем
регулируется вручную. Можно модернизировать этот автомат,»
введя режим управления скоростью переключения гирлянд в
такт с музыкальным произведением, что усилит визуальный эф-
фект. Схема приставки изображена на рис. 6.25. Она представля-
ет собой автогенератор, частота которого может управляться
внешним сигналом. Таким образом, включив эту приставку вме-
сто генератора, построенного на микросхеме DD2 (бис. 6.22),
мы получим желаемый эффект. Можно также совместить обе
схемы тактовых генераторов и ввести в конструкцию автомата
переключатель.
Основой генератора служит классический мультивибратор на
микросхеме DA2. Его частота определяется емкостью конденсато-
ра СЗ и сопротивлением резистора R7, но не только их одних
В значительной степени частота автогенерации зависит от напря-
жения на выводе 3 микросхемы. В классическом варианте мульти-
вибратора резисторный делитель R9, R10 своей средней точкой
подключается как раз к указанному выводу, и частота генерации
может быть отрегулирована соотношением этих резисторов. По-
скольку микросхема DA2 по отношению к элементам СЗ, R7
включена в инвертирующем варианте, в первоначальный момент
времени на выводе 6 будет высокий уровень сигнала, в то время
236
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
как на выводе 2 — низкий. Конденсатор СЗ начинает заряжаться,
и когда напряжение на выводе 2 превысит потенциал на выводе 3,
благодаря эффекту компаратора, выход ОУ перейдет в противопо-
ложное по сигналу состояние, и конденсатор СЗ через резистор R7
начнет разряжаться, пока ситуация с перебросом компаратора не
повторится.
Чтобы иметь возможность управления частотой генерации, в
схему введен ОУ DA1. Если на входе 2 этого ОУ нет сигнала, эта
микросхема представляет собой повторитель сигнала делителя R9,
R10. Но поскольку в схеме имеются элементы R1 и С1, на вход
ОУ подается сигнал с линейного выхода усилителя, этот сигнал
как бы «добавляет» или «убавляет» напряжение от делителя, и час-
тота генерации будет меняться.
Конденсатор С1 является разделительным. Узел, построенный
на транзисторе VT1, задает искусственную «среднюю точку» для
обеспечения работы автогенератора. Напряжение на эмиттере VT1
равно примерно 2,5...2,6 В. Конденсаторы С4 и С5 — цепи кор-
рекции операционных усилителей, С6 — блокировочный высоко-
частотных наводок по цепям питания. Резистором R3 можно регу-
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
237
лировать степень изменения частоты переключения гирлянд, под-
страиваться под конкретные условия.
Смонтирована приставка на печатной плате, показанной на
рис. 6.26. Сборочный рисунок приведен на рис. 6.27. В конструк-
ции можно применять резисторы и конденсаторы, имеющиеся под
рукой. Мощность резисторов — 0,125 или 0,25 Вт. Резистор R3
должен быть таким, чтобы вывести его на переднюю панель авто-
мата и закрепить ручку на оси. Стабилитрон VD1 типа КС133А или
импортный 1N4728. Большое значение следует придавать микро-
схемам DA1 и DA2 в отношении их напряжения питания. Здесь
использованы программируемые ОУ типа КР1407УД2, напряжение
Рис. 6.26. Печатная плата
Рис. 6.27. Сборочный рисунок
238
Глава 6. Световые эффекты для дискотеки
питания которых может составлять 2 х 1,2 В. Вход 8 управляет вы-
ходом «операционника», включая или отключая его. В данном слу-
чае ОУ всегда остается включенным током резисторов R6 и R8.
Подойдут также и другие типы ОУ с близким напряжением пита-
ния, например, счетверенные К1401УД1, КР1446УД1. Правда, то-
гда придется переделать печатную плату. При желании, можно
подкорректировать частоту переключения в отсутствии звукового
сигнала, изменив емкость конденсатора СЗ или сопротивление ре-
зистора R7.
К автомату световых эффектов подключаться следует так: уда-
лить печатный проводник, связывающий на рис. 6.22 вывод 10
микросхемы DD2 и вывод 9 микросхемы DD3, затем непосредст-
венно, или через переключатель, подать сигнал на вывод 9 DA3 с
вывода 6 DA2 приставки Питание следует снять с выводов кон-
денсатора С4 автомата световых эффектов. Ни в коем случае не
используйте напряжение с конденсатора СЗ — в этом случае ис-
точник звукового сигнала окажется гальванически связанным с
сетью, что может вывести его из строя.
Печатную плату приставки можно укрепить в корпусе автома-
та, а соединения выполнить обычными проводами типа МГШВ
или МГТФ.
* * *
Второй вариант автомата световых эффектов пригодится для
оживления светодиодной гирлянды из самодельных фонариков.
Этот автомат будет попеременно зажигать светодиоды, меняя по-
лярность. Принципиальная схема автомата показана на рис. 6.28.
Основу схемы составляет мост на мощных биполярных транзисто-
рах VT3—VT6, в диагональ которого включена гирлянда В мо-
мент, когда транзисторы VT3 и VT6 открыты, транзисторы VT4 и
VT5 закрыты, и наоборот. Транзисторы VT1, VT2, VT7, VT8
управляют мостом. К их базам через токоограничительные рези-
сторы R3, R5, R13, R16 поступает сигнал с микросхемы управле-
ния DD1, на которой собран генератор прямоугольных импульсов.
Схема питания автомата на рисунке не показана, поэтому
можно использовать источник питания, оснащенный трансформа-
тором с током вторичной обмотки не менее 1 А и стабилизатором
КР142ЕН5 на напряжение 5 В
Рис. 6.28. Принципиальная схема автомата
К гирлянде
DD1.5
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки 239
240
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
Рис. 6.29. Печатная плата
6.8. «Живые столбики» из анализатора
спектра
В профессиональной аппаратуре достаточно часто можно
встретить так называемые анализаторы спектра. Это семейство
линейных светодиодных индикаторов уровня сигнала, располо-
женных рядом. Каждая полоска индицирует амплитуду электри-
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
241
ческого колебания в узкой частотной полосе, а все вместе они
показывают полный спектр звукового сигнала. Разделение час-
тотных полос осуществляется до подачи сигнала на светодиод-
ную «линейку», и делается это с помощью полосовых фильт-
ров — точно так же, как и в светомузыкальной установке. Но
анализатор спектра обычно нужен в студийных условиях, а в
любительских, и тем более на дискотеке вполне достаточно
одиночной «линейки», показывающей интегральный уровень
сигнала.
И все же анализатор спектра может сослужить добрую службу
для дискотеки, украсить ее, если использовать в качестве индика-
торных элементов не светодиоды, а... стандартные лампы накали-
вания! Такие гигантские «линейки» стоит поместитиза цветными
светофильтрами, снабдить зеркальными отражающими экранами,
а еще лучше, если закрепить их в большом напольном ящике. То-
гда мы получим конструкцию, напоминающую и светомузыкаль-
ную установку, и анализатор спектра. Так и хочется назвать ее
«живыми столбиками».
Схема одного канала «живых столбиков» приведена на
рис. 6 31 На микросхеме DA1 собран знакомый нам полосовой
фильтр. Далее сигнал подается на вход микросхемы индикации
DA2, на выходы которой (1—4, 6), как нам известно, обычно
подключаются светодиоды «линейки». Но в данной конструкции
светодиоды заменены оптронами Ul— U5, которые управляют
тиристорами VS1—VS5, а те в свою очередь — лампами накали-
вания ELI—EL5. Необходимость оптронов диктуется необходи-
мостью гальванической развязки между сетью и источником зву-
кового сигнала. Особенностью этой схемы является необходи-
мость наличия двух гальванически развязанных источников
питания (двуполярного 15 В для питания фильтра и однополяр-
ного 5 В для питания выходной — транзисторной — части оп-
тронов). Тиристоры VS1—VS5 и диоды VD1—VD4 должны быть
установлены на радиаторы, гальванически изолированные друг
от друга.
Номиналы элементов С1 и С2 на схеме не показаны. Для пя-
тиканальной установки номиналы этих элементов приведены в
табл. 6.1.
Входы всех каналов объединяются и сигнал подается с линей-
ного выхода. Возможно также подать сигнал с выходных контак-
242
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
VS5
Рис. 6.31. Принципиальная схема канала автомата «живые столбики»
Гпава 6. Световые эффекты для дискотеки
243
Таблица 6.1
Канал С1,С2
1 0,22 мкФ
2 0,068 мкФ
3 * 0,012 мкФ
4 6800 пФ
5 1200 пФ
тов УНЧ (с контактов акустической системы), но тогда необходи-
мо увеличить номинал резистора R1. Резистором R2 настраивается
уровень входного сигнала.
Собрать устройство можно на печатной плате, рис. 6.32, а по-
может в этом рис. 6.33. Вариант конструктивного исполнения по-
казан на рис. 6.34. Конечно, возможны и другие конструкции, на-
пример, выстроенные в ряд прожекторы. Пусть читатели сами
проявят фантазию!
55
Рис. 6.32. Печатная плата
244
Гпаеа 6. Световые эффекты для дискотеки
Рис. 6.33. Сборочный рисунок
Рис. 6.34. Вариант внешнего вида автомата
«живые столбики»
Глава 6. Световые эффекты для дискотеки
245
6.9. Маленькие хитрости
Порой для оригинального украшения танцевального зала могут
послужить самые неожиданные вещи, которые, как бы это не по-
казалось странным, известны всем. Например, очень красиво
смотрятся обычные люминесцентные лампы, закрытые разноцвет-
ными светофильтрами. Но найти светофильтры таких размеров
достаточно сложно. Поэтому можно использовать разноцветный
скотч, который продается в магазинах канцелярских товаров. Об-
мотав трубку лампы скотчем, возможно «раскрасить» ее не только
в один цвет, но и в несколько, сделав лампу «полосатой». Не стоит
опасаться расплавления скотча — лампа дневного света практиче-
ски не нагревается.
Еще одна интересная идея, используемая радиолюбителями, —
применение лазерной указки для создания очень красивых эффек-
тов. Лазерную указку сегодня можно приобрести без труда, но са-
мо по себе мелкое световое пятно, создаваемое ею, вызовет мало
интереса. Гораздо интереснее выглядела бы какая-нибудь фигура,
«нарисованная» указкой на стене или на потолке. Достаточно лег-
ко создать «ромашку», и для этого, кроме указки, нужно приобре-
сти два электродвигателя (подойдут вентиляторы охлаждения про-
цессоров компьютера). На вентиляторах необходимо закрепить
небольшие зеркала (их можно вырезать из ненужных ком-
пакт-дисков), причем при вращении они должны немножко
«бить». Тогда луч указки, направленный на вращающееся зеркало,
отразившись от него, нарисует на стене окружность. Если «отра-
зить» луч еще от одного вращающегося зеркала, будет нарисована
«ромашка». Понятно, что указку и двигатели с зеркалами нужно
жестко закрепить в пространстве. Также необходимо соблюдать
меры предосторожности — ни в коем случае не допускать попада-
ния лазерного луча указки в глаза.
Глава 7
ШПАРГАЛКА ДЛЯ ОРГАНИЗАТОРА
Не стоит забывать, что дискотека — это не только усилители,
акустические «колонки», прожекторы и светомузыка. Это — весе-
лый праздник, который, даже при наличии самой современной, са-
мой лучшей электронной аппаратуры и самого лучшего зала может
не получиться. И еще дискотека именуется в скучных официальных
документах «массовым мероприятием», то есть во время ее прове-
дения никто не должен пострадать от неумелых действий кого-ли-
бо. Поэтому в короткой завершающей главе мы кратко перечислим
то необходимое, что нужно обязательно учесть организаторам.
7.1. Оформление и оборудование зала
Размеры зала, как правило, диктуют и способ его оформления
Например, в домашних условиях достаточно отодвинуть мешаю-
щую мебель в сторону, поставить на подоконник акустическую
«колонку», подключить к ней источник звука — вот и все, что
нужно. Гораздо сложнее обстоит дело с большими залами, насы-
щенными мощной усилительной аппаратурой, множеством свето-
вых эффектов, а также большим количеством людей. Неубранное
и грязное помещение может свести почти на «нет» все хорошие
впечатления — и уповать на малое количество света не стоит.
Предварительно танцевальный зал нужно убрать, освободить его
центральную часть от столов, стульев и других мешающих предме-
тов. Хорошо, если в зале найдется место (обычно в каком-либо
его углу), куда можно поставить небольшое количество стульев
для тех, кто «не танцует» и кто решил немного передохнуть. Ино-
гда по периметру зала располагают столики, за которыми можно
посидеть, попить прохладительных напитков. Но в любом случае
лучшая — центральная — часть зала отводится для танцующих.
Очень важно правильно расположить звукоусилительную аппа-
ратуру и ди-джейское место. Аппаратура должна быть установлена
Глава 7. Шпарглл -?'-= организатора 247
так, чтобы не загораживать вход в зал и места, где может оказаться
наибольшее скопление народа. Акустические системы расставля-
ются так, чтобы ось их максимального излучения была направлена
на танцующих, и в то же время не «била по ушам» группе сидяших
на стульях. Здесь нужно поэкспериментировать.
Как правило, стол, за которым сидит ди-джей, освещается ма-
ломощной направленной лампой — в темноте очень неудобно сле-
дить за аппаратурой, сортировать компакт-диски, кассеты, читать
поздравления и другие заготовленные реплики в паузах. Но свет
не должен «бить в глаза» остальным участникам дискотеки, поэто-
му лучше всего отделить место ди-джея высокой перегородкой (на
уровне его глаз). Тогда подсветка стола видна не будет, а сам
ди-джей сможет беспрепятственно наблюдать за танцующими.
Световые эффекты размешаются под потолком, на стенах, на
полу. К размещению их стоит отнестись очень серьезно, поэкс-
периментировать, полагаясь не только на собственное мнение,
но и на мнение своих коллег. Гирлянды «бегущий огонь» подве-
шиваются под потолком. Лучше всего подвязать их к натянутой
капроновой бечевке, ближе к центру зала. Светодиодные фона-
рики можно в случайном порядке раскидать по залу. Прожекто-
ры светомузыки возможно размещать как на полу, так и в дру-
гих удобных местах, направив их лучи на потолок, стены, в
центр зала, на танцующих. Стробоскоп может быть установлен у
ди-джейского пульта.
Дополнительные украшения зала выполняются сообразно с су-
тью праздника. Новогодний зал —- это елка, серпантин, блестящий
дождик. Выпускной вечер — красочные плакаты, надувные шари-
ки... Мы оставим эти советы за рамками данной книги и призовем
читателей самим подумать о дополнительных украшениях
7.2. Составляем программу дискотеки
Музыкальный репертуар дискотеки — самая ответственная
часть. Музыка должна быть известной, зажигательной, но в то же
время обязательно рассчитанной на предполагаемую возрастную
группу участников. К примеру, людям «за сорок» нравится Алла
Пугачева, а тем, кому «около двадцати» — Децл. Есть танцы, кото-
рые, как говорится, «всем возрастам покорны»: все любят танце-
248
Гпава 7. Шпаргалка для организатора
вать медленные танцы, рок-н-роллы. А есть такие, которые мало
кто танцует: это рэп, хип-хоп. Одни мелодии могут показаться
«навязшими в зубах», надоевшими, другие — совсем новыми и не-
интересными. Поэтому готовить музыкальную часть дискотеки
ди-джею придется за несколько дней до проведения вечера, на-
пример, на домашнем компьютере. Сегодняшняя компьютерная
техника позволяет провести эту работу качественно и без опаски
что-то упустить. Воспользовавшись известными программами для
перевода музыкальных файлов с компакт дисков в mp3 (здесь при-
годится, например, программа MP3Producer, ее можно получить с
сайта http://www.mp3developments.com/ru/), необходимо создать
«фонд» музыки, а затем составить «play-list». Поможет в этом не
менее известная программа WinAmp (ее можно получить с сайта
http://www.winamp.com/). И наконец, записать программу вечера
на CD-R. Формат mp3 таков, что позволяет записать около 10 ча-
сов музыки на один диск без заметной на слух потери качества.
Начиная танцевальный вечер, ди-джею достаточно «запустить»
на компьютере составленную ранее музыкальную программу, пе-
риодически, в перерывах между музыкальными произведениями
нажимая на кнопку «пауза» и произнося в микрофон забавные
реплики.
На ди-джее лежит большая ответственность, поэтому он про-
сто обязан быть полновластным хозяином своего рабочего места,
не допускать посторонних, случайных лиц, стремящихся «пору-
лить», «поставить свою музыку», «покричать в микрофон», «сде-
лать погромче». Но ведущий не должен казаться слишком стро-
гим — если основная масса людей сидит на стульях, стоит у стен-
ки или вышла покурить, значит нужно что-то корректировать в
программе, а не винить людей за пассивность. Кто сказал, что
создать хорошее настроение очень просто?
7.3. Меры безопасности при подготовке
и проведении танцевального вечера
Этот раздел может показаться излишним — и так ясно, что ме-
роприятия с участием людей должны проводиться так, чтобы ни-
кто не пострадал, не получил травму. Бывают, конечно, случаи,
когда слишком активные танцоры получают вывихи конечностей
Гпава 7. Шпаргалка для организатора 249
и растяжения мышц, но об этом мы говорить не будем — органи-
заторы не могут предотвратить такие ситуации. Однако не будем
забывать, что для проведения дискотеки используются техниче-
ские средства, подключаемые к электросети, развешиваемые над
головами людей. Именно о безопасности этих средств и пойдет
здесь речь.
При изготовлении и наладке конструкций, приведенных в этой
книге, следует неукоснительно соблюдать правила техники безо-
пасности, разработанные для выполняющих электромонтажные и
наладочные работы.
Оборудование дискотеки не должно содержать частей, прикос-
новение к которым может вызвать удар электрическим током. Все
узлы, которые находятся под током, необходимо установить в за-
щищенные корпуса.
Как правило, аппаратура имеет большое количество всевоз-
можных соединительных кабелей. Некоторые из них несут функ-
ции питающих и непосредственно включаются в электрическую
сеть. Эти кабели необходимо проложить так, чтобы на них не на-
ступали ногами, чтобы за них нельзя было зацепиться и повре-
дить. Все кабели должны быть исправными, без повреждений изо-
ляции, порезов, скруток.
Оборудование (в том числе световое) необходимо надежно за-
креплять, чтобы оно не оторвалось и не нанесло повреждения
людям. Подставки должны быть устойчивыми, подвесы — проч-
ными.
Мощные прожекторы должны быть размещены так, чтобы лю-
ди не обожглись об их нагретые корпуса Использование галоген-
ных ламп допускается только со специальными прожекторами,
оборудованными взрывозащитным стеклом.
Лучи лазерных спецэффектов и прожекторов с фокусировкой
луча запрещается направлять людям в глаза.
Не допускается работать с электронной аппаратурой людям, не-
знакомым с правилами электробезопасности.
Заключение
Вот, пожалуй, и все основные технические секреты, без кото-
рых не обойтись при проведении современной дискотеки на высо-
ком уровне. Автор надеется, что теперь, прочитав эту книгу, вы
сможете «без сучка и задоринки» провести такой вечер, полагаясь
на собственные силы и силы своих друзей. Но, хочется верить,
книга послужит приглашением в мир профессионалов, занимаю-
щихся разработкой и производством оборудования для дискотек,
концертов, презентаций, праздников, кино- и телевизионных съе-
мок, студий звукозаписи Удачи вам, уважаемые читатели, на этом
интересном поприще!
Содержание
От автора................................................3
Глава 1. ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОСТЬ
ЗВУКОЗАПИСИ .............................................7
Глава 2. ЭЛЕКТРОАКУСТИКА................................19
2.1. Как характеризуются источники звука............19
2.2. Как звук распространяется в помещении ... 28
2.3. Как люди воспринимают звук . . . 42
2.4. Что такое децибелы, ватты, RMS-ы и РМРО . . 46
2.5. Оборудование для дискотеки.....................52
Глава 3. ДИСКОТЕКА БЕЗ УСИЛИТЕЛЯ -
НЕ ДИСКОТЕКА.......................................55
3.1. Немного теории перед практикой.................55
3.2. Предварительные усилители......................65
3.3. Простые УНЧ для небольшой комнаты..............83
3.4. Несложные УНЧ для маленького зала..............94
3.5. Усилители для большого зала...............105
3.6. Маленькие хитрости ...........................113
Глава 4. ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА . . .. 123
4.1. Как устроены электроакустические агрегаты . . 123
4.2. Основные характеристики АС................131
4.3. Подробнее о динамических излучателях .... 134
4.4. Когда выручает кроссовер?.................143
4.5. Что такое сабвуфер........................164
4.6. Маленькие хитрости ...........................172
252
Содержание
Глава 5. ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ ДИ-ДЖЕЯ.......................176
5.1. Микрофонное хозяйство.........................176
5.2. Как смешать несколько сигналов................187
5.3. Зачем на дискотеке головные телефоны? . . . . 190
5.4. Измеряем уровень выходной мощности . . . . 191
5.5. Управляем тембром и громкостью звука .... 196
Глава 6. СВЕТОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ДЛЯ ДИСКОТЕКИ . . 205
6.1. Как создать световые эффекты .................205
6.2. Прожектор из подручных материалов.............208
6.3. Светомузыкальная установка....................210
6.4. Стробоскоп....................................218
6.5. Гирлянды, гирлянды, гирлянды..................223
6.6. Фонарики из сверхъярких светодиодов...........227
6.7. «Бегущий огонек»..............................231
6.8. «Живые столбики» из анализатора спектра . . . 240
6.9. Маленькие хитрости ...........................245
Глава 7. ШПАРГАЛКА ДЛЯ ОРГАНИЗАТОРА....................246
7.1. Оформление и оборудование зала................246
7.2. Составляем программу дискотеки................247
7.3. Меры безопасности при подготовке
и проведении танцевального вечера...............248
Заключение.............................................250
Серия «СОЛОН — радиолюбителям»
Выпуск 28
Борис Юрьевич Семенов
Дискотека своими руками
Ответственный за выпуск
В. Митин
Макет и верстка
С. Тарасов
Обложка
Е. Холмский
М
ООО «СОЛОН-Пресс»
123242, Москва, а/я 20
Телефоны:
(095) 254-44-10, 252-36-96, 252-25-21
E-mail: Solon-Avtor@coba ru
По вопросам приобретения обращаться:
ООО «Альянс-книга»
Тел.: (095) 258-91-94, 258-91-95
www.abook.ru
ООО «СОЛОН-Пресс»
12 051, г Москва М Сухаревская пл., д. 6, стр. 1 (пом ТАРП ЦАО)
Формат 60x88/16. Объем 16 п. л. Тираж 2000
ООО «Пандора-1»
Москва, Открытое ш,, д. 28
Заказ № 106