Двухполосный громкоговоритель с фазоинвертором

Журнал "Радио", номер 1, 2000г.
Автор: С. Бать, г. Москва

    Конструкции, которые создал Сергей Давыдович Бать, неизменно пользуются популярностью у читателей журнала "Радио". Причина тому - тщательная их отработка, обеспечивающая высокое качество и, что не менее важно, хорошую повторяемость. Мы предлагаем на суд читателей его новую работу.

    Динамические головки датской фирмы Peerless ранее были мне известны из литературы. Кроме того, на страницах американского журнала "SPEAKER BUILDER" публиковалось описание нескольких громкоговорителей высокого класса с применением головок этой фирмы. Увидев образцы "живьем" на выставке "Российский Hi-End 99" (в экспозиции фирмы "Аркада"), я решил использовать такие же в новом двухполосном громкоговорителе. Наиболее предпочтительными для моих целей при оптимальном соотношении качество/цена оказались динамические головки НЧ-СЧ диаметром 176 мм и головки ВЧ диаметром 105 мм. В технической документации указывается полное название динамических головок, содержащее информацию о их назначении и конструктивных особенностях. Считаю полезным в данном случае привести исчерпывающую расшифровку названий головок (в скобках - номенклатурный номер, используемый в коммерческой документации).

    Головка НЧ-СЧ - 176 WR 33 102 SD AL 8 (850122):
    176 - габаритный диаметр в мм;
    WR - "басовая" головка с резиновым подвесом диффузора;
    33 - диаметр звуковой катушки в мм;
    102 - диаметр магнита в мм;
    SD - трехслойный диффузор из композитного материала;
    AL - наличие специального устройства, ограничивающего искажения при больших амплитудах колебания диффузора;
    8 - номинальное сопротивление в Ом.

    Головка ВЧ - 105 DT 26 72 SF FF 8 (812774):
    105 - габаритный диаметр в мм;
    DT - "купольная" высокочастотная головка;
    26 - диаметр звуковой катушки в мм;
    72 - диаметр магнита в мм;
    SF - купол из ткани с пропиткой;
    FF - наличие магнитной жидкости в зазоре магнитной системы;
    8 - номинальное сопротивление в Ом.

    Максимальная долговременная мощность этих головок составляет 100 и 70 Вт соответственно.

    Проектирование громкоговорителя начинают с расчета акустического оформления НЧ-СЧ динамической головки. Для этого автором использованы параметры, измеренные на двух образцах головок (см. таблицу).

Таблица Образцы головок 1 2 Резонансная частота Fs, Гц 50,4 49,2 Объем Vas, эквивалентный акустической гибкости, л 16,2 17,1 Полная добротность Qts 0,414 0,402

    С учетом активного сопротивления катушки фильтра и подводящих проводов (0,7 Ом) для расчета была принята величина добротности Qts=0,44. По результатам компьютерного моделирования в качестве акустического оформления был выбран фазоинвертор с рабочим объемом 18 л и частотой настройки 42 Гц. Указанная частота настройки обеспечивается с помощью трубы длиной 11,5 см и внутренним диаметром 5 см, склеенной из бумаги до толщины стенок около 5 мм.

    Чертеж корпуса показан на рис.1. Корпус изготовлен из мебельной фанеры толщиной 18 мм. С целью снижения вибрации стенок корпус оклеен изнутри гидростеклоизолом. Для повышения жесткости конструкции в корпусе имеются две перемычки, которые делят внутренний объем на три отсека. Два верхних заполнены максимально распушенным куском синтепона низкой плотности (площадью 1,4 м2 на один корпус). Нижний отсек, где расположена труба фазоинвертора, изнутри поверх гидростеклоизола покрыт искусственным мехом с длиной ворса 10 мм.

    На рис. 2 показаны АЧХ по звуковому давлению, снятые на синусоидальном сигнале в ближнем поле и характеризующие работу фазоинвертора. Штриховой и серой линиями показаны АЧХ излучения головки и трубы фазоинвертора соответственно, а сплошной линией показана результирующая АЧХ громкоговорителя. Провал на АЧХ головки позволяет оценить область снижения амплитуды колебаний диффузора (и нелинейных искажений) за счет действия фазоинвертора. Заметное ограничение хода диффузора происходит в интервале частот от 30 до 45 Гц.

    АЧХ громкоговорителя в области низких частот получается как результат взаимодействия излучения динамической головки и трубы фазоинвертора с учетом фазовых соотношений, и на каждой частоте вычисляется как векторная сумма указанных излучений. Надо отметить, что результирующую АЧХ нельзя получить путем суммирования ординат двух нижних кривых. Завал АЧХ громкоговорителя на частоте 40 Гц относительно частоты 150 Гц составляет 6,5 дБ, что представляется вполне приемлемым для громкоговорителя с полезным объемом 18л.

    Разработка разделительного фильтра для применяемых динамических головок существенно облегчается, вопервых, за счет ровной АЧХ головки НЧ-СЧ вплоть до 5 кГц с плавным спадом на краю диапазона и во-вторых, за счет хорошего демпфирования резонанса головки ВЧ. Резонансная частота ВЧ головки равна 1170 Гц, что позволяет выбрать частоту раздела около 2500 Гц. На рис. 3 показана электрическая схема первого варианта разделительного фильтра. Фильтр включает в себя цепь R1C2 компенсации индуктивности звуковой катушки головки НЧ-СЧ, делитель R2R3, выравнивающий головки по отдаче, и два звена первого порядка, включенных последовательно с головками.

    На первый взгляд, необычным является противофазное включение головок, характерное для фильтров второго порядка. С точки зрения электрических соотношений, в разделительном фильтре такое включение головок должно привести к провалу АЧХ вблизи частоты раздела. Однако при разработке громкоговорителя существенно более важным является учет влияния на результирующую АЧХ по звуковому давлению неравномерности излучения головок, работающих совместно со звеньями фильтра. На рис. 4 приведены АЧХ отдельных головок (тонкие линии) и результирующая АЧХ громкоговорителя, снятые на синусоидальном сигнале. Интервал частот, в котором результирующая АЧХ формируется излучением двух головок, назовем областью совместного излучения.

    Для рассматриваемого случая область совместного излучения практически ограничена в пределах 1 ...3,6 кГц. Частота раздела лежит внутри области совместного излучения, и ее значение может быть условно принято в точке пересечения исходных АЧХ, т. е. на частоте около 2,5 кГц. Вблизи частоты раздела наклон АЧХ близок к 12 дБ на октаву, что характерно для фильтров второго порядка. Рис. 4 наглядно показывает, что фильтр с электрическими звеньями первого порядка акустически вместе с головками проявляет себя как фильтр второго порядка. Этим и объясняется противофазное включение головок.

    На рис. 5 показана электрическая схема второго варианта фильтра, в котором последовательно с головкой ВЧ включено звено третьего порядка. Характеристики на рис. 6 аналогичны показанным на рис. 4, но АЧХ сняты для второго варианта фильтра. Он разработан с целью сокращения области совместного излучения. Из опыта предыдущих разработок мне известно, что сокращение этой области в большинстве случаев улучшает локализацию источников звука в стереопанораме, Это оказалось справедливым и в данном случае. Кроме того, изменился тональный баланс - появилась некоторая подчеркнутость в верхней части среднечастотного спектра. Моя оценка, конечно, субъективна, поэтому читатели, которые рискнут повторить эту разработку, имеют возможность выбрать вариант фильтра в соответствии с собственными предпочтениями.

    Охарактеризовать качество звучания разработанного громкоговорителя лучше всего в сравнении с другим - на динамических головках фирмы VIFA ("Радио", 1999,# 2). Наиболее заметна разница в воспроизведении звуков низших частот: с головками Peerless бас значительно более мощный, но несколько уступает головкам VIFA по проработке подробностей звукового образа. В остальном трудно отдать предпочтение одному из громкоговорителей, поскольку звучание комплекта VIFA кажется мне более мягким и комфортным, а звучание с головками Peerless более открытым и динамичным. Безусловно, эти отличия позволяют выбрать ту или иную АС в соответствии с музыкальными предпочтениями слушателей.

    Подводя итог проделанной работе, остается привести краткий перечень основных параметров разработанного громкоговорителя.

Таблица Неравномерность АЧХ по звуковому давлению в диапазоне частот 50... 15000 Гц, дБ, не более ±2 Диапазон воспроизводимых частот при неравномерности 6 дБ, Гц 40...20000 Номинальное сопротивление, Ом 8 Габариты, мм 220x500x226 Масса,кг 12

    На рис. 7 показана амплитудно-частотная характеристика громкоговорителя в третьоктавных полосах шума. Там же приведена характеристика модуля полного сопротивления.







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.