Об искажениях частотных характеристик малогабаритных акустических систем и "глубоких басах". Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Głośniki

 Komentarze do artykułu

Każdy radioamator, który kiedykolwiek samodzielnie budował systemy akustyczne (AS) wie, że nawet dokładne wykonanie projektu, zalecenia autorów projektu nie zawsze prowadzą do pożądanego rezultatu. Przy całej złożoności lub po prostu niemożności oceny jakości głośników domowej roboty w domu, z wyjątkiem „na słuch”, autorzy projektów często nie podają ani metod oceny swoich projektów, ani rekomendacji ich użycia (rozmieszczenia i podłączenia głośniki). Zdarza się, że po powtórce kolejnego „arcydzieła”, gdy mija radość z zakończenia pracy nad nim, zaczyna się okres bolesnych ocen i wniosków. Entuzjazm i chwilową euforię często zastępuje niemal rozczarowanie. Rzeczywiście, już dziś trudno szukać przyczyn niezadowalających prac w gotowym projekcie, kiedy „wszystko było zrobione jak należy”. A może projekt jest dobry, ale wzmacniacz „nie taki” albo coś innego… Znajomy?

Zajrzyj do czasopism krótkofalarskich z ostatnich lat, aby znaleźć artykuły na temat projektowania systemów głośnikowych. Drodzy autorzy, tworzyli swoje wersje niemal na ślepo, nie biorąc pod uwagę fizyki przemian elektromechanicznych i akustyki jako takiej. Niewątpliwie wiele projektów głośników domowej roboty, sposobów ulepszania głośników przemysłowych i głowic dynamicznych jest udanych i zasługuje na uwagę. Wiele projektów stało się dobrą „szkołą” dla miłośników wysokiej jakości odtwarzania dźwięku w niekończącym się, cyklicznym procesie tworzenia lub przerabiania głośników w myśl zasady: „Zaraz będzie bardzo dobrze…”. Należy jednak zauważyć, że autorzy porównali swoje opracowania (maksymalnie) z wzorami przemysłowymi fabryk AS byłego ZSRR. Czy spróbowaliby porównać swoje projekty z produktami takich firm jak BOSE czy JBL...

Sprzeciw wobec kupowania tanich i średnich importowanych głośników brzmi: „A kto ci powiedział, że takie głośniki w twoim salonie będą brzmiały, a nie promieniowały słodkimi dźwiękami?” Motywy typu: „Nie rób tego i tak” nie przekonują. Oczywiście istnieją próbki markowych akustyk, które są nieporównywalne w swoim designie i brzmieniu, ale ich koszt (jak i cały know-how) jest bardzo wysoki.

Nawet teraz, gdy istnieje realna możliwość zastosowania wysokiej jakości nowoczesnych głowic dynamicznych, wciąż można znaleźć opisy samodzielnie wykonanych głośników (już na nowej podstawie elementów), dziedzicząc błędy konstrukcyjne z poprzednich lat. Wydaje się, że przy obecnej różnorodności doboru materiału źródłowego można obliczyć i umiejętnie zbudować tylko kolumnę (puszkę). W rzeczywistości nie tylko objętość AS jest wyznacznikiem jakości. Czasami nawet przypadek poprawnie obliczony z punktu widzenia jednolitego pasma przenoszenia nie brzmi. Zmniejszając główną wadę istniejących głowic dynamicznych - znaczną nierównomierność pasma przenoszenia w zakresie średnio-wysokich częstotliwości, nie będą one gorsze od dobrej trzeciej części importowanych i można z nich zbudować głośniki, które zadowolą wymagających słuchacz.

Вся прелесть процесса самостоятельного создания АС заключена в свободе выбора конструкции и получении желаемого результата независимо (или почти независимо) от затрат, чего нельзя достичь в массовом производстве. А значит, был и остается смысл попытаться пополнить свои знания и начать сначала. Несмотря на то, что в этом материале конкретная конструкция акустической системы не приводится, некоторые аспекты работы низкочастотного звена АС излагаются с практической точки зрения и доступны для повторения или самостоятельного анализа с достаточной точностью. Первое. Акустика помещения, а проще говоря жилой комнаты, далека от совершенства. Если Вы не можете улучшить акустику помещения по всем правилам (пропорции "золотого сечения 0,618 :1 :1,618", разумного использования звукопоглощающих материалов, выбора места размещения АС, выбора точки прослушивания и т.д.), то Вам, действительно, стоит присмотреть мини-комплекс и успокоиться. В противном случае - идем дальше. С одной стороны, каждая комната звучит по-своему даже после внесения в обстановку всех разумных изменений. С другой стороны, каждый из нас знает особенности своего жилища, мы привыкли к "домашней" окраске звуков. Наш мозг подсознательно начинает трансформировать слышимое к его первоначальному колориту. Поэтому, что действительно необходимо попытаться сделать в комнате - это минимизировать стоячие волны, привести в приемлемое значение уровень реверберации, убрать или задемпфировать резонирующие предметы (поверхности) и организовать правильную зону прослушивания.

Drugi. Pojawienie się nowych źródeł dźwięku opartych na technologiach cyfrowych, takich jak wideo Hi-Fi (z nagrywaniem dźwięku FM), magnetofony, komputery PC (MPEG), dyski kompaktowe i mini-dyski, stawia przed głośnikami nowe wymagania: zwiększona jednolitość fazy i amplitudy -charakterystyka częstotliwościowa, szeroki zakres dynamiki, minimalne zniekształcenia intermodulacyjne. Charakter zniekształceń w głośnikach jest zdeterminowany fizyką procesu odtwarzania dźwięku i jest tak wieloaspektowy, że praktycznie nie da się wyeliminować wszystkich rodzajów zniekształceń. Jednak niektóre z nich są dobrze zbadane w świecie amatorskiego radia i dlatego można je kontrolować w procesie projektowania. Główna zasada powinna brzmieć: każdy rodzaj zniekształceń jest redukowany indywidualnie i ostrożnie.

Trzeci. Koszt pracy. W każdym razie koszt materiałów i komponentów wydanych na produkcję dobrego „domowego” głośnika będzie nieproporcjonalnie niższy niż koszt głośnika, który kupiłbyś, gdyby to było możliwe. Oznacza to, że bardzo opłaca się zainwestować swoją wiedzę w projekt, który nazywa się „dla siebie”.

Ostatnia rzecz. Kupując markowy głośnik, nikt poza producentem nie przedstawi zaleceń dotyczących jego umieszczenia i prawidłowego „strojenia” w konkretnej sytuacji. Ani sprzedawcy, ani internet nie mają tych informacji – jedynie subiektywne opinie „ekspertów” z tych samych sklepów. Za wyjątkiem niektórych modeli głośników, którym towarzyszą wydruki zmierzonego pasma przenoszenia i harmonicznych w zakresie częstotliwości pracy, jesteśmy zmuszeni kupować niemal każdą markową akustykę na zasadzie „pig in a poke”.

Zaczynamy od wyboru głowic dynamicznych. To określi rodzaj głośnika, a mianowicie dwudrożną lub trójdrożną konstrukcję. Z doświadczenia mogę powiedzieć, że bardzo trudno jest zbudować w domu trójdrożny system głośnikowy. Koszt badań i eksperymentów jest podwojony w porównaniu z głośnikiem dwudrożnym. Staraj się dobierać głowice dynamiczne do głośników dwudrożnych w oparciu o ich moc akustyczną (moc nominalną z uwzględnieniem czułości) LF-MF do MF-HF jak 1,5...3,0 do 1,0. Nakładanie się zakresów częstotliwości głowic musi wynosić co najmniej 2 oktawy (4 razy), w przeciwnym razie nie będzie możliwe zapewnienie dokładnego dopasowania i płynnych przejść charakterystyk fazowo-częstotliwościowych głowic w obszarze częstotliwości sekcji filtrów . Pożądane jest stosowanie filtrów zwrotnicy drugiego rzędu dla LF i trzeciego dla głowic HF. Te pozornie banalne wymagania są w rzeczywistości trudne do spełnienia, ale łatwiejsze niż zrobienie tego samego dla głośnika trójdrożnego.

Следующий параметр, который влияет на подбор пары головок - диаметры их диффузоров. Известно, что чем больше эффективный диаметр излучателя (Dэфф.=Dг/sqrt(2), Dг-диаметр диффузора, измеренный по центру гофра), тем уже диаграмма направленности головки на верхней рабочей частоте. Известа формула, связывающая угол направленности излучения динамической головки с длиной излучаемой волны (l) и эффективным диаметром диффузора Dэфф. Излучение вперед в полупространство (п) обеспечивается при выполнении условия пи*Dэфф.Д=0,25 [1,6]. На высоких частотах диаграмма излучения еще больше сужается. Например, для НЧ головки типа 6ГД-2 (Dэфф.=13 см) на частоте 7 кГц (предельной для головок этого типа, замеренной по оси излучения) диаграмма излучения имеет угол раскрытия порядка тс/24 по уровню -3 дБ. Такая направленность излучения для использования в жилом помещении неприменима (кроме Вас, сидящего в центре зоны прослушивания, никто ничего не услышит).

Это обуславливает выбор частоты раздела полос НЧ-ВЧ для данной головки в районе 1500...2000 Гц, при этом обеспечивается угол раскрытия диаграммы излучения порядка тс/6. При использовании НЧ головки с меньшим диаметром диффузора допустимая частота раздела полос может быть пропорционально повышена. Рассуждая аналогичным образом, выбор ВЧ головки следует сделать в пользу конструкций с малым диаметром излучающей поверхности (6ГДВ-1, 6ГДВ-6, 10ГДВ-2 и др.). Также рекомендуется произвести доработку выбранных динамических головок с целью снижения призвуков и паразитных резонансов диффузоров по методикам, неоднократно приводимым в литературе [2]. Единственное, что не целесообразно, на мой взгляд, делать - это всеми путями снижать собственную добротность НЧ головки.

Конструктивные параметры выбранной головки гораздо выгоднее измерить и учесть при расчете акустического оформления, выходных параметров усилителя мощности (УМ) и электрической схемы фильтров. В противном случае снижается КПД головки на низких частотах, что еще больше усложнит задачу согласования с ВЧ головкой для получения равномерной акустической АЧХ АС. Применение способов снижения собственной добротности низкочастотной головки имеет еще один существенный недостаток. Искажения фазы излучения АС, в которой установлена задемпфированная головка, на низких частотах имеет большую величину, нежели при использовании незадемпфированной головки и специальных цепей коррекции. Например, АС на 6ГД-2, Qts=0,37 (задемпфирована панелью акустического сопротивления) имеет ровную АЧХ, но сдвиг фазы на частоте 50 Гц - +пи/2, в то время как при Qts=0,71 (без ПАС) с коррекцией АЧХ в УМ - сдвиг фазы на той же частоте составляет всего +пи/6, т.е. в 3 раза меньше. Следующий шаг - выбор акустического оформления.

Для упрощения настройки разделительных фильтров АС и обеспечения большей свободы при размещении систем в комнате, рекомендуется выбрать конструкцию с отдельными корпусами для каждой из головок. Это позволяет перемещать ВЧ излучатель относительно НЧ по глубине для настройки фазы излучения в области частоты раздела фильтров, а в случае установки ВЧ головки в шарообразном корпусе на кольцевой подставке - направить акустическую ось ВЧ головки прямо на слушателя при любой ориентации корпуса низкочастотного звена. Сколько существует конструкций корпусов для одних и тех же НЧ головок. Казалось бы, все они рассчитаны по одним и тем же известным методикам, но как различны и по объему и по типам. Измерив параметры 7 головок 6ГД-2 различных лет выпуска, действительно поражаешься результатам. Значения резонансной частоты головок Fр находятся в пределах 31...55 Гц, эквивалентной добротности Qts - 0,62...1,38, эквивалент­ного объема Vаs - от 65 до 380 литров!

Можно для экземпляра головки с эквивалентным объемом 65 литров и добротностью 0,62 рассчитать оформление с приемлемыми для жилой комнаты размерами, но для случая 300 литров и Qts=0,93 - вряд ли вас поймут семья и родные. В отношении компрессионных головок от 20ГДН-1 до 75ГДН-1 разброс параметров оказался меньше, но их значения сильно отличались от данных, приводимых в технических паспортах. Приемлемым для домашней конструкции АС (с точки зрения толщины используемых материалов стенок корпуса, веса и размеров готовой АС, удобства размещения ее в комнате) является корпус объемом 30-45 литров. Причем корпус объемом 30-35 литров целесообразно выполнить с соблюдением внутренних размеров в пропорции "золотого сечения". Корпуса больших объемов целесообразно выполнить в виде напольной конструкции с обязательной сшивкой противоположных боковых панелей распорками. Толщина материала корпуса 16-25 мм с обязательным оклеиванием внутренней поверхности линолеумом и поролоновыми ковриками толщиной 15-30 мм или самодельными матами (вата+марля) толщиной 20-30 мм. НЧ головку размещают у верхнего края узкой боковой панели, которая будет являться передней.

Нет никаких сомнений, что в большинстве случаев закрытая АС такого объема с установленной имеющейся в распоряжении низкочастотной головкой будет иметь результирующую добротность больше единицы, т.е. на АЧХ в районе резонанс­ной частоты будет наблюдаться "горб" +2...+6 дБ. Более того, нижняя граница воспроизводимых частот такой АС составит 75-100 Гц, что явно недостаточно. Тем не менее, эти виды искажений АЧХ АС прекрасно моделируются математически [3] и могут быть предопределены выбором динамической головки, легко измерены и минимизированы активными фильтрами, включаемыми перед УМ или иным способом. О выборе типа корпуса. Да, закрытая АС проще в изготовлении, но позволяет использовать потенциал динамической головки в области НЧ только на 25-40% независимо от собственной резонансной частоты головки! Причина этого кроет­ся в невозможности динамической головки развить требуемый уровень акустической мощности в области резонансной частоты из-за конструкционных ограничений хода диффузора и, как следствие, появления больших нелинейных и интермоду­ляционных искажений. При уменьшении частоты воспроизво­димого сигнала ниже 50-80 Гц большинство низкочастотных головок в закрытых АС объемом 30-45 литров физически не могут обеспечить уровень акустического давления на уровне, создаваемого этой же головкой при номинальной подводимой электрической мощности на частотах 300-2000 Гц.

Спад максимальной акустической мощности (не путать с АЧХ) при уменьшении частоты ниже резонансной (Fs - резонансная частота головки в объеме корпуса АС) почти линейный с наклоном 24 дБ на октаву. Предлагаю Вам пересчитать максимальный уровень акустической мощности закрытой АС на частоте 30 Гц при Fs равной 60 Гц - получим аналог менее 1 Вт для 100-ваттной головки! Поэтому единственной приемлемой для со­здания "домашней" малолитражной АС является конструкция с применением фазоинвертора (ФИ). На частотах воспроизводимого сигнала вблизи частоты на­стройки ФИ Fф амплитуда колебаний диффузора резко снижается. В результате этого уменьшаются нелинейные и интер­модуляционные искажения, обусловленные конструкцией под­веса диффузора, граничными размерами магнитной системы и звуковой катушки. Однако, нелинейные искажения, вызван­ные недостаточной жесткостью диффузора, наоборот - увеличиваются.

Все это говорит в пользу применения т.н. компрессионных головок. При корректной конструкции АС амплитуда колебаний подвижной системы головки на частоте настройки ФИ может быть в 25-30 раз меньше, чем на той же частоте в закрытом корпусе. Это значит, что на низких частотах АС с ФИ имеет гораздо больший динамический диапазон, нежели АС закрытой конструкции при сравнимых нелинейных и интермодуляционных искажениях. Самое интересное заключается в выборе частоты настройки фазоинвертора Fф. Классический способ настройки Fф на резонансную частоту головки в свободном пространстве в подавляющем большинстве случаев оправдан. При этом дости­гается компромисс между равномерностью АЧХ и максимально возможной акустической мощностью АС на частотах близких к резонансной (но не ниже Fф). Эквивалентная добротность НЧ головки Qts для этого случая должна находиться в пределах 0,35...0,55. В случае использования в малогабаритной АС низкочастотных головок с высокой добротностью 0.15=0,65...1,5 - вообще сложно или невозможно получить ровную АЧХ в корпусе любого объема. Поэтому целесообразно произвести настройку Fф на частоту в 2...3 раза (точнее - см. дальше) ниже резонансной частоты головки Fр. В то же время, АЧХ АС выше частоты Fф будет практически повторять АЧХ закрытой АС такого же объема.

Im mniejsze Ff, tym bliższe podobieństwo pasma przenoszenia. Przy niskiej częstotliwości Ff występują również mniejsze zniekształcenia fazowe i mniejszy czas opóźnienia grupowego promieniowania AS przy niskich częstotliwościach (rys. 1-4).

Головка 6ГД-2, Qts(5=0,62, Fр=31 Гц, Vаs=241 л, SPL=92,3 дБ/Вт*м. Расчетные данные при различном акустическом оформлении: 1.  АС с фазоинвертором, оптимальный объем 550 литров, Fф=20 Гц 2. АС с фазоинвертором, объем 32 литра, Fф=25 Гц 3. АС закрытого типа, оптимальный объем 386 литров 4. АС закрытого типа, объем 32 литра Уровень 108 дБ обеспечивается головкой в широкой полосе частот 300-2000 Гц при номинальной подводимой мощности б Вт.

Расчетные размеры ФИ следующие: Для АС объемом 550 литров - диаметр 15 см, длина 7 см. Для АС объемом 32 литра - диаметр 5 см, длина 24 см В результате опытов с реальными динамическими головка­ми удалось вывести приближенную формулу, по которой можно с точностью 10-15% рассчитать оптимальную (минимально возможную) частоту настройки ФИ (Fфи min) для конкретной низкочастотной головки. Иначе - это критерий определения частоты, начиная с которой конкретная динамическая головка (в АС с ФИ) способна обеспечить максимальное акустическое давление не меньшее, чем на средних частотах при подведе­нии к ней номинальной электрической мощности: Fфи min=0,8/SQRT( Dг*sqrt(Nг)) * SPL/Хmax, где Nг - число установленных в корпусе АС однотипных головок Dг - диаметр диффузора (по центу гофра), см SPL- - чувствительность головки дБ/Вт*м Хmax - максимальное смещение диффузора (в одну сторону), см.

Главное, что частота Fфи min, ниже которой максимальное акустическое давление, создаваемое головкой, начинает рез­ко уменьшаться, практически не зависит ни от объема корпуса, ни от собственной резонансной частоты головки. Таким образом, не имеет никакого смысла производить расчет корпуса с ФИ, настроенным на частоту ниже Fфи min - Вы не сможете получить приемлемую акустическую отдачу низкочастот­ной головки в корпусе АС даже очень большого объема, хотя АЧХ АС может быть оптимальной. Примеры: 10ГД-34 (25ГДН-1-4): Fфи min = 0,8/sqrt10,5 * 84/0,6 = 35 Гц (98дБ) 6ГД-2: Fфи min = 0,8/sqrt21 * 91,4/0,5 = 32 Гц (104дБ) 10ГД-30 (20ГДН-1-4): Fфи min = 0,8/sqrt16,7 * 86/0,8 = 21 Гц (98 дБ) 30ГД-2 (75ГДН-1-4): Fфи min = 0,8/sqrt21 * 86/0,8 = 19 Гц (105 дБ)

Вы спросите: "Это секрет глубокого баса?" Это реальные частоты настройки ФИ, вплоть до которых указанные головки могут обеспечить акустическое давление, соизмеримое с давлением на средних частотах при номинальной подводимой мощности. Дальше - все просто: 1. Если головка имеет собственную резонансную частоту не ниже Fфи min и добротность Qts=0,3...0,5, то смело рассчи­тывайте корпус с ФИ по известной методике [3]. В результате получите оптимальную АС с плоской АЧХ без применения дополнительной коррекции УМ. 2. Если головка имеет собственную резонансную частоту не ниже Fфи min и добротность Qts=0,6...1,5, то имеется шанс создать АС любого приемлемого объема с ФИ, настроенным на частоту Fфи min. В этом случае ровная АЧХ АС может быть получена только с использованием соответствующей коррекции АЧХ УМ (корректор Линквица - см. ниже). 3. Если головка имеет собственную резонансную частоту Fр < 0,85*Fфи min, то можно подумать об установке в АС двух или более однотипных головок, а дальше по варианту 1 или 2 или вовсе отказаться от применения этого типа головок в низ­кочастотном звене Вашей АС.

Иные способы "заставить" низкочастотную головку работать на все 100% заключаются в построении двух-, трехобъемных АС с размещением НЧ головки внутри корпуса с излучением через порт (порты) ФИ. Подобную АС действительно сложно рассчитать в домашних условиях. Немного о конструкциях фазоииверторов. Стандартная конструкция трубчатого ФИ должна удовлетворять следующим условиям: жесткость и отсутствие резонансных призвуков в материале трубы, диаметр отверстия (трубы) ФИ следует выбирать не меньше 1/4 диаметра диффузора низкочастотной головки. Поскольку ФИ как и динамическая головка является источником звуковых колебаний, труба ФИ не должна созда­вать никаких дополнительных призвуков. Постучите каранда­шом по стенке трубы ФИ. Если она "звенит", то обклейте внешнюю поверхность трубы ФИ в один слой резиной, линолеу­мом и/или обмотайте пластырем, изоляционной лентой (не скотчем) в 5-6 слоев.

Otwór FI na przednim panelu głośnika musi znajdować się nie bliżej niż 10-15 cm od krawędzi głowicy niskotonowej. W zasadzie wyjście FI można umieścić na dowolnej bocznej lub tylnej ścianie kolumny głośnikowej. Tylko w przypadku montażu głośnika w przestrzeni między segmentami mebli lub w pobliżu ściany lub innych przedmiotów ograniczających promieniowanie z boku lub z tyłu, otwór FI należy umieścić na panelu przednim. Przy obliczaniu długości rury FI przyjmuje się, że wewnętrzna krawędź rury musi znajdować się co najmniej w odległości jej średnicy od wewnętrznej powierzchni przeciwległej ściany obudowy AU. Jeśli ten warunek nie jest spełniony, to FI o mniejszej średnicy jest ponownie obliczane. Zamiast jednego FI można użyć dwóch o średnicy wewnętrznej 0,71 obliczonego jednego AI.

Полезно также скруглить торцы труб. Наполнение корпуса АС звукопоглотителем - по желанию, исключая область ФИ, но не более 15 г/литр. Еще один вид искажений, влияющий на качество звучания любой АС - это потери дифракции звуковых воли. Этот тип искажений проявляется в частотной области 100-800 Гц и пред­ставляет собой плавное уменьшение акустического давления, создаваемого АС, ниже определенной частоты. Несмотря на то, что этот вид искажений хорошо известен, его описание в нашей радиолюбительской литературе было подано неверно, видимо при первых переводах зарубежных статей на русский язык. Этот вид искажений нам объяснялся как "Искажения АЧХ различных форм корпусов АС" [6]. Тем не менее, при размещении АС "в стенке" искажения дифракции могут быть малыми при любой форме корпуса. На самом деле, когда оклеивают внутреннюю поверхность стенок АС звукопоглощающим материалом можно сделать внутреннюю поверхность АС по­чти сферической. Изменится ли, в принципе, поведение АХ такой АС? Нет. Суть вот в чем. На низких частотах длина волны, излучаемая АС гораздо больше физических размеров самой АС, поэтому звуковые волны огибают корпус АС, т.е. излучаются в пространство 2пи (вокруг).

На высоких частотах, где длина из­лучаемой волны меньше размера передней панели АС, излу­чение возможно только вперед, т.е. в полупространство [4]. Таким образом, при неизменной электрической мощности, под­водимой к АС, и при горизонтальной АХ динамической головки (а в области 200-500 Гц редкие экземпляры НЧ головок имеют аномалии), начиная с некоторой частоты АХ системы по оси излучения возрастает до уровня +6 дБ. Наиболее плав­ное поведение АХ наблюдается при отсутствии острых внешних граней в конструкции АС (рис.5). В случае стандартного корпуса АХ искажений дифракции имеет локальные минимумы и максимумы, но с увеличением частоты отдача АС по оси излучения все равно повышается в 2 раза (рис.б). Средняя частота (Гц), на которой отдача АС (в идеале) повышается на 3 дБ может быть рассчитана в Гц по следующей эмпирической формуле: Fd=115/W, где W-ширина передней панели АС в метрах. Величина искажений, обусловленная потерями дифракции +6 дБ имеет место быть только при размещении АС в свободном пространстве, коим жилая комната не является. Низкочастотные звуковые волны, огибающие АС, в какой-то мере отражаются от стены, около которой обычно устанавливают АС и приходят к слушателю. Таким образом, реально измеренное значение потерь составляет 3-4 дБ. О существовании искажений дифракции можно убедиться по АХ промышленных АС, приводимых изготовителями (рис.7-9):

Компенсировать эти искажения АХ довольно просто включением в звуковоспроизводящий тракт между предварительным усилителем и усилителем мощности простейшей корректирующей цепочки R4C4R5 (рис. 10). Выбрав отношение сопротивлений R4=R5/2 (величина коррекции - около 3,5 дБ) и их номиналы в кОм, определяем емкость С4 в мкФ по формуле: С4=130/(R5*Fd).

Пример расчета: 1.  Ширина передней панели АС: 25 см 2.  Определяем частоту Fd= 115/0,25=460 Гц 3.  Выбираем R5=4,7кОм, R4=4,7/2=2,4 кОм 4.  Определяем С4=130/(4,7*460)=0,062 мкФ (62 нФ) Необходимо отметить, что искажения потерь дифракции можно компенсировать один раз и навсегда для конкретных АС (или аналогичных им по размерам), после чего о существовании какой-либо коррекции можно просто не вспоминать. После применения такой коррекции к некоторым АС последние могут начать "бубнить". Это вполне нормально, т.к. результирующая добротность большинства АС малого объема, построенных на распространенных НЧ головках, заведомо выше 0,71. Каждый любитель высококачественного звуковос­произведения мог заметить, что при размещении АС на под­ставках высотой 0,4...0,7 метра, особенно если их еще и отодвинуть от стены на 0,3...0,6 метра, заметно падает уровень отдачи АС на НЧ. В этом случае интуитивно увеличивают уровень сигнала на НЧ регулятором тембра +3...+5 дБ и что наблюдают? Правильно - более "верное" звучание и, может быть, "бубнение". Регулятор тембра НЧ усилителя в этом случае уменьшает как раз искажения дифракции звуковых волн. Кста­ти, такое размещение АС вдоль длинной стены комнаты явля­ется самым оптимальным с точки зрения минимизации влияния на АЧХ АС акустики помещения.

А теперь представьте АХ АС, изображенных на рисунках 7-9, если бы конструкторы этих "бытовых" АС позаботились о компенсации пассивными фильтрами такого вида искажений. АС "Корвет" и "Вега" - "бубнили" бы, а "Эстония" - нет. Кстати, первая выполнена в закрытом корпусе, "Эстония" и "Вега" - с АИ, настроенным на 40-45 Гц. Анализ АХ этих АС показывает, что: 15АС-111 "Вега" - из-за высокой добротности используемой в АС низкочастотной головки АХ имеет подъем на частоте 80-90 Гц на 2-3 дБ (добротность АС равна 1,3). В любом случае наблюдается "бубнение" и требуется коррекция АХ активными фильтрами. Применение АИ, настроенного на 40 Гц, близко к оптимальному (35 Гц), но должно быть использовано не для коррекции АХ, а совсем для другой цели - обеспечивать максимальную акустическую мощность НЧ головки. •  35АС-021 "Эстония" - практически самая ровная АХ, но настройка АИ на частоту 45 Гц не позволяет полностью использовать потенциал НЧ головки. Было бы выгодно на 15-20% увеличить объем корпуса и снизить частоту настройки АИ до 21-27 Гц. 75АС-001 "Корвет" - имеет не спад на частоте 180 Гц на 3 дБ, а подъем на частоте 90-95 Гц на 3 дБ, вызванный результирующей добротностью АС, равной 1,3-1,4 из-за малого объема корпуса. Акустическая мощность АС на низких частотах обеспечивается только за счет качественной низкочастотной головки 100ГДН-3. Желательно применить АИ и корректор АХ. Таким образом, если результирующая добротность АС со­ставляет 1,1...2, т.е. на АХ АС наблюдается подъем +1...6 дБ в области 60-110 Гц (явные признаки "бубнения"), а объем АС по крайней мере в 2-3 раза меньше эквивалентного объема низкочастотной головки Vаs, то есть смысл применить коррекцию АХ на активных фильтрах по схеме Линквица (Linkwitz Transform Circuit), пример схемы показан на рис. 10 (исключая R4C4R5).

Одновременно с коррекцией АХ схема обеспечивает локальную коррекцию фазы сигнала в области ниже резонансной частоты, что снижает фазовые искажения АС. АХ и ФЧХ корректора показаны на рис. 11 и рис. 12. Характеристики рассчитаны для добротности АС объемом 32 литра, равной 1,8 на частоте 98 Гц для получения горизонтальной АХ по звуковому давлению от 500 до 32 Гц (-3 дБ) при результирующей добротности, равной 0,71 (НЧ головка 6ГД-2, Qts=0,62, Fр=31 Гц). АХ корректора имеет подъем крутизной 12 дБ на октаву в низкочастотной области для компенсации аналогичного по характеру спада АХ закрытой АС. Но как раз на этих частотах перегрузочная способность закрытой АС низкая. Поэтому оптимальным является применение такой коррекции АХ для АС с АИ, настроенного на частоту Fфи min. Определить это для готовой (или строящейся) АС достаточно просто. Вначале закрываем и герметизируем отверстие фазоинвертора и замеряем модуль сопротивления низкочастотной головки в закрытом корпусе АС.

Poprzez maksymalną wartość modułu rezystancji określamy częstotliwość rezonansową głowicy niskotonowej Fs w obudowie głośnika. Następnie otwieramy otwór AI i ponownie mierzymy moduł rezystancji głowicy. Częstotliwość rezonansową AI Ff określamy przez minimum modułu rezystancji. Zwykle przy częstotliwościach powyżej i poniżej ustalonego minimum moduł rezystancji głowicy ma wyraźne szczyty. Jeśli Ff jest większe lub równe Fs, to AI AS jest w każdym przypadku niepoprawnie skonfigurowany. Jeśli Ff jest większe niż Ffi min, należy zwiększyć długość rury AI proporcjonalnie do kwadratu pożądanego spadku Ff i dostroić AI do częstotliwości Ffi min.

В случае, когда труба АИ расчетной длины физически не может быть установлена в корпусе АС, применяют трубу меньшего диаметра. Бытует мнение, что установка в АС еще одного АИ, аналогичного уже имеющемуся, понижает частоту настройки АИ. Это мнение ошибочно. На самом деле частота настройки АИ возрастает в sqrt2 раз при одновременном понижении скорости воздуха внутри АИ, что в некоторых случаях полезно (к тому же труба меньшего диаметра жестче).

Другими словами, установка двух идентичных АИ эквивалентна применению одно­го АИ такой же длины с внутренним диаметром в sqrt2 раз больше, чем диаметр трубы одного из АИ пары. Теперь необходимо определить результирующую добротность НЧ головки на частоте Fs в АС с АИ, настроенным на частоту Fфи min. В домашних условиях через непосредственное измерение АЧХ АС по звуковому давлению сделать это практически невозможно. Гораздо проще и точнее получить значение добротности АС расчетным путем на ПК с использо­ванием специализированного программного обеспечения.

Однако, любые методы математического моделирования предполагают до 10-30 известных параметров конкретной динамической головки, которые опять же в домашних условиях измерить сложно. Предлагаю очень простой способ определения доброт­ности АС с точностью около 10-15%, для которого потребуется дополнительно любой электретный микрофон (МЭК-3) и предварительный усилитель для него с ровной АЧХ от 10 до 10000 Гц. Вновь закрывают и герметизируют отверстие ФИ АС (если таковое имеется). После этого размещают микрофон в непосредственной близости 2-5 мм от диффузора низкочастотной головки на расстоянии 2/3 радиуса диффузора от его центра. К выходу микрофонного усилителя подключают вольтметр переменного напряжения и подают на головку сигнал от генератора ЗЧ (через УМ с ровной АЧХ). Мощность, подводимая к головке, не должна превышать 0,1-0,5 Вт. Изменяя частоту генератора от 500 до 20 Гц, строят АЧХ АС. Убеждаются в наличии "горба" в области Fs и спада АЧХ крутизной 12 дБ/октаву ниже этой частоты. Находят отношение максимального выходного напряжения на частоте близкой или немного выше Fs к выходному напряжению на частоте 500 Гц. Полученное значение возводят в квадрат. Результат и будет равен значению добротности АС с ФИ.

Приверженцы любых способов снижения добротности НЧ головки (ПАС, отрицательное выходное сопротивление УМ и др.) на этом этапе могут подобрать количество звукопоглощающего материала в корпусе закрытой АС (конструкцию ПАС, величину Rвых УМ) до получения желаемого значения добротности. При использовании значительного количества звукопоглощающего материала, но не более 15...23 г/литр [7], желательно при помощи проволочного каркаса между ФИ и низко­частотной головкой "организовать" свободное пространство объемом 3-5 литров. Для тех, кто может рассчитать или определить значение добротности низкочастотной головки (с известными измеренными параметрами), установленной в конкретный корпус АС, существующие стандартные способы предпочтительнее.

Результаты измерений добротности и резонансной частоты го­ловки в закрытой АС (Fs) могут быть использованы для выбора номиналов корректора (рис.10) только для случая, когда ФИ будет настроен на частоту Fфи min, как минимум в 2 раза ниже частоты Fs. Приступаем к определению номиналов RC корректирующего каскада. Операционный усилитель рекомендуется 157УД2 (для стереофонического варианта корректора, цепи коррекции ОУ - для единичного усиления). Поскольку расчет элемен­тов корректора довольно сложен, результаты компьютерного расчета значений RC приведены в таблице 1 для различных значений добротности АС и частоты Fs=80 Гц. При других значениях частоты Fs номиналы емкостей конденсаторов просто пересчитываются по формуле: С1'= 80 С1/Р'з.

Аналогично пересчитываются емкости конденсаторов С2 и С3. Можно оставить емкости конденсаторов неизменными, а пересчитать таким же образом сопротивления В1-ВЗ. Единственное ограничение - сопротивление резистора В2 не должно быть меньше 2 кОм, т.к. является основной нагрузкой ОУ на высоких частотах. При включении корректора перед УМ (перед темброблоком) реальная АЧХ системы по звуковому давлению будет горизонтальной с допуском ±2 дБ до нижней рабочей частоты (указана в таблице, при условии Fфи min < F(-ЗдБ)), а эквивалентная добротность АС равна 0,71. Номиналы RC необходимо подобрать с точностью 1%. При значениях добротности АС, равной 1,6 и выше (4-5-6-7 строки таблицы 1), корректор имеет значительный подъем АЧХ на ча­стотах 30-20 Гц (13-16-20-24 дБ).

Для предотвращения явной перегрузки УМ и АС реальным сигналом, снимаемым с выхо­да корректора, на входе УМ (или темброблока) желательно применить ФВЧ первого порядка с частотой среза 30-35 Гц. Это можно сделать заменой (или установкой) конденсатора на входе УМ, емкость которого в нФ рассчитывается по фор­муле 5000/Ввх., где Rвх. - входное сопротивление УМ (или темброблока), кОм. Звучание АС, АЧХ которой скорректирована двумя указан­ными способами, Вас не просто порадует - поразит. Вы наконец-то ощутите полное отсутствие окраски звука в НЧ диапазоне - "бубнения" не станет как такового. Регулировка тембров усилителя по НЧ будет наконец-то работать как ей и положено - эффективно. Совершенно достаточной окажется глуби­на регулировки тембра по НЧ ±3-5 дБ. Отдача по звуковому давлению на нижней рабочей частоте АС будет максимально возможной для примененной низкочастотной динамической головки.

Моделирование и непосредственное измерение характеристик головок и АС (для подтверждения результатов расчетов) выполнялось с помощью мультимедийного ПК класса Intel Pentium III с калиброванной звуковой платой (АЧХ 15...17000 Гц ±0,2 дБ). Использовалось различное свободно распространяемое программное обеспечение, в том числе демонстрационные версии программ от фирм JBL, Blaupunkt и Peerless (эмуляторы генераторов сигналов, измерители АЧХ на "белом" шуме, 1/2-1/12 октавные анализаторы спектра на "розовом" шуме, программы для расчета параметров закрытых АС, АС с ФИ и др.) Настройками программного обеспечения устанав­ливалось частотное разрешение менее 0,3 Гц. Дополнитель­но использовались: УМ 60 Вт с незначительными искажения­ми в диапазоне 10-40000 Гц и электретный микрофон (в комп­лекте с предусилителем) с известной АЧХ в диапазоне 30-15000 Гц ±1,0 дБ.

Правильность выводов была про­верена экспериментально следующим образом. Приобретенные "по случаю" закрытые АС "Bifrons" (ВНР, г.Будапешт, завод "ВЕА6", 1975 г.в., объем 36 литров, многослойный корпус из массива с заполнением ватой 12 г/литр, установлено 9 (!) широкополосных головок типа ВЕА6 НХ-125-8 номинальной мощностью 12 Вт каждая и резонансной частотой 68-71 Гц, Qts=1,02...1,08) прекрасно воспроизводили классическую музыку, джаз. Как только речь заходила о прослушивании рока или современной электронной музыки - колонки сразу "сдавали" свои позиции (это при 108 Вт номинальной мощности и чувствительности 88 дБ/Вт*м).

Pomiar parametrów głowic HX-125-8 i modelowanie głośników na komputerze PC pokazały wszystkie wady fabrycznego projektu. Przy zamkniętej konstrukcji głośniki te praktycznie nie były w stanie oddać mocy, którą 10MAS-1 rozwija przy częstotliwości 60 Hz (pasmo przenoszenia zaczęło spadać od 110 Hz). Zastąpienie jednego z 9 głośników FI (patrz zdjęcie) dostrojonym do 38 Hz dało niesamowite rezultaty. Głośniki zabrzmiały. Nie jest tak ważne porównywanie wyników pomiaru charakterystyki częstotliwościowej głośników przed i po zmianie (pasmo przenoszenia praktycznie się nie zmieniło), jak zmiana charakteru dźwięku głośników - stały się „wszystkożerne ”. Nawet na nagraniach orkiestry kameralnej i chóru pojawiła się nieistniejąca wcześniej zwiewność, głębia i klarowność.

Dodatkowo charakterystyka częstotliwościowa układu w zakresie 35-200 Hz została skorygowana przez opisany filtr aktywny, który załączany jest na wejściu PA. Dzięki korekcji pasma przenoszenia i, co najważniejsze, pasma przenoszenia, głośniki zaczęły odtwarzać rejestr basowy z naprawdę wysoką wiernością. W opisie brzmienia głośników możliwe stało się używanie takich epitetów jak „poprawność”, „elastyczność”, „moc”, „emocjonalność”. Na przykład podczas odtwarzania dźwięku nadlatującego helikoptera na albumie Pink Floyd The Wall, wszystko w pokoju zaczęło wibrować, co mogło. Zostało to „stworzone” przez uczciwe 10 watów przy częstotliwościach od 40 Hz. Po tych ulepszeniach głośniki zajęły godne „wiodące” miejsce w systemie kina domowego (wierzcie mi, subwoofer stał się nieistotny).

Ostrzeżenie! Jeśli maksymalna moc wyjściowa Twojego PA przekracza moc znamionową głowicy niskotonowej głośnika trzy lub więcej razy, zalecam zabezpieczenie głośnika przed przeciążeniem bezpiecznikiem na prąd, który można obliczyć ze wzoru: głowica, Rg - rezystancja głowicy na prąd stały.

Publikacja: cxem.net

Zobacz inne artykuły Sekcja Głośniki.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi 05.05.2024

Współczesny świat nauki i technologii rozwija się dynamicznie i każdego dnia pojawiają się nowe metody i technologie, które otwierają przed nami nowe perspektywy w różnych dziedzinach. Jedną z takich innowacji jest opracowanie przez niemieckich naukowców nowego sposobu sterowania sygnałami optycznymi, co może doprowadzić do znacznego postępu w dziedzinie fotoniki. Niedawne badania pozwoliły niemieckim naukowcom stworzyć przestrajalną płytkę falową wewnątrz falowodu ze stopionej krzemionki. Metoda ta, bazująca na zastosowaniu warstwy ciekłokrystalicznej, pozwala na efektywną zmianę polaryzacji światła przechodzącego przez falowód. Ten przełom technologiczny otwiera nowe perspektywy rozwoju kompaktowych i wydajnych urządzeń fotonicznych zdolnych do przetwarzania dużych ilości danych. Elektrooptyczna kontrola polaryzacji zapewniona dzięki nowej metodzie może stanowić podstawę dla nowej klasy zintegrowanych urządzeń fotonicznych. Otwiera to ogromne możliwości dla ... >>

Klawiatura Primium Seneca 05.05.2024

Klawiatury są integralną częścią naszej codziennej pracy przy komputerze. Jednak jednym z głównych problemów, z jakimi borykają się użytkownicy, jest hałas, szczególnie w przypadku modeli premium. Ale dzięki nowej klawiaturze Seneca firmy Norbauer & Co może się to zmienić. Seneca to nie tylko klawiatura, to wynik pięciu lat prac rozwojowych nad stworzeniem idealnego urządzenia. Każdy aspekt tej klawiatury, od właściwości akustycznych po właściwości mechaniczne, został starannie przemyślany i wyważony. Jedną z kluczowych cech Seneki są ciche stabilizatory, które rozwiązują problem hałasu typowy dla wielu klawiatur. Ponadto klawiatura obsługuje różne szerokości klawiszy, dzięki czemu jest wygodna dla każdego użytkownika. Chociaż Seneca nie jest jeszcze dostępna w sprzedaży, jej premiera zaplanowana jest na późne lato. Seneca firmy Norbauer & Co reprezentuje nowe standardy w projektowaniu klawiatur. Jej ... >>

Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie 04.05.2024

Odkrywanie kosmosu i jego tajemnic to zadanie, które przyciąga uwagę astronomów z całego świata. Na świeżym powietrzu wysokich gór, z dala od miejskiego zanieczyszczenia światłem, gwiazdy i planety z większą wyrazistością odkrywają swoje tajemnice. Nowa karta w historii astronomii otwiera się wraz z otwarciem najwyższego na świecie obserwatorium astronomicznego - Obserwatorium Atacama na Uniwersytecie Tokijskim. Obserwatorium Atacama, położone na wysokości 5640 metrów nad poziomem morza, otwiera przed astronomami nowe możliwości w badaniu kosmosu. Miejsce to stało się najwyżej położonym miejscem dla teleskopu naziemnego, zapewniając badaczom unikalne narzędzie do badania fal podczerwonych we Wszechświecie. Chociaż lokalizacja na dużej wysokości zapewnia czystsze niebo i mniej zakłóceń ze strony atmosfery, budowa obserwatorium na wysokiej górze stwarza ogromne trudności i wyzwania. Jednak pomimo trudności nowe obserwatorium otwiera przed astronomami szerokie perspektywy badawcze. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Uważaj na światło księżyca 12.09.2010 Według amerykańskiego fizyka Williama Farrella lądowanie w subpolarnych regionach Księżyca może zagrażać życiu astronautów. Kratery księżycowe w tych obszarach mogą mieć duży ładunek elektryczny. Wiatr słoneczny - strumień naładowanych cząstek ze Słońca, przesuwając się stycznie po powierzchni satelity, jest w stanie naładować elektrycznością wystające krawędzie kraterów. W najlepszym przypadku efekt ten spowoduje, że cząstki księżycowego pyłu przykleją się do skafandrów kosmicznych i łazików, aw najgorszym – wyładowanie przypominające błyskawicę. Jeśli błyskawica księżycowa nie przebije skafandra kosmicznego lub skóry modułu zniżania, gwarantowane jest uszkodzenie wrażliwej elektroniki.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Słuchanie muzyki podczas pracy zmniejsza zmęczenie

▪ Obiektyw Fujifilm Fujinon XF16-80mmF4 R OIS WR

▪ CDT rozwija technologię P-OLED

▪ Rzodkiewka w próżni

▪ Nowe transceivery RS-485

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ część serwisu Transfer danych. Wybór artykułu

▪ artykuł I dumny wnuk Słowian i Finów, a teraz dziki Tungus i kałmucki przyjaciel stepów. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Gdzie jest muzeum, w którym można wejść do wnętrza gigantycznej dżdżownicy? Szczegółowa odpowiedź

▪ Inżynier ds. Jakości Artykułów. Opis pracy

▪ artykuł Wielopoziomowy wskaźnik napięcia w branży motoryzacyjnej. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł nurek kartuzów. eksperyment fizyczny

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024