На протяжении уже многих десятилетий главным вопросом при конструировании АС остаётся вопрос — как получить хорошее воспроизведение басов, не слишком увеличивая размеры АС и не используя очень дорогих головок? Под хорошим воспроизведением имеют в виду низкую граничную частоту, высокую отдачу и отсутствие «бубнения», т.е. низкую добротность основного резонанса. В статье изложен вариант решения этого вопроса, хотя ничего принципиально нового не изобретено, просто по-новому расставлены акценты. Использованные технические решения описаны в книге Алдошиной И.А. и Войшвилло А.Г. «Высококачественные акустические системы и излучатели».
Упомянутая здесь требуемая низкая добротность основного резонанса громкоговорителя сразу же исключает такие типы акустического оформления, как фазоинвертор и другие варианты акустических резонаторов. Такие типы оформления, как рупор и трансмиссионная линия, не будем рассматривать ввиду их плохой предсказуемости, сложности расчёта, да и немалых размеров. Остаётся простое решение — закрытый ящик. Принято считать, что оптимальная добротность основного низкочастотного резонанса закрытого ящика составляет 0,707, хотя кое-где и были высказаны мнения, что для высококачественного звуковоспроизведения величина добротности не должна превышать 0,5. Действительно, из курса физики известно, что передаточные характеристики RLC-звена при добротности менее 0,5 становятся апериодическими.
На рис. 1 изображены теоретические зависимости акустического давления от частоты для динамической головки, работающей в поршневом режиме в оформлении типа закрытый ящик.
^Нажмите для увеличения^
Кривая 1 АЧХ соответствует добротности, равной 0,5; кривая 2 — 0,707; кривая 3 — 1. АЧХ громкоговорителя (кривая 1) можно скорректировать в усилителе с помощью простой RC-цепи первого порядка, например, так, как показано на рис. 2: кривая 1 — характеристика громкоговорителя при добротности 0,5, кривая 2 — АЧХ корректирующего звена в усилителе, кривая 3 — результирующая АЧХ по звуковому давлению.
^Нажмите для увеличения^
Из рисунка видно, что таким образом можно не только выпрямить АЧХ, но и понизить граничную частоту. Например, по сравнению с кривой 2 на рис. 1 граничная частота снижается почти на 1/2 октавы. Фазово-частотные характеристики тоже сдвигаются влево. Напротив, характеристики 2 и 3 на рис. 1 невозможно улучшить без применения резонансных цепей.
Понятно, что предлагаемый путь не всегда приемлем, так как эти громкоговорители можно будет использовать только с конкретным усилителем, но практика уже показала неоспоримые преимущества этого метода в качестве воспроизведения музыкальных сигналов басового регистра.
Обычно НЧ головки, предназначенные для закрытого акустического оформления, имеют высокую добротность (Qts>0,5). Для получения добротности основного резонанса громкоговорителя не более 0,5 такие головки вряд ли применимы; в этом случае уместно применение головок с Qts=0,3-0,37, которые обычно предназначены для фазоинверторов. Акустическое оформление тоже должно быть не совсем обычным — оно должно хорошо демпфировать как основной НЧ резонанс, так и более высокочастотные.
Практическое исполнение «низкодобротного» закрытого ящика показано на рис. 3. Внутри прямоугольного корпуса установлены перегородки так, что внутренний объем представляет собой сложенный канал «лабиринт” с уменьшающимся по экспоненте сечением. Кроме того, перегородки снижают вибрацию стенок. Весь внутренний объем заполнен синтепоном с плотностью 10-11 г/дм3. Глубина коррекции в усилителе должна быть не более 6-10 дБ.
^Нажмите для увеличения^
Теперь немного о разделительных фильтрах (кроссоверах) и выборе числа полос в громкоговорителе. Современные динамические головки вполне позволяют обойтись двумя полосами. Головки НЧ—СЧ с композитными диффузорами на основе волокон с высоким модулем упругости имеют гладкие АЧХ, вплоть до частот 2500-3000 Гц. А хорошие головки ВЧ могут работать, начиная с частоты 1000-1500 Гц. Поэтому вполне применима частота раздела 2000 Гц. Иногда встречаются громкоговорители с частотой раздела между СЧ и ВЧ даже 1000 Гц (например, в AC «Chario Constellation Pegasus»). Ведь чем ниже частота раздела, тем лучше получается диаграмма направленности в вертикальной плоскости.
Конструирование разделительных фильтров очень подробно описано в современной литературе, например, в упомянутой ранее книге. Только мало кто обращает внимание на то замечание, что фильтр работает правильно лишь в случае, когда он нагружен на активную и не зависящую от частоты нагрузку. Следовательно, совершенно необходимо параллельно головкам подключать компенсационные цепи, с расчётом которых можно ознакомиться в той же литературе. В случае двухполосной АС с частотой раздела около 2000 Гц для головки ВЧ необходима полная компенсационная цепь, а для головки НЧ нужна цепь, компенсирующая только индуктивность катушки на высоких частотах.
В качестве примера на рис. 4 показана схема разделительных фильтров с компенсационными цепями для громкоговорителя, чертёж которого показан на рис. 3. Здесь также приведены типы и характеристики применённых головок.
^Нажмите для увеличения^
Головка НЧ-СЧ — Tonsil GTS-20/60 с четырёхслойным диффузором на основе номекса:
- сопротивление постоянному току: 6,6 Ом
- уровень чувствительности при напряжении 2,83 В: 91 дБ/м
- резонансная частота: 40 Гц
- полная добротность: 0,33
- электрическая добротность: 0,38
- механическая добротность: 2,5
- эквивалентный объем: 26 дм3
- диаметр диффузородержателя: 207 мм
- вес:1,8 кг.
ВЧ головка — SEAS Н831:
- рекомендуемый диапазон частот: 2000 – 25000 Гц
- номинальный импеданс: 6 Ом
- уровень чувствительности при напряжении 2,45 В: 92 дБ/м
- сопротивление постоянному току: 4,8 Ом
- резонансная частота: 1050 Гц
- диаметр диффузора: 27 мм.
Несмотря на то, что применены фильтры третьего порядка, головки включены синфазно; с учётом реальных АЧХ головок частотные характеристики излучения в полосах соответствуют четвёртому — пятому порядку.
В результате получены следующие характеристики громкоговорителя:
- электрическая добротность основного НЧ резонанса с учётом выходного сопротивления усилителя 2,4 Ом: 0,7 – 0,74
- механическая добротность: 1,3 – 1,5
- полная добротность: 0,45 – 0,5
- резонансная частота: 50 – 52 Гц
- уровень чувствительности при напряжении 2,83 В: 90 дБ/м.
С учётом корректирующей цепи, установленной в усилителе, нижняя воспроизводимая частота составляет 32-35 Гц (спад АЧХ — 4,5 дБ, сдвиг фазы — 90°). В комнате площадью 15 м2, где установлена АС из двух таких громкоговорителей, хорошо прослушиваются тональные сигналы с частотами, начиная с 25 Гц, причём звучание в басовом регистре «не затянуто». Частотная характеристика модуля полного электрического сопротивления этих громкоговорителей относительно стабильна, за исключением основного НЧ резонанса, отклонение сопротивления от 8 Ом не превышает ±10 %.
Автор проекта: Иванов А., г. Иваново
