Уровень звукового давления, развиваемого АС, определяется ее чувствительностью (КПД) и подводимой электрической мощностью:

L = S + 20 lg · √P = S + 10 lg · Р , где

1. L – уровень звукового давления, дБ, относительно порога слухового восприятия – 2 ∙ 10 -5 н/м 2 ;
2. S – характеристическая чувствительность (звуковое давление, развиваемое АС на расстоянии 1 м от рабочего центра при подводимой электрической мощности, равной 1 Вт, выраженное в дБ√Вт );
3. Р – подводимая мощность, Вт.

Основная масса отечественных АС имеет чувствительность около 86 дБ√Вт ( , и др.) и лишь некоторые – , – 89-91 дБ√Вт. При большей (на 3-5 дБ) чувствительности требуется в 2-3 раза меньшая мощность для создания такого же уровня звукового давления, или уровень давления будет на столько же дБ выше при равной подводимой к АС мощности.

Например, для получения уровня звукового давления – 100 дБ к нужно подвести 25 Вт, к – 12,5 Вт, а к – всего 8 Вт электрической мощности.

При конструировании АС представляет интерес применение головок громкоговорителей с высоким КПД и чувствительностью – 90 дБ√Вт и более, таких как , и др.

При размещении головки громкоговорителя в закрытом объеме значения fp и Qп увеличиваются. Их можно определить по формулам:

f’p=fp√1+Vэ/V и Q’п=Qп√1+Vэ/V ,

где: fp и Q’п – новые значения параметров головки в объеме V .

В колонках “V=100 л” таблицы 1 приведены расчетные значения f’p и Q’п, и видно, что разброс параметров значительно уменьшился, а максимальная добротность АС меньше единицы.

Для того чтобы эти потери не были чрезмерными, количество ЗПМ не должно превышать 10-15 г/л (1-1,5 кг на 100 л).

Вариант размещения головок в трехполосной АС с внутренними размерами 710х460х320 мм и с использованием на НЧ показан на рис.2 . Корпус можно выполнить из фанеры или ДСП толщиной 18-20 мм. Головка СЧ – закрыта с внутренней стороны пластмассовым колпаком (V=4 л) с ЗПМ. Электрическая схема разделительных фильтров показана на рис.3 , в качестве СЧ головки можно применить недефицитную , включив последовательно с ней резистор сопротивлением 2,2 Ом (5 Вт). Катушки L1 и L2 фильтров намотаны проводом ПЭВ-1 диаметром 1,3 мм на деревянных каркасах диаметром 85 мм с высотой намотки 20 мм, количество витков 150; катушки L3 и L4 – проводом ПЭВ-1 диаметром 1,0 мм на каркасах диаметром 14 мм с высотой намотки 15 мм, количество витков 97. Конденсаторы С1-С4 типов К73-16, К73-17 на напряжение 63 В или других типов с отклонением 5% от номинала.

Параметры разработанной АС:

Рабочий диапазон частот: 35 – 20000 Гц

Уровень характеристической чувствительности: 93 дБ√Вт

Номинальное электрическое сопротивление: 8 Ом

Предельная шумовая (паспортная) мощность: 16 Вт

Максимальный уровень звукового давления на расстояния 1 м: 105 дБ

Для сравнения, чтобы получить уровень звукового давления, равный 105 дБ, к AC нужно подвести около 90 Вт электрической мощности. Семейство АЧХ с использованием различных экземпляров в НЧ диапазоне показано на рис.1 (кривые 2). Как видно, разброс АЧХ в области частот выше 30 Гц и до конца “поршневого” диапазона оказался менее 2 дБ, что свидетельствует о хорошей повторяемости параметров в предложенном акустическом оформлении. Выигрыш по звуковому давлению в области самых низких частот (по сравнению с “родным” применением головок в ) не менее 10 дБ, а расширение рабочего диапазона по уровню – 8-10 дБ от величины среднего звукового давления – более чем на 2/3 октавы вниз.

Повышение качества звучания современных громкоговорителей достигается главным образом за счет применения новых мощных динамических головок, а это чаще всего влечет за собой увеличение их габаритов, массы, стоимости. Между тем очень неплохой громкоговоритель можно построить и на базе недорогих динамических головок.

Основные технические характеристики.

Номинальная (паспортная) мощность, Вт...................................10 (30)

Номинальный диапазон воспроизводимых частот, Гц............30...25 000

Число полос........................................................................................3

Частоты разделов, Гц...................................................................500; 5000

Номинальное электрическое сопротивление, Ом...........................6,3

Среднее стандартное звуковое давление, Па..................................0,35

Габариты, мм...............................................................................620х350х310

Электрическая схема громкоговорителя приведена на рис. 1. Он построен на базе трех динамических головок. Функции низкочастотной (НЧ) выполняет головка 6ГД-2 , среднечастотной (СЧ) - 3ГД-38Е , высокочастотной (ВЧ) - 6ГД-13 (новое название 6ГДВ-4). В НЧ звене применен фильтр второго порядка L1C1, в СЧ - первого L2C2, а в ВЧ - третьего L3C3C4. Для выравнивания АЧХ громкоговорителя в области средних звуковых частот СЧ головка включена через резистор R1. С целью улучшения звучания системы на частотах выше 503 Гц ВЧ головка 6ГДВ-4 подключена к фильтру с использованием резисторов R2 и R3. Важно отметить, что эта головка включена в противофазе с НЧ и СЧ головками.

Рис.1. Электрическая схема фильтра трехполосного громкоговорителя

Акустическое оформление громкоговорителя - фазоинвертор. Корпус его изготовлен из ДСП толщиной 20 мм. Передняя панель и боковые стенки соединены друг с другом рейками 20 х 20 мм с помощью эпоксидного клея ЭДП. Задняя стенка съемная, она прикрепляется к корпусу через резиновые прокладки толщиной 2 мм.

Вид со стороны лицевой панели показан на рис. 2, а, а разрез корпуса по линии А-А- на рис. 2, б. НЧ и СЧ голоіки закрепляются с наружной стороны лицевой панели. Между ней и диффузорами головок проложены резиновые (можно и пенополиуретановые) кольца толщиной 1,5 мм.

Рис.2. Чертеж трехполосного громкоговорителя

Головку 6ГД-2 перед размещением на лицевой панели необходимо доработать с целью снижения ее полной добротности. Для этого в окнах ее диффузородержателя следует установить панели акустического сопротивления (ПАС), т. е. заклеить их синтетическим войлоком или, в крайнем случае, сложенной в несколько слоев медицинской марлей. Среднечастотную головку необходимо поместить в герметический бокс объемом около 2 л, заполненный ватой. Диаметр бокса равен диаметру отверстия в лицевой панели под СЧ головку. Место его соединения с панелью должно быть тщательно загерметизировано (например, пластилином). ВЧ головку 6ГДВ-4 крепят с внутренней стороны лицевой панели, причем боковые поверхности отверстия для ее установки должны как бы продолжать имеющийся на головке конус и образовывать вместе с ним излучающий рупор. Между корпусом этой головки и панелью следует проложить уплотняющее резиновое кольцо. Туннель фазоинвертора представляет собой пластмассовую трубку с внешним диаметром 70 и внутренним 65 и длиной 150 мм. Она вставляется в соответствующее отверстие на лицевой панели с наружной стороны. Щели между панелью и туннелем герметизируют с внутренней стороны пластилином.

Детали разделительного фильтра размещены на плате из гетинаксе размерами 250 х 150 мм, установленной на боковой стенке корпуса в его нижнем углу, напротив туннеля фазоинвертора. Во избежание дребезжания между платой и корпусом необходимо проложить звукопоглощающую прокладку. В фильтре использованы неполярные конденсаторы МБМ. МБГО на напряжение 200 В и проволочные резисторы мощностью 2 (R3) и не менее 7,5 Вт (остальные). Конденсатор С1 составлен из шести включенных параллельно конденсаторов по 10 мк. Катушки L1-L3 бескаркасные. Внутренний диаметр и высота первой из них - 40 мм, двух других соответственно 25 и 30 мм. Катушка L1 содержит 260 витков провода ПЭЛ 1,5, L2-170 и L3-90 витков провода ПЭВ 1,0. Внутренняя поверхность корпуса оклеена звукопоглощающим материалом (ватином, поролоном) толщиной 10...15 мм. Сам корпус заполнен ватой, но так, что между НЧ головкой и фазоинвертором оставлен воздушный проход. Все соединения стенок корпуса герметизированы эпоксидным клеем.

Звучание описанного громкоговорителя сравнивалось со звучанием известной промышленной модели 35АС-012 (S-90). При испытаниях использовался стереофонический усилитель ЗЧ с номинальной мощностью 2 х 25 Вт и коэффициентом гармоник не более 0,2 %. Было отмечено более мягкое звучание самодельного громкоговорителя в области низших и средних звуковых частот, а также отсутствие в нем неприятных призвуков, создаваемых установленной в 35АС-012 головкой 10ГД-35 в диапазоне 5...10 кГц.

P.S. Замена головки 6ГД-2. Вместо 6ГД-2 можно применить динамическую головку 75ГДН-1Л-4 (прежнее обозначение 30ГД-2) или 35ГДН-4 (25ГД-26Б). У этих головок более чем вдвое меньшее стандартное звуковое давление (соответственно 0,15 и 0,12 Па) по сравнению с 6ГД-2 (0,35 Па), однако их значительно большая номинальная мощность компенсирует этот недостаток. Паспортная мощность громкоговорителя после такой замены возрастет в первом случае до 50, во втором - до 40 Вт, номинальное электрическое сопротивление понизится до 4 Ом. Емкость конденсатора С1 при использовании головки 75ГДН-1Л-4 - 80 мкФ. ПАС в обоих случаях не требуется. Первый вариант замены предпочтительнее, так как головка 75ГДН-1 Л-4 имеет те же размеры, что и 6ГД-2, и больший, чем у 35ГДН-4, КПД, особенно на частотах ниже 100 Гц.

Ю. ДЛИ, г. Горький

Журнал "Радио", №3,9 1989 г.

Нет ничего надежнее осознания и понимания того, что все нами употребляемое - сделано руками мастеров своего дела.

Описание АС на 6ГД-2, 4ГД-35

Преимущества открытой акустики перед закрытой достаточно убедительно приведены на сайте Зигфрида Линквица

Его проекты "Феникс" (Phoenix) и "Орион" (Orion) повторены многими радиолюбителями и имеют отличные отзывы. На сайте предлагается приобрести конструктор для сборки этих активных АС (с усилителем), отпугивает только стоимость комплектующих. Промышленный вариант открытой акустики, разработанной при участии Линквица: "Бетховен-Элита" (Beethoven-Elite) побил все рекорды по качеству звучания и цене.

Коротко, суть преимуществ открытой акустики можно описать так:

Слева приведены круговые диаграммы излучения закрытой АС (Monopole, Box speaker) и открытой (Dipole) АС в разных частотных диапазонах (вид сверху).

Нетрудно заметить, что у открытой (дипольной) АС полностью отсутствует излучение в направлении перпендикулярном слушателю (в бок, вверх, вниз), а это по двум из трех направлений трехмерного пространства.

Соответственно, в этих же направлениях отсутствует причина возникновения отраженных звуковых волн, которые могли бы привести к искажениям за счет интерференции с прямой звуковой волной, создаваемой АС (как в случае с обычной закрытой АС).

Эти преимущества открытой акустики, работающей в замкнутом помещении позволяют снизить помехи (повысить помехозащищенность) прямой звуковой волны на 4,8 дБ, что равносильно снижению мощности, подводимой к АС требуемой для получения той же разборчивости звучания, что и в случае закрытой АС в 3 раза.

Однако, примененные Линквицем головки громкоговорителей достаточно дороги для приобретения, о чем свидетельствуют прайс-листы доступных нам компаний поставщиков импортных динамиков. К тому же, Линквиц вынужден был применить трехполосное усиление ввиду сложности или невозможности построения пассивной АС на доступных ему (тем не менее - прекрасных) излучателях. Тем не менее, уважаемый Линквиц применил ошибочную методику оценки кумулятивного спектра послезвучания головок. Оценку накопленной энергии в головках нужно проводить только при подключении их через фильтры, корректирующие АЧХ по требованиям проекта. Поэтому ажиотаж коллег-разработчиков в части поиска и приобретения динамических головок, указанных Линквицем как предпочтительные - немного не оптимален.

Как раз мы в этом отношении находимся в более выгодном положении. Объясню. Жилые комнаты у нас небольшие и требуют не такой уж большой рабочей мощности усилителей даже на акустику (АС) с низкой чувствительностью. Большинство из нас уже имеют усилители мощности более 50 Вт на канал, что при определенных условиях дает возможность применения более энергозадерживающих пассивных фильтров для АС. Доступные динамические головки для нас - это все-таки клона "Сделано в СССР", которые отличаются не такими уж плохими для построения открытых АС параметрами и чувствительностью.

В СССР всегда была проблема производства низко-среднечастотных головок с малым значением добротности Qts. Для типовых головок (25-,35-ГДН, 15-,20-ГДС, 8ГД-1, 6ГД-2, 4ГД-53(35,8Е), 2ГД-40, 5ГДШ-xx , др.) значение Qts лежит в пределах 0,8 - 1,8, что затрудняет их классическое применение в оформлении в виде закрытого ящика или фазоинвертора, но идеально подходит для построения открытой АС. Причем, подьем АЧХ на резонансной частоте головок вполне может быть использован для компенсации соответствующего спада результирующей АЧХ открытой АС.

звучанием акустической системы. АС трехполосная на 4-х

динамических головках, открытого типа и имеет следующие характеристики:

Частотная характеристика АС и каждой из полос по звуковому давлению приведена ниже (сплошными линиями), пунктирной линией изображена ФЧХ. Замеры произведены измерительным микрофоном с кардиоидной диаграммой направленности и анализатором спектра при сглаживании 1/6 октавы на белом шуме в точке прослушивания в реальной комнате 16 кв.м на расстоянии 1,5 м от АС:

Импульсная характеристика АС по звуковому давлению (при тех же условиях) при подаче импульсного сигнала представлена ниже:

Почему выбрана такая низкая частота стыка между СЧ и ВЧ головкой. Все дело в диаграммах направленности излучения 4ГД-35. Характеристика этого динамика под углами 0 , 22 , 45 и 67 градусов приведена ниже. Таким образом, если выбрать частоту стыка полос более 2 кГц, то в области 2-4 кГц субъективно возникнет провал - тот, с которым успешно борется по своей методике качающегося микрофона Александр Клячин при создании 2-х полосных систем.

В акустической системе "Агнетта" использованы модифицированные кроссоверы первого-второго порядков, топология которых выполняет следующие функции:

Шунтирование основного механического резонанса головок низким выходным сопротивлением фильтров, для низкочастотной секции шунтирование осуществляется низким выходным сопротивлением усилителя.

Питание излучателей на средних и высших частотах через высокое реактивное сопротивление фильтра и исключение шунтирования головок на этих частотах малым выходным сопротивлением усилителя снижает интермодуляционные искажения на этих частотах.

Подавление проникновения на выход усилителя противо-ЭДС головок громкоговорителей исключает нарушение работы в усилителе отрицательной обратной связи (при ее наличии).

Минимальные отклонения фазочастотной характеристики входного импеданса АС от резистивного эквивалента позволяют полностью использовать мощностные характеристики усилителя.

Топология фильтров приведена ниже:

Низкочастотное звено: 2 головки 6ГД-2 включены последовательно, индуктивность L3031= 2.6 мГн
Среднечастотное звено: Параллельный колебательный контур C2021 C2031 L2031 L2081 обеспечивает высокое выходное сопротивление на средних и высоких частотах и эффективное шунтирование головки на частоте резонанса
Высокочастотное звено: Индуктивность L1101 обеспечивает шунтирование резонанса головки, индуктивность L1011 исключает шунтирование головки на высоких частотах.