Акустическая система для самостоятельного изготовления

Сейчас в продаже (по крайней мере, в крупных городах) можно приобрести самые разнообразные по мощности, конструкции, габаритным размерам и стоимости акустические системы практически на любой вкус, начиная от малогабаритных объемом в 2...3 дм 3 до напольных объемом свыше кубометра. Однако у подавляющего большинства этих систем есть один объединяющий признак:
все они компрессионного типа. Это означает, что футляр акустической системы наглухо закрыт и диффузор громкоговорителя работает как поршень, цилиндр которого имеет внутри неизменный объем заключенного воздуха.
Все компрессионные системы имеют ряд бесспорных достоинств, среди которых важнейшими являются следующие:

1. Полностью исключено акустическое короткое замыкание между фронтальной и тыльной сторонами диффузора громкоговорителя, что увеличивает относительную (но не абсолютную!) отдачу на крайних низших частотах и, следовательно, уменьшает общую неравномерность частотной характеристики за счет этой части спектра.

2. За счет того, что диффузор работает как поршень в закрытом цилиндре, резко возрастает сопротивление внутреннего объема воздуха в футляре, что приводит к быстрому затуханию свободных колебаний диффузора, а это эквивалентно увеличению фактора демпфирования.
3. Благодаря увеличению излучения нижних частот (см. п. 1) удается существенно уменьшить габаритные размеры футляра при сохранении качества звучания в басовом регистре.
Однако, как принято говорить, бесплатным бывает только сыр в мышеловке. За все остальное приходится платить. В случае компрессионных акустических систем платой является их КПД и, следовательно, электрическая мощность, которую необходимо подводить к системе для получения достаточной громкости звучания.
Читатели наверняка обращали внимание на то, что у большинства современных переносных и компактных приемников, магнитол, а также у их автомобильных близнецов регламентируется паспортная выходная мощность в 50, 60, 100 и даже 300 Вт! Между тем абсолютное большинство старых ламповых радиоприемников и радиол даже самого высокого класса имело выходную мощность в 10...20 раз меньшую. Например, у консольной стереорадиолы высшего класса "Симфония" выходная мощность каждого канала не превышала 6 Вт, первоклассные настольные приемники "Латвия", "Мир" "Т-689" имели выходную мощность 5 Вт, хотя при этом громкость их звучания была отнюдь не меньше, а скорее больше, чем у сегодняшней автомагнитолы с паспортной мощностью 2х30 Вт.
В чем же дело? А дело в том, что до начала широкого распространения транзисторной радиоаппаратуры в качестве акустических систем применялись не компрессионные, а исключительно открытые излучатели, т.е. такие, у которых тыльная сторона диффузоров громкоговорителей сообщалась с воздушным объемом помещения через перфорированную заднюю стенку футляра. И хотя такие открытые акустические системы не имели достоинств компрессионных систем, они тем не менее обеспечивали прекрасное качество звучания при значительно меньшей подводимой электрической мощности.
Сравнение двух типов акустических систем приведено для того, чтобы радиолюбитель смог сделать правильный выбор. Дело в том, что сегодняшняя номенклатура мощных оконечных транзисторов дает возможность получить неискаженную выходную мощность в 50 и 100 Вт при исключительно высоком КПД, поскольку специальные схемные решения позволяют этим транзисторам работать в классе В практически без заметных нелинейных искажений. В этом случае использование компрессионных акустических систем не только возможно, но и вполне оправдано.
Иначе обстоит дело с ламповыми усилителями. Современные ламповые оконечные каскады могут работать только в чистом классе А.
Это необходимо, чтобы обеспечить приемлемый уровень коэффициента нелинейных искажений. Но это, как известно, самый неэкономичный режим. Кроме того, мощные оконечные лампы потребляют большой ток по цепи накала, поэтому оказывается, что даже при выходной мощности 10...15 Вт усилитель потребляет от сети свыше 100Вт.
Ясно, что создавать ламповый усилитель с выходной мощностью 100 Вт и более для нормальной раскачки достаточно мощной компрессионной системы просто бессмысленно: он будет потреблять от сети не менее 1 кВт и соответственно выделять тепла наравне с утюгом или электроплиткой,
Отсюда следует, что для лампового усилителя предпочтительнее акустическая система открытого типа. Но именно такие системы сегодня не выпускает практически ни одна фирма ни в России, ни за рубежом. Что же остается делать читателю? Ему остается построить такую систему самому.
Для тех, кто никогда этого не делал, сообщаем, что это вовсе не так просто, как может показаться сначала, и что построить высококачественную акустическую систему ничуть не проще, чем высококачественный усилитель. Поэтому приведем не только подробное описание одной из систем (далеко не самой сложной), но и сопроводим его пояснениями и комментариями, которые помогут грамотно подойти к выбору типов громкоговорителей, определению формы и размеров футляра и конструкционных материалов для ее изготовления.
Начинать конструирование акустической системы следует с задания основных параметров. Главными показателями любой акустической системы являются:

1. Реально воспроизводимый диапазон частот по звуковому давлению.
2. Неравномерность частотной характеристики в этом диапазоне.
3. Реальная величина звукового давления.
4. Коэффициент нелинейных искажений.
5. Потребляемая мощность звукового сигнала.
С этими параметрами напрямую связан выбор типов и числа громкоговорителей, способных решить эту задачу. Здесь снова потребуется небольшое отступление в область теории, без чего многое из дальнейшего рассуждения может оказаться непонятным. Начнем с рассмотрения работы громкоговорителя. Для эффективного излучения самых низких частот диффузор громкоговорителя должен иметь максимально возможную излучающую поверхность (площадь конуса), предельно мягкую подвеску (эластичный гофр и небольшую упругость подвески), что влечет за собой достаточно большую инерционность всей системы. Впрочем, на низших частотах диапазона это практически не сказывается отрицательно на качестве звучания басовых инструментов.
Для эффективного воспроизведения высших частот диапазона (начиная с 8...10 кГц) требования к громкоговорителю меняются на противоположные. Диффузор может быть небольшого размера, но обязательно жестким: очень часто для достижения этой цели бумаж
ный диффузор пропитывают бакелитовым лаком, а у наиболее дорогих моделей (преимущественно западных фирм) делают из пластмассы или легкого дюраля. Подвеска катушки делается жесткой и максимально безынерционной.
Даже сказанного достаточно, чтобы понять, что для эффективного излучения широкого спектра частот одним громкоговорителем не обойтись. И действительно, абсолютное большинство широкополосных акустических систем состоит из трех и более разных излучателей.
Почему из трех, а не двух? Потому что хороший низкочастотный громкоговоритель с низкой частотой собственного механического резонанса эффективно излучает лишь частоты не выше 4...6 кГц, а высокочастотные головки начинают работать с 8...10 кГц, поэтому средний участок рабочего диапазона попадает в "зону провала".
Чтобы этот участок заполнить, обычно в состав системы включают третий, широкополосный громкоговоритель средней мощности (3...5 Вт), к относительно большому диффузору которого приклеен небольшой жесткий конус для улучшения излучения высоких частот. При этом удается достичь полосы частот у таких громкоговорителей в пределах от 60...80 Гц до 10...12 кГц с приемлемой степенью неравномерности.
В варианте автора эта концепция нашла выражение в выборе трех стандартных промышленных громкоговорителей:
1. 6ГД-2 РРЗ - в качестве основного низкочастотного (полоса частот 40...5000 Гц, частота собственного резонанса 25...35 Гц, номинальная мощность б Вт, полное сопротивление 8 Ом). Использовался в стереорадиоле высшего класса "Симфония".
2. 4ГД-7 - в качестве среднечастотного "заполняющего" (полоса частот 80...12000 Гц, частота собственного резонанса 50...70 Гц, номинальная мощность 4 Вт, полное сопротивление 4,5 Ом).
3. 1ГД-3 РРЗ - в качестве высокочастотного (полоса частот 5000...18000 Гц, частота собственного резонанса 4500 Гц, номинальная мощность 1 Вт, полное сопротивление (на частоте 10 кГц) 12,5 Ом.
Вероятно, что приобрести сегодня именно эти громкоговорители невозможно. В этом нет ничего страшного, так как имеющиеся в продаже типы не только не хуже указанных, но и нередко превосходят их по основным показателям. Важно лишь при их выборе Придерживаться приведенных соотношений номинальных мощностей (6:4:1) и по возможности - отношений полных сопротивлений. Само собой разумеется, что номинальная мощность заменяющих громкоговорителей не может быть меньше, чем у рекомендованных.
Ну, а для тех, кто не намерен заниматься самостоятельными расчетами и конструированием, приведем подробное описание наиболее простой, но тем не менее вполне отвечающей требованиям Hi-Fi акустической стереосистемы, состоящей из двух одинаковых 10-ваттных колонок - обеспечивающих с большим запасом озвучение помещения площадью до 50 м и специально предназначенной для описанного раньше стереоусилителя 2х8(10) Вт.
Итак, начнем с футляра. Для его изготовления потребуется хорошая, без дефектов (лучше всего авиационная) фанера толщиной
10...12 мм, тщательно высушенная и не коробленная еловая (в крайнем случае - сосновая) доска толщиной 30 мм, лист фанеры толщиной 4 мм для задних стенок, тонкая листовая резина (можно использовать старые автомобильные камеры), а также 20 специальных транспортировочных прокладок-планшетов из рыхлого картона, используемых при упаковке и перевозке куриных яиц, и хороший столярный или казеиновый клей.
Кроме того, понадобятся специальные столярные и плотницкие инструменты для обработки дерева (продольной распиловки толстой доски, распиловки фанеры, выстругивания, вырезки отверстий под громкоговорители в передней доске и перфорации на задних стенках) , а также широкие струбцины или ваймы для изготовления клееного переднего щита.
На рисунках даны чертежи отдельных деталей футляра и его общий вид с указанием основных размеров. Что касается числа, формы и размеров отверстий в переднем щите, то они будут определяться исключительно габаритными размерами примененных радиолюбителем громкоговорителей и их количеством. Размеры, приведенные на рисунке, соответствуют громкоговорителям типа 6ГД-2 РРЗ (низкочастотный), 4ГД-7 (среднечастотный) и 1ГД-3 РРЗ (высокочастотный).
Следует отметить, что при использовании громкоговорителей любых других типов их взаимное расположение и координаты центров на переднем щите должны быть сохранены такими, как указано на чертеже. Если вместо одного высокочастотного громкоговорителя будут использованы два одинаковых, их надо разместить рядом, горизонтально и симметрично относительно координат, указанных на чертеже для 1ГД-3. Включать их между собой надо последовательно и синфазно.
Начинать работу следует с наиболее сложной и трудоемкой ее части - изготовления переднего щита. Щит этот собран из отдельных еловых или сосновых брусков, нарезанных из цельной, хорошо высушенной некоробленной доски толщиной не менее 30 мм (в струганом виде). Доску распиливают вдоль на отдельные бруски сечением 30х30 мм и длиной 1,1 м (с технологическим запасом). После тщательной обработки брусков крупной наждачной бумагой из них с помощью столярного или казеинового клея склеивают доску необходимой ширины (с небольшим запасом) и, зажав ее в ваймы или струбцины, оставляют сушить не менее чем на неделю.
В это время можно заняться изготовлением футляров. Для них из 10-миллиметровой фанеры вырезают по две боковые, верхнюю и нижнюю панели, заготавливают деревянные уголки и с помощью клея и шурупов собирают футляры. В процессе сборки важно выдержать прямоугольность конструкции. Это необходимо чтобы в дальнейшем передняя доска встала на место без перекосов.
Отделать футляр можно шпоном ценных пород (орех, карельская береза) либо оклеить самоклеящейся пленкой "под дерево". Внешняя отделка должна быть полностью закончена до окончательной сборки агрегата.

Теперь нужно изготовить задние стенки. Их вырезают из 4-миллиметровой фанеры точно под размер заднего "окна" футляра.
Затем нужно взять три транспортировочных планшета от яиц и положить на стол "рыхлой" стороной картона вниз. Острым ножом или ножовочным полотном нужно срезать заподлицо все выступающие сверху "гладкие" конусы, после чего наложить все три планшета срезанной стороной на заднюю стенку и через образовавшиеся в планшете отверстия карандашом разметить будущие отверстия в задней стенке.
После того как в фанере будут вырезаны все размеченные отверстия, заднюю стенку нужно покрасить морилкой или другой водорастворимой краской, с внутренней стороны по всей площади наклеить марлю и после ее полного высыхания поверх марли наклеить подготовленные планшеты, проследив, чтобы отверстия в них точно расположились против отверстий в задней стенке. На этом можно изготовление задних стенок считать законченным и вернуться к передней панели.
Если передняя панель хорошо высохла и клей "намертво" связал отдельные бруски в целую доску, нужно аккуратно и с высокой степенью точности обрезать ее под нужный размер. Нужным считается такой размер,
чтобы после наклейки на все четыре торцевые стороны доски уплотнительных резиновых полосок-ремней доска плотно и без зазоров входила внутрь футляра с передней стороны. Крепление доски к футляру может быть решено по-разному. В конструкциях автора использовались крепежные скобы-угольники с шайбами и "барашками" от крепления кинескопа к футляру телевизора.

Когда передняя доска точно подогнана к проему футляра и оклеена по торцам резиновыми полосками, можно приступать к вырезанию отверстий под громкоговорители. При этом следует учесть, что диаметр отверстия в доске с точностью до миллиметра должен соответствовать расстоянию между внутренними кромками картонной наклейки на громкоговорителе со стороны диффузора.
После вырезывания всех отверстий внутренние торцевые стороны отверстий нужно тщательно зашкурить наждачной бумагой, протереть от образовавшейся пыли и покрыть любым лаком или нитрокраской. Теперь на наружную сторону доски надо наклеить или натянуть с помощью мелких гвоздиков радиоткань или любую другую, но обязательно редкую (прозрачную) материю. Только после этого на переднюю панель можно устанавливать громкоговорители, обеспечив при этом абсолютно точную их центровку относительно отверстий в доске.
Оставшиеся шесть "яичных" планшетов (на каждый из футляров) нужно прибить или приклеить к внутренним сторонам боковых стенок футляра (по три на каждую стенку) "рыхлым" слоем картона внутрь футляра. Это позволяет практически полностью исключить отражения от боковых и задней стенок футляра и значительно уменьшить пики и провалы в частотной характеристике агрегата по звуковому давлению.
Соединение громкоговорителей между собой производится в соответствии со схемой, приведенной на рис.
Параметры деталей, указанные на этой схеме, соответствуют примененным типам громкоговорителей.
Рассмотрим фазирование громкоговорителей внутри колонок и колонок между собой. Дело это исключительно важное, ибо при неправильном фазировании даже идеально собранная система будет работать из рук вон плохо. К сожалению, многие радиолюбители этого не знают или не придают этому значения, расплачиваясь плохой работой хороших колонок.
Физический смысл фазирования состоит в том, чтобы в группе параллельно, последовательно или смешанно соединенных громкоговорителей, работающих от общей двухпроводной линии, при подаче на вход линии постоянного напряжения положительной или отрицательной полярности диффузоры всех громкоговорителей реагировали одинаково: либо втягивались в магнитный зазор, либо выталкивались из него. Недопустимо, чтобы диффузоры разных громкоговорителей двигались в противоположных направлениях.
На практике дело обстоит немного сложнее. Дело в том, что высокочастотный громкоговоритель подключен к линии через разделительный конденсатор, а среднечастотный зашунтирован дросселем, поэтому при подключении к линии батарейки (1,5 В) можно просто не заметить отклонения диффузора. Так что на время проверки синфазности разделительный конденсатор нужно замкнуть перемычкой накоротко, а дроссель отпаять с одной стороны (любой). Для изменения фазирования любого громкоговорителя нужно поменять местами подходящие к нему провода, а после окончания работы не забыть восстановить временно нарушенную схему.
После того как все громкоговорители внутри каждой из колонок будут сфазированы, следует произвести фазирование колонок между собой. Для этого обе колонки нужно поставить вплотную рядом друг с другом на расстоянии в 2...3 м от оператора "лицом" к нему, включить параллельно и подать от звукового генератора сигнал с частотой 200 Гц очень небольшого уровня, так чтобы звук был едва слышен. Один провод от одной из колонок (любой) нужно разорвать и в образовавшийся разрыв включить длинный отрезок соединительного провода с таким расчетом, чтобы оператор, находясь на расстоянии 3 м от колонок, мог попеременно замыкать и размыкать разорванную цепь.
Если при замыкании разорванной цепи громкость почти не изменяется или очень незначительно увеличивается, значит, колонки сфазированы правильно. Если же при подключении второй, разомкнутой колонки громкость звука резко уменьшается или звук перестает быть слышен совсем, значит, колонки включены в противофазе. В этом случае провода от одной из них (безразлично какой) надо поменять местами и еще раз убедиться, что колонки работают синфазно.
После этого одноименные концы проводов обеих колонок нужно пометить (закрасить краской, обмотать изолентой, надеть хлорвиниловый "чулок"), чтобы потом правильно распаять их на разъемы или другие соединители, исключающие нефазное подключение двух колонок к выходам стереоканалов усилителя. Полезно проверку на синфазность произвести еще раз уже совместно с работающим усилителем, поскольку может оказаться, что вторичные обмотки выходных трансформаторов в двух каналах усилителя имеют на выходе разные фазы. При такой проверке сигнал с частотой 200 Гц от генератора должен быть одновременно подан на оба входа усилителя.
И наконец, последнее замечание о колонках. Поскольку ток при пиковой мощности (10...12 Вт) превышает 3 А, соединительные провода должны иметь достаточное сечение, чтобы на них при длине 3...5 м не возникало заметного падения напряжения сигнала. Лучше всего в качестве соединительных проводов для колонок применять стандартный осветительный шнур от бытовых электроприборов. Провода должны быть цельными, соединения в них недопустимы.
Перед началом эксплуатации колонок нужно проверить каждую из них на отсутствие дребезжаний. Для этого на вход усилителя подключают звуковой генератор, уровень сигнала устанавливают соответствующим номинальной мощности колонки (в нашем случае 10 Вт) и очень медленно изменяют частоту в пределах всей полосы, от 40 Гц и до 18 кГц, поддерживая выходную мощность неизменной и внимательно прислушиваясь к появлению посторонних призвуков и дребезжаний.
Чаще всего их причиной являются неплотно притянутые шайбы под винтами и шурупами, неплотно привернутая задняя стенка, ненадежно приклеенные звукопоглощающие планшеты, слабо натянутая на передней панели радиоткань либо стружки, опилки и мелкие посторонние предметы, оказавшиеся между диффузором и радиотканью. Все выявленные причины нужно обязательно устранить до начала эксплуатации комплекса.
И если вы не поленились и выполнили все, что было рекомендовано, автор гарантирует вам великолепное звучание на зависть владельцам 50 и 100-ваттных компрессионных колонок.

Дата публикации: 2004-02-25
Прочтено: 64381
Версия для печати: