Home Акустические системы
Акустические системы PDF Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 63
ХудшийЛучший 
Автор: Administrator   

Акустические системы.

В этом разделе размещаются материалы по теории и практике изготовления акустических систем:

  • Громкоговорители.
  • Акустическое оформление.
  • Изготовление корпусов.
  • Изготовление фильтров (пассивных, активные в разделе Усилители ЗЧ)
  • Настройка самодельных АС
  • Доработка и настройка АС, заводского изготовления.
Обновляемый файловый архив по теме "Акустические системы" находится здесь.

АС Электроника-311 Стерео и звукопоглощающий материал. Опыт.

 

В конце семидесятых годов в продаже появился кассетный стереофонический магнитофон «Электроника – 311 Стерео», интересный тем, что кроме пары встроенных динамиков, имел в комплекте две выносных АС с динамиками 2ГД-40 внутри. Сами эти кассетные магнитофоны уже канули в Лету, и мой тоже – не помог ни встроенный шумоподавитель на К157ХП3 ни динамическое подмагничивание по Сухову, ни полная переделка УЗ и УВ.

Магнитофон, с приходом компакт – дисков был разобран на детали, а вот внешние колонки от него я сохранил и пользуюсь ими до сих пор. Такая живучесть этих АС может объясняться удачным сочетанием размера, акустического оформления и того самого динамика 2ГД-40, о перспективах применения которого писали ещё в далёком 1980 году В.Шоров и компания. (См. Радио №11 1980г. стр. 32 «Ещё раз об улучшении звучания 10МАС-1»)

Рассматриваемая АС представляет собой пластмассовую коробку, размерами 23х11х17 см и объёмом, около 4,3 литров, при том, что эквивалентный объём динамика 2ГД-40 - около 7,5 литров.

АС Электроника-311 Стерео, вид спереди.

С решёткой в задней стенке, отдалённо напоминающей ПАС

АС Электроника-311 Стерео. Вид сзади.

Эти колонки используются у меня как настольная, околокомпьютерная АС и до некоторых пор я совсем не задумывался об их параметрах. До тех самых пор пока не начал использовать программный пакет ARTA и микрофон (статья ниже) для измерения Т-С параметров динамиков и АЧХ АС. Тогда была получена вот такая АЧХ АС «Электроника-311»

Результат измерений АЧХ недоработанной АС Электроника-311 Стерео

На рисунке, совершенно очевиден выброс на резонансной частоте динамика (ок. 95Гц) и провал на 8 дБ на частоте, в три раза больше резонансной – ок. 270Гц. В остальном, неравномерность АС, представляющей собой пластмассовую коробку с одним широкополосным динамиком внутри, можно признать удовлетворительной. С этим знанием я продолжал слушать эти АС ещё несколько месяцев, пока не принёс домой кусок минеральной ваты (Урса или Изовер – не важно), используемой для теплоизоляции в строительстве. Теперь, мне захотелось заполнить корпуса АС Электроника-311 этой минватой, как звукопоглощающим материалом, памятуя о том, что некоторое количество звукопоглотителя внутри АС, виртуально увеличивает её объём за счёт того, что энергия звуковых волн расходуется на трение волокон. Постепенно увеличивая количество минеральной ваты, внутри корпуса АС, я измерял микрофоном получающуюся АЧХ и сравнивая результат с предыдущим, принимал решение – убирать или добавлять звукопоглотитель.  Мы помним, что задняя стенка этих колонок, представляет собой решётку, закрытую очень мелкой капроновой сеткой. Так выяснилось, что закрывание этой сетки неплотным листом поролона, толщиной ок. 10 мм, привело к некоторому сглаживанию АЧХ в районе 2000 Гц. Размещение этого же поролона по внутренним стенкам АС, никакого замеченного результата не дало. Это, наверное, объясняется тем, что столь «жидкий» поролон не является поглотителем вибраций, будучи размещённым на стенках, но около решётки ПАС делает её менее прозрачной для звуковых волн, увеличивая демпфирование диффузора динамика. Постепенное увеличение количества минваты, внутри корпуса АС, не привело к ожидаемому понижению резонансной частоты, однако выявило другой положительный эффект – уменьшение неравномерности АЧХ АС.

Вот АЧХ, на получив которую, я решил остановить опыты со звукопоглотителем в этой АС.

АЧХ АС Электроника-311 после заполнения корпуса звукопоглатителем (минеральной ватой)

Обратите внимание – резонансная частота АС возросла! С 94Гц до, примерно, 130 Гц. Минвата заполняет практическивесь объём АС, что вызывает не виртуальное увеличение, а реальное уменьшение объёма корпуса, и, как следствие, повышение резонансной частоты динамика (эквивалентный объём которого - мы говорим о 2ГД-40 - и так в два раза больше объёма АС).

АС Электроника-311 Стерео, заполненная звукопоглотителем.

В то же время, провалы на частотах ок. 270Гц и ок. 12 КГц практически исчезли, а АЧХ, в целом, стала более гладкой. Расхождение в АЧХ первой и второй АС Электроника –311 тоже незначительны (по моему мнению :-))

 

Измерения проводились в очень ближнем поле – с расстояния 1 см, и, соответственно, на малой мощности. Это связано с тем, что удаление микрофона от АС, в какой то мере приводит к увеличению уровней переотражённых от стен и мебели сигналов, принимаемых микрофоном, а необходимое, для таких измерений, повышение мощности, подводимой к АС, вызовет нежелательные вибрации не задемпфированных пластмассовых стенок.  Так как на практике эти АС слушаются с очень малым уровнем громкости, такой подход к измерениям может считаться оправданным, хотя известны и более строгие методы измерений, предусматривающие подвешивание АС в безэховой камере и/ или применение свободно раскачивающегося измерительного микрофона, с последующим усреднением результатов.

 

Совершенно понятно, что дальнейшее улучшение звучания этой, пластмассовой, АС ( и других подобных тоже) может быть связано, в первую очередь, с нанесением на стенки какого то вибропоглатителя – авто пластилина, в простейшем случае, или обычной автомобильной шумоизоляции на основе войлока с битумным слоем сверху. Более изысканные шумо и вибро изоляционные материалы можно поискать в арсенале ателье по тюнингу салонов автомобилей – на профильных сайтах есть очень много подробных отчётов о свойствах и результатах применения таких покрытий.

 

Описав проведённый опыт с заполнением пластмассового корпуса АС звукопоглащающим материалом, я хочу, в первую очередь, обратить Ваше внимание на важность аппаратного контроля результатов Вашей работы.  Предполагаю, что очень малое количество обладателей точного, по их мнению, музыкального слуха, смогут УСЛЫШАТЬ неравномерность АЧХ в 5 – 10 дБ в диапазоне половины октавы, но если Вы можете УВИДЕТЬ эту неравномерность, и каким то способом её устранить, или уменьшить, Вы добьетесь гораздо более  впечатляющих результатов, по сравнению с колонкостроителями, настраивающими свои творения только «на слух».

 

В авиационном приборостроении есть понятие «комплексирование» - повышение точности измерений (показаний приборов) за счёт применения датчиков, использующих  различные физические принципы. Вы можете использовать этот подход и в части создания или доработки акустических систем – помогайте ушам глазами!

ARTA и микрофон.

Наблюдение АЧХ динамиков и АС простыми средствами.

Известно, что программный пакет ARTA позволяет снимать АЧХ отдельных динамиков и АС при помощи внешнего микрофона, который, в лучшем случае, является измерительным, а местом измерения, тоже в лучшем случае, выбирается заглушенная комната.

Многие сторонники высококачественного звуковоспроизведения, не говоря уже об аудиофилах, возразят, что измерительный микрофон это хорошо, а заглушенная камера – плохо тк АЧХ АС, измеренная в такой камере,  не учитывает интерференций и стоячих волн, создаваемых выбранной АС в комнате, где эта АС (или пара АС) установлена, и производится прослушивание. Известный Мастер колонкостроения А.Клячин, рекомендует проводить измерения АЧХ АС при помощи микрофона, качающегося напротив АС, на некотором удалении. Эта методика "качающегося микрофона", применяется, по его словам, фирмой "Брюль и Кьер" (это здесь, на стр. 24). Другие мастера настройки, ставят микрофон или два на своё любимое кресло (точку прослушивания) и выравнивают АЧХ АС в этой точке, в простейшем случае – эквалайзером. Непонятно, как изменится интерференционная картина в точке прослушивания, если в комнату войдут 1- 2 человека, или будет внесён какой том предмет, достаточно крупный, чтобы занять, хотя бы пару процентов объёма помещения.

Задумайтесь, если метод «качающегося микрофона» позволяет устранить влияние стоячих волн и переотражений в комнате,  где происходят измерения, то зачем этот метод применять компании «Брюль и Кьер», имеющей в своём распоряжении идеальную безэховую камеру, и ничего не знающую об объёме и меблировке помещения, где так искусно настроенная АС будет играть. Может быть эта методика применена для того, чтобы произвести на потребителей большое положительное впечатление тщательностью подхода к разработке и настройке АС? Вы можете выбрать ответ сами.

Вот по теме анекдот. Попробуйте догадаться, про что я буду говорить дальше.

Забрали студентов – программистов на военные сборы. И вот упражнения по стрельбе из автомата. Результат очень плохой. Точных попаданий в цель нет. Сержант очень сильно ругается, что они, мол такие косоглазые и криворукие стрелки, не годные для войны… А студенты – программисты ему отвечают: “Товарищ сержант, у нас пули из ствола вылетали – проблемы на стороне приёма!»

Вы можете измерять АЧХ и настраивать АС в ближнем поле, на расстоянии, не далее 1 метра от динамиков, полагая, что получив требуемую форму АЧХ Вы выполнили работу по настройке АС правильно, а изменения АЧХ в точке прослушивания, определяемые внешними факторами, искажают звук так же, как шум машин или дождь за окном, или работающий телевизор или разговоры за стеной.

Люди военного ремесла, и психологи, хорошо знакомы с понятием «ложные цели». Такими ложными целями, в колонкостроении, могут быть, например, погоня за гладкой АЧХ стереопары АС, снятой на удалении двух метров от места установки колонок или наоборот, уделение особого внимания тонкой настройке полосовых фильтров, согласовывая амплитудные и фазовые характеристики в ближнем поле, полагая, что такая АС заполнит чудесным звуком любое помещение, где будет установлена. А может быть, Вы поступите проще, Вы примените при изготовлении колонок все свои знания и опыт, пусть даже начального, какими располагаете сейчас, и завершите проект. Если Вам потребуется сделать ещё одну пару АС, вы сможете позволить себе сделать конструкцию ещё более совершенной, и применить более сложные приёмы настройки, используя свой первый опыт, как отправную точку.

Теперь о главном, почему появилась эта статья.

Можно ли измерять АЧХ АС при помощи программного пакета ARTA (и, наверное, какого то другого, например RMAA), без внешнего микрофонного усилителя, пользуясь только усилителем в составе звуковой карты, встроенной в материнскую плату Вашего компьютера?

Да можно.

Вот какие эксперименты я провёл.

Использован компьютер на базе mini_ITX платы Foxconn D42S со звуковым кодеком Realtek ALC662 DH Audio. Это совершенно заурядный аудиокодек, используемый в бюджетных моделях материнских плат, не ориентированных на работу в режимах «эксклюзивного мультимедиа». Компьютер оснащён встроенным УМЗЧ на TDA1517P, питаемой от БП компьютера. Всё очень просто. Исследуемый динамик был подключён к Левому выходному каналу УМЗЧ, а электретный микрофонный капсюль HMO0603a-64 к Левому входному каналу на фронт панели, объявленному в настройках Realtek, как микрофонный. (Отступая чуть назад, отмечу, что первый, тоже удачный, опыт я провёл с электретрым микрофоном телефонной гарнитуры, используемой для звонков с компьютера, но в гарнитуре (переделанной из гарнитуры мобильного телефона NOKIA) микрофон имеет неизвестную АЧХ и зашунтирован SMD конденсатором, и поэтому для измерений менее подходит).

Настройки входного и выходного каналов Realtek, для измерений АЧХ динамиков и микрофоном, без внешнего усилителя, приведены на двух следующих рисунках.

Настройка Realtek HD Audio output.

Рисунок 1. Настройка Realtek HD Audio output (кликнуть для увеличения).

Обратите внимание, включены только регуляторы звука и общей громкости, и регуляторы баланса сдвинуты влево, в пользу канала УМЗЧ, к которому подключён исследуемый динамик. ( Можно баланс оставить по центру, а правый канал отключить аппаратно).

Настройка Realtek HD Audio input.

Рисунок 2. Настройка Realtek HD Audio input (кликнуть для увеличения).

ВАЖНО: Стереомикшер и Линейный вход должны быть выключены, а регулятор уровня входного сигнала должен быть так же смещён влево (микрофон подключается к левому входу). При такой настройке удаётся практически исключить эффект акустической ПОС, возникающей при приближении микрофона к динамику.

Для измерений использовался «попавший под руку», заурядный широкополосный динамик от телевизора YDT-813. Тестовым сигналом являлся прерывистый Белый шум.. Вы можете спросить – почему не Розовый – он ведь ближе по спектральному составу, к реальному музыкальному сигналу? (про различие шумов по цветам, можно прочитать и послушать здесь http://ru.wikipedia.org/wiki/%D6%E2%E5%F2%E0_%F8%F3%EC%E0)

Верно, розовый шум ближе к реальному музыкальному сигналу,  но за последние пятьдесят лет, кривые, характеризующие распределение мощности по частотам звукового сигнала заметно изменились. Специалисты по акустике, признали существование рок музыки, неестественно богатой НЧ и ВЧ компонентами, благодаря современным средствам звукозаписи, способным эти компоненты фиксировать и сохранять, а так же музыкальным синтезаторам, создающим звук «из ничего». (Подробно об этом можно прочитать в статье «Диета для Динамиков», которую написал Андрей Елютин для журнала Автозвук. №11. 2000.)

С оглядкой на рост уровня ВЧ компонентов в современном муз. сигнале, для измерений был выбран Белый шум, но картина изменится не сильно, при измерении на Розовом шуме, особенно, если у Вас откалиброванный микрофон. (об этом чуть позже).

Теперь посмотрите на Рисунок 3

Т-С параметры для динамика YDT-813, измеренные ARTA LIMP.

Рисунок 3 Т-С параметры для динамика YDT-813, измеренные ARTA LIMP (кликнуть для увеличения).

Здесь резонансная частота динамика YDT-813 определена как 185 Гц. Сравните с рисунками 1 и 2 (Здесь, резонанс на частоте 152 Гц!)

Почему такое различие – ок. 20%?

Какому из двух графиков верить?

Нужен альтернативный способ определения резонансной частоты динамика.

Вот он:

Мультивибратор для определения резонансной частоты НЧ динамика

Рисунок 4 Мультивибратор для определения резонансной частоты НЧ динамика В. Бурундукова

Да, это работоспособная схема, повторённая, уже несколькими поколениями колонкостроителей. Она не содержит конденсаторов (сравните с подобной, по назначению, схемой приставки для определения резонансной частоты динамиков от Мастер КИТ NM8051.3, выполненной на маломощных КРЕМНИЕВЫХ транзисторах), а катушка индуктивности, в купе с подвесом, аналогом конденсатора – это детали исследуемого динамика, на резонансной частоте которого возникают колебания в собранной схеме. Форма колебаний – синусоида, более точная при возможно меньшем напряжении питания. Для большинства динамиков, достаточно 3-5 Вольт.

Почему же различаются резонансные частоты при «электрическом» измерении и измерении при помощи микрофона?

Пользуясь пакетом ARTA, мы определяем именно вершину пика – точку, где импеданс максимален, и принимаем её за резонансную частоту. В реальной колебательной системе, где динамик подключён к мультивибратору, колебания возникают на скате резонансной кривой, недалеко от вершины. Именно эта, реальная частота, на которой возникают колебания, регистрируется частотомером, подключённым к мультивибратору или ПО ARTA, когда принимается сигнал, зарегистрированный микрофоном. Получается, что мультивибратор и микрофон дают при измерении резонансных свойств динамика, более точные результаты.

Здесь нужно отметить, что если Вы будете искать резонансную частоту динамика, при помощи вольтметра, подключённого к динамику, запитанному от генератора, через токостабилизирующий резистор, как описано здесь, на стр. 13, Вы получите ту же частоту, что определяется «программным»  методом, при помощи пакета ARTA LIMP. Этот уже четвёртый способ определения резонанса динамика, подтверждает верность измерений при помощи компьютера. «Но есть нюанс».  Здесь этот анекдот очень уместен.

Коррекционный файл, содержащий значения поправок АЧХ, применяемого для измерений микрофонного капсюля, Вы можете сделать сами. Для этого достаточно иметь график АЧХ микрофона, как правило, предоставляемый производителем. В блокноте MS Windows составьте текстовый файл, подобный показанному здесь. (Этот файл составлен для микрофонного капсюля HMO0603A-64 по имеющемуся графику см. рисунок 5.)

Микрофонный капсюль HMO0603A-64

Рисунок 5 "Техпаспорт" микрофонного капсюля HMO0603A-64

После создания текстового файла замените расширение txt на MIC и загрузите этот коррекционный файл в ARTA, как показано в Мануале ARTA_STEPS, на стр. 21.

Вот пример применения пакета ARTA и электретного микрофонного капсюля, подключённого ко входу звуковой карты без внешнего микрофонного усилителя.

АС Genius SW F2.1 - 500 В ходе переделки этой АС (работа достойна отдельной статьи - такой неудачной, и склонной к отказу из за перегрева, оказалась эта АС в фабричном исполнении, что пришлось исправлять), кроме прочего, я подал в НЧ канал суммарный сигнал с выходов двух СЧ-ВЧ (новая частота раздела – 580 Гц) , переключив выходные цепи этих каналов по схеме ФДФ с регулятором уровня НЧ.

ФДФ канала НЧ АС GENIUS SW F2.1 - 500

Рисунок 6. ФДФ канала НЧ АС GENIUS SW F2.1 - 500

АЧХ переделанной АС SW F2.1 - 500 показана на Рисунке 7

АЧХ переделанной АС SW F2.1 - 500

Рисунок 7 АЧХ переделанной АС Genius SW F2.1 - 500 до введения коррекции резонансного выброса НЧ динамика "сабвуфера".

Проведённые опыты показали эффективность новой схемы подачи НЧ сигнала, работу регулятора уровня и, что самое главное - необходимость исключить, первоначально оставленный ФНЧ первого порядка на входе мостового УМ НЧ (это конденсатор С3 на рисунке 6). Этот фильтр вносил видимый (но не слышимый мною) завал в районе 200 - 500 Гц, который исчез вместе с удалением конденсатора этого фильтра. Выброс, величиной 8 дБ, на АЧХ, врайоне110  Гц обусловлен применением высокодобротного НЧ динамика в корпусе объёмом 4 литра. Наблюдаемый выброс можно попробовать убрать при помощи корректора Линквица , заодно расширив диапазон воспроизведения НЧ вниз, но это потребует так же некоторого удлинения трубы ФИ и введения на вход УМ канала НЧ, простейшего диодного лимиттера и ФВЧ, иногда называемого «сабсоником», настроенного на частоту ок. 50 Гц. Эти меры призваны исключить перегрузку УМЗЧ НЧ канала низкочастотными сигналами (ниже 50 Гц), которые используемый НЧ динамик не может воспроизвести с приемлемым уровнем, из за своих конструктивных ограничений. Но есть нюанс – динамик стоящий в «сабвуфере» этой АС, является, скорее, «мидбасовым» динамиком, нежели динамиком для сабвуферов, тех, что без кавычек. Потому задирать НЧ регулятором тембра или другим корректором АЧХ, даже самого Литквица, в данной АС вряд ли разумно. Мы только увеличим искажения, особенно при повышенных уровнях громкости, «а нам очень мало идёт по басам».

Для уменьшения величины резонансного выброса, применённого в «сабвуфере» АС Genius SW F2.1 – 500, НЧ динамика, был изготовлен вырожденный корректор Линквица, (См. Рисунок 8)

"Вырожденный" корректор Линквитца

Рисунок 8 "Вырожденный" корректор Линквица - ограничивает резонансный выброс НЧ динамика, но не поднимает обший уровень НЧ ниже резонансной частоты.

который только уменьшает уровень сигнала на частоте настройки – резонансной частоте динамика в акустическом оформлении – корпусе, объёмом 4 литра, оснащённом фазоинвертором настроенным на 80 Гц – но не повышает уровень этого НЧ сигнала ниже резонансной частоты. Корректор представляет собой неполный Т-мост, работу и правила расчёта которого описал А. Петоров в статье «Корректор АЧХ Линквица в маломощных УМЗЧ». Транзистор на входе Т-моста – эмиттерный  повторитель, обеспечивающий низкое выходное сопротивление источника сигнала следующего за ним фильтра. Применение p-n-p транзистора в данном случае, вызвано желанием немного поднять (с 2 до 2,6В) постоянное напряжение на входе не полного Т-моста фильтра и повысить перегрузочную способность НЧ канала. АЧХ доработанного таким образом «сабвуфера» показана на Рисунке 9.

АЧХ "сабвуфера" АС Genius_SW-F2.1 после доработки усилительного тракта НЧ

Рисунок 9. АЧХ "сабвуфера" АС Genius_SW-F2.1 после доработки усилительного тракта НЧ

Черным цветом показана АЧХ АС «во фронт», когда по центру стоит «сабвуфер» а по бокам его СЧ-ВЧ колонки. Измерения проводились с расстояния 50 см – если отводить микрофон дальше – становятся заметными влияния переотражений в комнате. Бирюзовым цветом на рисунке  показана АЧХ порта ФИ, снятая с расстояния 1 см (микрофон по оси трубы ФИ). Уровень громкости уменьшен для сохранения масштаба. Можно видеть, что выброс на резонансной частоте НЧ динамика (113 Гц) теперь поставлен вровень с уровнем других частот, а резкий спад звукового давления со стороны порта ФИ начинается, примерно, с 60 Гц. Наверное, это предел для «сабвуфера» такого размера с таким динамиком.

Некоторые отчаянные специалисты колонкостроения, при дотошном измерении АЧХ создаваемых АС, используют двухканальные микрофонные усилители. Один микрофон в порт ФИ, другой – напротив НЧ динамика. Сумматор даёт общий уровень звукового давления порта и динамика, сразу, без умозрительного суммирования АЧХ снятых по отдельности графиков. Но это требует двух, калиброванных, микрофонов, двухканального усилителя и знания некой секретной пропорции – отношения коэффициента усиления одного канала к другому.  Насколько я помню. Выбирают пропорцию 1 к 4 так как порт ФИ, по площади, обычно, в 4 раза меньше чем площадь диффузора НЧ динамика. Канал микрофонного усилителя, предназначенный для работы с ФИ, снабжают коммутатором коэфициента усиления, чтобы получать отношение каналов 1 к 1 и измерять отдачу, например, НЧ и СЧ-ВЧ динамика в ближнем поле. Вы сами можете решить, последовать такой прогрессивной методике измерений или просто, припаять микрофонный капсюль к отрезку экранированного провода в изоляции, длиной 1 – 2 метра, и не спеша, измерить отдачу динамиков и портов АС, которую Вы строите или усовершенствуете. (Микрофон можно зашунтировать конденсатором, ёмкостью 100 – 200 пФ, чтобы снизить уровень радиочастотных помех).

В заключение, для желающих используя вышеописанный простой способ оценки АЧХ АС, электретным микрофоном, подключённым к звуковой карте без микрофонного усилителя, получать красивые картинки АЧХ «как в модных журналах», предлагаю переключить в ARTA STEPS, отображение данных по оси Х, в режим октавного сглаживания “octave smoothing”. Результат такого измерения для АС  Genius SW-F2.1 – 500, как и ранее, развёрнутой «во фронт», показана на Рисунке 10 (без учёта излучения порта ФИ).

АЧХ АС, измеренная микрофоном в режиме октавного сглаживания.

 

Рисунок 10. АЧХ АС, измеренная микрофоном в режиме октавного сглаживания (кликнуть для увеличения).

 

 

 

Всем привет,

 

Так получилось, что поисковые запросы типа «самодельные акустические системы» оказались в числе лидеров среди тех, что приводили посетителей на мой сайт до сих пор.

В связи с этим, хочу поделиться с читателями своим и чужим, по большей части :-), опытом в части расчёта и изготовления АС. Достойных материалов по этой теме в Интернете преизрядное количество и нет, наверное, смысла, повторять здесь описания этих конструкций, «но есть нюанс», как говорил Василий Иванович.

 

Возможно, у Вас есть какие то колонки (АС) и Вы хотите их улучшить, или у Вас есть динамики, или Вы можете их достать (купить) и хотите изготовить под них корпус. На пол, на полку,  на стол, в дверь автомобиля  - не важно. И теперь нужно понять – какую из ранее описанных конструкций повторить или доработать (надеюсь, что в лучшую сторону) или рассчитать АС с нуля. До подхода к этой задаче, проверьте свой слух! Совет может показаться странным, но его выполнение позволить получить больше удовольствия когда АС будет изготовлена. C возрастом острота слуха на ВЧ, выше 10 КГц, начинает снижаться. У всех по-разному. Некоторые люди не слышат высоких частот уже за пределами 12 КГц. Наверное, Трехполосная АС, воспроизводящая сигналы до 30КГц, будет им бесполезной, и можно попробовать подумать про правильно рассчитанную колонку с хорошим широкополосным динамиком. А те счастливцы, которые слышат до 20 КГц, кроме покупки пары наборов динамиков ( по три – НЧ, СЧ и ВЧ в каждую АС), должны для себя решить, в добавок к выбору типа акустического оформления, будут ли они делать пассивный кроссовер (разделительные фильтры) для размещения оного внутри колонки, или им хватит опыта сделать кроссовер активным и за ним три отдельных УМЗЧ – каждый для своего динамика, и так два раза. Про биамплинг мы уже говорили. Триамплинг – дальнейшее развитие этого прогрессивного подхода к изготовлению звуковоспроизводящего комплекса. Остается решить, как настраивать трёхполосную АС (с любым типом кроссовера), так, чтобы АЧХ и ФЧХ получились максимально линейными. Наверное, потребуется измерительный микрофон, некое сервисное ПО, и акустическая, безэховая камера, которую, в любительских условиях, можно заменить ворсистым ковром, смотанным в трубу, на одном конце которого испытуемая АС, а на другом, чтобы ковёр форму держал, положенная на бок, обычная табуретка, обращённая ножками в сторону АС. Между ножек, на растяжках можно закрепить микрофон, расположив за ним небольшую подушку (я не шучу), чтобы не было отражений от обратной стороны сиденья этой табуретки. И после удачной настройки АС в заглушенной камере, эта АС встанет в интерьер, с мебелью, окнами и стенами, отражающими звук совершенно по-разному, и интерференционные поля до неузнаваемости исказят АЧХ в зоне, где находится слушатель. Подумайте, как Вы слушаете музыку – сидя в кресле, точно по центру стереопанарамы, измеренной линейкой, или сидя за столом, когда колонки стоят напротив Вас и стереобаза у них 1,5 метра максимум, и они такие маленькие, что хорошо воспроизводят звук в комплекте с сабвуфером, или Вы слушаете музыку во время работы, перемещаясь по комнате, где стоят АС… Всё это факторы, определяющие конструкцию и параметры АС, которую оптимально построить (модернизировать) именно Вам. Очень легко попасть под гипнотическое влияние отчётов об изготовлении и чудесном звуке многополосной АС из монолитного бетона, или рупораврост человека с одним ШП динамиком или вообще, звуковых колонн с массивом динамиков, высотой до потолка.

 

 

Динамики отечественного производства:  ШП, НЧ, СЧ, ВЧ – сводная таблица параметров – 9 страниц.

 

Динамики малогабаритные, годные для установки в ноутбуки, мультимедийные ЖК мониторы, миниатюрные АС.

Динамики Yd – краткая сводка с фотографиями и характеристиками громкоговорителей семейства Yd подходящими для замены «широкополосных» динамиков в недорогих переносных магнитолах и мультимедийных АС. Все эти динамики высокодобротны, потому лучшим аккустическим оформлением для них будет открытый ящик или ПАС.

 

Параметры динамиков. Ещё одна сводная таблица с параметрами отечественных динамиков, расставленными в порядке увеличения мо.

 

 

Коробочка ТС параметров подборка нескольких статей и реплик с форумов, посвящённая измерению параметров Тилле – Смолла, при помощи компьютера и разных программ. Сам я, с недавних пор,  использую программу ARTA LIMP, а до того пользовался методикой описанной Великим Шихманом здесь, на стр. 33. Часть расчётов удалось автоматизировать, благодаря этому калькулятору ТС параметров (тот же файл «Расч_ТС_поШихману.xls» в архиве zip). Для сравнения, результат измерения ТС параметров для, например, динамика 10ГД-30Б выглядит вот так.

 

Кубики Салтыкова

Под таким названием, среди радиолюбителей, известен малогабаритный громкоговоритель, фазоинвертор, с динамическими головками 6ГД-6 и 2ГД-36, описанный Олегом Салтыковым, в журнале Радио, №11 за 1977 год. Салтыков, в то время, был сотрудником «Всесоюзного научно исследовательского кино – фото института», и в его распоряжении была весьма совершенная, по советским меркам, техническая база, годная для разработки, изготовления, настройки и проверки АС, качеством звука которой, продолжают восхищаться до сих пор. За ссылкой сама статья, на двух страницах и три листа с вопросами/ ответами, по теме этих АС, заданные радиолюбителями «по голячим средам». Теперь в интернете есть множество отчётов и обсуждений, связанных с более или менее успешными повторениями этой конструкции с теми или другими изменениями. По части этой статьи, я хочу обратить Ваше внимание на один важный технический момент. Вернее, два момента. О. Салтыков разместил НЧ и ВЧ динамики максимально близко, чтобы снизить неравномерность АЧХ на границе раздела частот. Кроме того, он развернул бОльшую ось ВЧ динамика 2ГД-36 вертикально, чтобы расширить диаграмму направленности ВЧ сигнала в ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ плоскости. (Известно, что на ВЧ, чем меньше диаметр диффузора, тем шире диаграмма направленности звукового излучения). А теперь посмотрите ещё раз на фотографию звуковых колонн. Массив динамиков, если не ошибаюсь, это ШП ГГ 3ГД-38, порождает богатейший спектр интерференционных волн, вызывая эффект многолучевого приема даже если такая колонна стоит в заглушенной камере. И ещё, в средней части колонны, четыре динамика 2 ГД-36, в ряд, бОльшая ось  - горизонтально, что сужает диаграмму направленности и размывает кажущийся источник звука.

Я этот казус упомянул к тому, что если у вас есть пара эллиптических динамиков, например, 2ГД-40, и вы хотите сделать простенькую АС для компьютера – располагайте эти динамики вертикально. Так получите менее локализованный стереоэффект – это хорошо.

«Кубики Салтыкова», это не единственная работа автора, представляющая интерес для современных радиолюбителей, интересующихся высококачественными системами звуковоспроизведения. Возьмите журнал Pадио за Июль и Август 1979 года. Статья О. Салтыкова и А. Сырицо «Звуковоспроизводящий комплекс» вышла через два года после статьи про «кубики Салтыкова». Это гораздо более вдумчивая и серьёзная работа. Авторы взяли два динамика – НЧ – 10ГД-30 и ВЧ 3ГД-31 от АС 10МАС-1 (ЗЯ объёмом 18дм3) и поместили их в корпус - фазоинвертор, размерами 46х35х26 см. Внутренний объём этого ящика получился в пределах 25 – 28 литров, при том, что согласно ТС параметрам для 10ГД-30, требуемый этой головке объём составляет 60 литров.   Чтобы ещё больше уменьшить амплитуду колебаний диффузора НЧ головки на частоте резонанса и снизить общие искажения электромеханической системы динамика, для данной АС разработан усилитель с отрицательным выходным сопротивлением (в области НЧ). Именно это обстоятельство – «сложный» УМЗЧ на транзисторах – всего 18 штук на канал, два из которых отвечают за формирование отрицательного выходного сопротивления – сделала эту замечательную конструкцию мало популярной по причине кажущейся сложности для повторения радиолюбителями, особенно современными, привыкшими, в большинстве, собирать УМЗЧ на интегральных ИС. Однако, обратите внимание, усилитель Салтыкова и Сырицо собран по неинвертиующей схеме,  подобно большинству современных ИС УМЗЧ, а раз так, то узел формирования отрицательного выходного сопротивления (всего два транзистора!) можно подключить к современной ИС УМЗЧ, по аналогии, как это было сделано у авторов. Теперь давайте вернёмся к июльскому номеру и посмотрим, что нового появилось в этих менее известных АС О. Салтыкова. Я выделю всего три момента.

 

  1. Частотнозависимый делитель R1L2R2, увеличивающий отдачу ВЧ динамика 3ГД-31 в районе 18 – 20 КГц (Если вы не слышите частот в этом диапазоне, возможно, такое усложнение конструкции Вам покажется излишним).
  2. Режекторный фильтр C2L3, подавляющий выброс на АЧХ АС в зоне резонанса ВЧ головки. (Это очень важный узел – перечитайте Психоакустические критерии качества звучания и выбор параметров УМЗЧ – резонанс ВЧ динамика находится как раз на том участке звукового спектра, где звуковые колебания наиболее слышны и наименее маскируемы).
  3. Стабилизация сопротивления реактивной нагрузки ФНЧ – динамика 10ГД-30, чьё сопротивление переменному току растёт, начиная, примерно, с 1 КГц. за счёт применения цепи R3C3, известной сейчас как «цепь Цобеля» (подробно про цепь Цобеля см. в этой статье, на стр.9). Такая стабилизация сопротивления нагрузки фильтра необходима для сохранения АЧХ и ФЧХ фильтра во всём звуковом диапазоне, включая ту область, сигналы которой фильтр не пропускает.

 

Так получилась очень продуманная АС с аппаратной коррекцией огрехов конструкции динамиков, фильтров и корпуса. Когда Вы читаете современные статьи про изготовление АС, пожалуйста, оглядывайтесь на эти разработки и проверяйте, учитывает ли автор факторы звуковоспроизведения, разобранные некоторыми знатоками ещё тридцать лет назад. Так вы сможете, хотя бы приблизительно, оценить меру «просветлённости» разработчика рассматриваемой АС, пусть и с инженерной, а не музыкальной, точки зрения.

 

Но это ещё не всё, что касается важных для радиолюбителей работ, О. Салтыкова, на которые я хочу обратить Ваше внимание, тем более, если Вас интересуют вопросы комплексной разработки звуковоспроизводящей системы, пусть даже только в части усилителя мощности и АС.

 

«ЭМОС или отрицательное выходное сопротивление?» О. Салтыков. Pадио, январь 1981 года. Автор рассматривает накопленный опыт (ссылки на первоисточники указаны в статье) линеаризации рабочих параметров АС в области НЧ при помощи двух различающихся схемотехнических приёмов:

  1. Электромеханической обратной связи (ЭМОС) по скорости или ускорению. Датчик в ЭМОС это дополнительная катушка или пьезоэлемент, закреплённый на диффузоре динамика и не связанный электрически с катушкой динамика или измерительный мост, в одну из диагоналей которого включён динамик.
  2. Токовая положительная обратная связь, компенсированная отрицательной обратной связью по напряжению, действующая в области НЧ, например, не выше 300 Гц, в пределах расположения механического резонанса динамика.

 

С практической точки зрения, определяемой наибольшей повторяемостью схемотехнических решений, интересно внимательно изучить вариант «2» ПОСТ+ООСН. Это, начиная со стр. 42 в упомянутой статье. Кроме схем и графиков, поясняющих работу различных схем этого класса, обратите внимание на формулы (1) и (2) на стр. 42. По этим формулам можно проследить связь изменения выходного напряжения УМ при его настройке и требуемого выходного сопротивления, что нужно нам, для сглаживания АЧХ динамика (устранения бубнения) в неком акустическом оформлении, характеризующемся высокой добротностью. К формулам (1) и (2) мы ещё вернёмся.

А теперь, внимательно посмотрите на схемы, изображённые на рисунках 6 и 7. Это упрощённые схемы усилителей с отрицательным выходным сопротивлением, приведённые к функциональным блокам операционных усилителей, даже если прототип был сделан на транзисторах. Обратите внимание, во всех схемах, обратная связь по току подключена к НЕ инвертирующему входу ОУ – это положительная ООС по току, как мы определили ранее, а в инвертирующий вход включена цепь обратной связи по напряжению. Во всех схемах, имеется регулировка уровня ПОСТ, позволяющая установить уровень отрицательного выходного сопротивления достаточным для сглаживания АЧХ, но не большим (по модулю) чем сопротивление динамика – иначе система самовозбудится. Я так подробно повторяю то, что в деталях описано в первоисточнике, чтобы теперь чуть поняв как работает связка динамик+УМЗЧ с комбинированной ООСН/ ПОСТ, Вы взглянули на схему (любую), так называемого УМЗЧ ИТУН (источник тока, управляемый напряжением). Схем таких в Интернете много. Что в них общего? Два факта:

  1. Последовательно с динамиком, между его «минусом» и «земляным» проводом включён резистор – датчик тока.
  2. Датчик тока подключён, к ИНВЕРТИРУЮЩЕМУ входу УМЗЧ.

Раз так, то на частоте резонанса динамика, когда сопротивление обмотки переменному току наибольшее ( в НЧ диапазоне), на датчике тока будет самое маленькое напряжение, что естественно, так как сигнал обратной связи мал из за его падения на реактивном сопротивлении динамика, это приведёт к повышению напряжения, подводимого к динамику, и увеличению амплитуды колебаний диффузора. Тогда получится, что отдача этого динамика на резонансной частоте наибольшая и есть большой риск возникновения «бубнения» или искажений в области ВЧ, из за ограничения по напряжению питания УНЧ и ограничения хода подвеса диффузора. Чем выше добротность динамика, тем больше эти риск для пары динамик+ИТУН. Ещё один побочный минус эксплуатации высокодобротных динамиков в паре с ИТУН – ускоренный износ токоведущих проводов и гофров из за большой амплитуды колебаний на резонансной частоте.

Мне кажется, что ИТУН будет особенно хорош в многополосной (хотя бы двухполосной) АС, где НЧ (НЧ-СЧ) динамик имеет минимальную добротность, а ВЧ динамик работает в полосе, начало которой как минимум в два раза выше его резонансной частоты. (для каждого динамика ИТУН свой).

И ещё, так как УМЗЧ ИТУН, который можно представить высокоомным сопротивлением на выходе УМ с очень большой амплитудой выходного сигнала, всегда повышает добротность динамика, даже низкодобротного, по результатам измерений, то акустическое оформление АС с таким динамиком, сразу же должно делаться как открытый ящик или, в крайнем случае, ящик с ПАС (фазоинвертор можно считать вырожденной ПАС, но с очень большим натягом). То есть, применение ИТУН осмысленно только в сквозном проекте – усилитель – динамик для усилителя – ящик для динамика. Вот пример низкодобротного широкополосного динамика - Visaton BG 20/8 (Цена Visaton BG 20/8 в Санкт Петербурге, примерно, 1500 руб). Его полная добротность Qt=0,32. Казалось бы, для ИТУН очень хорош, но эквивалентный объём этого динамика – 121 литр. То есть, без повышения резонансной частоты, такой динамик будет работать в ящике, размером более 100х50х25 см – для домашней АС вполне приемлемо. Только вот при подключении такого динамика к ИТУН, его добротность непредсказуемо возрастёт, и как только она превысит 0,7, на АЧХ, в районе резонанса, появится горб, залог «бубнения», от которого мы хотели уйти при помощи ИТУН. А что же делать с демпфированием динамика, о котором (о демпфировании) мы слышали столько хорошего? Так электрическое демпфирование действительно хорошо и на СЧ и на ВЧ. Вспомните ламповые УМЗЧ с выходными трансформаторами. Их выходное сопротивление – несколько Ом – прекрасно демпфирует высокочувствительный динамик с большой добротностью, стоящий в большом ящике ламповой радиолы и издающий такой «лёгкий, мягкий, бархатный» и др. звук, столь любимый многими слушателями. Так этот динамик, фактически, работает в открытом воздухе, на щите (ящик радиолы можно считать щитом с загнутыми краями), и проблемы «бубнения» малоразмерных  АС ему не ведомы.

Так вот, если важно сделать малогабаритную АС с гладкой АЧХ  в области НЧ, усилитель с комбинированной  ОС – ПОСТ/ ООСН может изрядно помочь. Чтобы разобраться в этом ещё лучше, рассмотрим следующую статью:

 

О. Салтыков. Расчёт характеристик громкоговорителя. Pадио, октябрь 1981 года.

Это «скучная» теоретическая статья, содержащая только одну схему из трёх деталей. Вот тематические разделы этой статьи:

  • Головка в ящике бесконечного объёма
  • Головка в ящике конечного объёма
  • О демпфировании головки громкоговорителя
  • Измерение параметров головки (это те самые параметры Тилле – Смолла (ТС параметры))
  • Расчёт громкоговорителя по известным данным головки, акустического оформления, и усилителя НЧ.

Кроме внятного и доходчивого описания поведения динамической головки в разных типах акустического оформления и с разными усилителями «на входе»,  нас в этой статье особенно может заинтересовать формула (4), на странице 32. Эта формула однозначно связывает добротность АС (НЧ динамика в имеющемся акустическом оформлении) подключённой к усилителю с некоторым отрицательным выходным сопротивлением, добротность той же АС, подключённой к УМ с нулевым выходным сопротивлением (современные усилители на ИС и отдельных транзисторах), выходное сопротивление усилителя (в том числе отрицательное) и сопротивление катушки динамической головки постоянному току. Это простые, понятные и легко измеряемые параметры. (Добротность АС измеряется в ряду ТС параметров. Очень доходчиво это описано у Шихмана здесь.) Задавшись желаемой добротностью той АС, которая у нас есть или получилась в результате постройки (например, для ЗЯ нужно 0,7, а реально добротность 1,8, что очень плохо), и сопротивлением НЧ динамика внутри этой АС (например, 8 Ом), мы можем вычислить отрицательное сопротивление УМЗЧ, при котором добротность нашей АС понизится до желаемого значения 0,7. Это сопротивление будет равно –4,89 Ом. Желающие могут проверить. Прямая формула для расчёта выведена на странице 34 в этой статье.

А дальше, мы возвращаемся к формуле (1) из статьи О. Салтыкова  «ЭМОС или отрицательное выходное сопротивление?» (это на стр. 42) и вычисляем, на сколько должно увеличиться напряжение на выходе УМ, при введении дополнительной комбинированной ОС ПОСТ/ ООСН, необходимой для сглаживания АЧХ громкоговорителя на НЧ. Для АС с НЧ динамиком, сопротивлением катушки 8 Ом и желаемой добротностью 0,7 (при исходной добротности 1,8), приращение напряжения должно составить 2,57 раз.

Может возникнуть вопрос. По какой схеме лучше собирать УМЗЧ с комбинированной ОС? Однозначного ответа нет, как мне кажется, по трём причинам.

1.      Многие радиолюбители считают, что обратные связи в усилителях вредны, так как с их помощью на вход УМЗЧ подаётся сигнал, который в данный момент уже усилитель покинул – излучён динамиком, а это «портит звук» многократным усилением сигналов – призраков.

2.      Схемы УМЗЧ с комбинированной  ОС – ПОСТ и ООСН представляются сложными конструктивно (много деталей) и в настройке (много регуляторов)

3.      Широкое распространение различных высококачественных динамических громкоговорителей и программ для расчёта АС располагают к затейливому «колонкостроению» (см. рупораврост человека) в большей степени, чем к созданию комплексного решения УМЗЧ + АС.

 

Если у Вас есть малогабаритная АС или «переносная музыка» с высокодобротными динамиками, «бубнящими» на НЧ, можно кое что улучшить малыми затратами, а если результат понравится, подумать, нужно ли дорабатывать любимый УМ в угоду любимым АС.

 

Самую простую и удачную схему предложил В. Маслов в статье «Комбинированная обратная связь в УМЗЧ» в журнале Pадио за Июнь 2001 года.   В этой статье, кроме комбинированной ОС, наделяющей УМЗЧ на TDA2030 (или другой, подобной ИС УМЗЧ, с двухполярным питанием), отрицательным выходным сопротивлением на НЧ, применена цепь R4C4, увеличивающая выходное сопротивление УМ (ИТУН), по мере роста реактивного сопротивления динамика, что приводит у «полезному» демпфированию последнего на СЧ-ВЧ, (см статью Агеева «Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление?» здесь), хоть и требует повышенного напряжения питания (или запаса по усилению) для применяемой ИС УМ. Последнее необходимо для исключения «клиппинга» - искажений, связанных с ограничение уровня выходного сигнала на уровне питающего напряжения, за вычетом падения на выходных транзисторах. И ещё, А. Сырицо, в своём комментарии к этой статье, отмечал, что данный УМЗЧ будет не совсем корректно работать с моногполосной АС, содержащей разделительные фильтры. Так если у Вас многополосная АС, с ВЧ динамиком, специально рассчитанным на воспроизведение ВЧ составляющих звукового сигнала, цепь R4C4 можно исключить, соединив инверсный вход и выход ИС УМ резистором, сопротивлением от 5 до 30 КОм, с оглядкой на выходное напряжение предварительного усилителя и напряжение питания.  В таком виде, схема УМЗЧ с комбинированной ОС В. Маслова, становится удивительно похожей на схему, изображённую на Рис. 7а в статье «ЭМОС или отрицательное выходное сопротивление?» О. Салтыкова, на стр. 43.

Мы помним, что отрицательное выходное сопротивление УМ, особенно уместно на НЧ и в малогабаритных АС, содержащих высокодобротные динамики. Такие АС, как правило, работают в составе недорогих звуковоспроизводящих комплексов (мини и микростереосистемы, автомагнитолы итп), содержащих ИС УМ с однополярным питанием.

Как снабдить типовую ИС УМ, стоящую в устройстве с однополярным, в том числе батарейным, питанием, комбинированной обратной связью по току и напряжению (ПОСТ и ООСН)?

Достаточно просто. Вот две схемы усилителей с комбинированной ОС (ПОСТ и ООСН), которые я собрал, проверил и настроил используя советы вышеприведённых поучительных публикаций.

 

УМЗЧ с отрицательным выходным сопротивлением, получаемым благодаря введению комбинированной ОС (ПОСТ и ООСН). Однополярное питание.

Рисунок  1. УМЗЧ с отрицательным выходным сопротивлением, получаемым благодаря введению комбинированной ОС (ПОСТ и ООСН). Однополярное питание.

 

Комбинированная ОС в УМ с однополярным питанием и инвертирующим включением ИС УМ. Я уже говорил, что опыты с векторным индикатором искажений Акулиничева, показали, что интегральные ИС УМ, обычно включаемые по неинвертирующей схеме,  обеспечивают меньший уровень искажений при инвертирующем включении. За это приходится платить значительным уменьшением входного сопротивления, что к счастью, компенсируется установкой входного эмиттерного повторителя на транзисторе Т2, входной конденсатор которого, вместе с резистором R1, выполняет ещё и функции ФВЧ первого порядка с частотой среза 60 Гц, выбранной во избежание перегрузки динамика НЧ составляющими сигнала, каковые он, динамик, воспроизводить не может. Для динамика типа 3ГД-38 с резонансной частотой 80 Гц, я выбрал частоту среза входного ФВЧ 60 Гц. В усилителе этих фильтров 3. C2R1, C4R7, C13Rгд1. Частота среза определяется по формуле: Fср=1/2ПRC. Прототип схемы – решение В. Маслова по введению в УМ с комбинированной ОС, дополнительной цепи обратной связи – R8C8 -  повышающей выходное сопротивление УМ на частотах выше частоты раздела фильтров в цепях ОС – R9C7 и R8C8. Очень важно соблюдение равенства R8=R9, C7=C8. Частота среза определяется по той же формуле: Fср=1/2ПRC и выбирается, желательно, в три с небольшим раза больше чем резонансная частота динамика, воспроизводящего низкочастотный сигнал, для того, чтобы отстроиться от третьей гармоники этой самой резонансной частоты. На транзисторе Т1, сделан формирователь напряжения средней точки – половина напряжения питания, плюс ещё 0,6В. Это напряжение нужно нам для задания рабочей точки входного эмиттерного повторителя на Т2 и дифференциального усилителя на DA2 (через резистор  R16).

Важно отметить одну особенность, связанную, в первую очередь, с номиналами цепи R8C8, выполняющей функции обратной связи по току (вспомните схему ИТУН). В массовых интегральных ИС УМ, как правило, уже установлен резистор обратной связи, соединяющий выход ИС с её инвертирующий вход. Этот резистор, кроме влияния на коэфициент усиления УМ, обеспечивает обратную связь по постоянному току. Для того, чтобы ООСТ оказывала влияние на работу УМ, сопротивление резистора R8 должно быть на порядок меньше. Для ИС TDA2003 сопротивление внутреннего резистора ООС, составляет, примерно, 20 КОм. Это определяет номинал резистора R8 (2,4 КОм) и, как следствие R9, который должен быть равен R8. Теперь внимание! В ИС TDA2005 (и некоторых других – проверяйте) сопротивление внутреннего резистора ООС составляет, примерно 2 – 3 КОм, поэтому, для сохранения работоспособности части схемы, отвечающей за повышение выходного сопротивления УМ на СЧ и ВЧ (ИТУН), номинал R8 следует выбирать равным 240 Ом, а С8 – 3,3 мкФ.

 

УМЗЧ с отрицательным выходным сопротивлением, получаемым благодаря введению комбинированной ОС (ПОСТ и ООСН). Однополярное питание с использованием бестрансформаторного формирователя отрицательного напряжения для "слаботочной" части схемы.

Рисунок 2. УМЗЧ с отрицательным выходным сопротивлением, получаемым благодаря введению комбинированной ОС (ПОСТ и ООСН). Однополярное питание с использованием бестрансформаторного формирователя отрицательного напряжения для "слаботочной" части схемы.

 

На рисунке 2, приведена схема ещё одного варианта усилителя В. Маслова, содержащего комбинированную ОС, состоящую из собственной ООС ИС УМ и дополнительных цепей  ПОСТ и ООСН. Данная схема предназначена для использования, в первую очередь, в звуковоспроизводящей аппаратуре, предусматривающей батарейное питание. Напряжение отрицательной полярности для питания ОУ DA2 формируется здесь при помощи бестрансформаторного преобразователя напряжения на интегральном таймере DA3 – КР1006ВИ1 (импортный аналог NE555). Это «классическая» схема преобразователя напряжения отрицательной полярности – на ИС DA3 собран мощный генератор прямоугольных импульсов, а на С15, С16, D3, D4 – выпрямитель с удвоением. Важно разобраться с назначением элементов R18, R19, D1, D2 в схеме преобразователя напряжения на интегральном таймере, подобном КР1006ВИ1. В типовой схеме генератора прямоугольных импульсов на КР1006ВИ1, времязадающий конденсатор (в схеме на Рисунке 2 это C14)  заряжается от положительного источника питания, через два, последовательно соединённых резистора, общая точка которых подключена к выводу 7 – разрядному ключевому транзистору. Таким образом, конденсатор заряжается через два резистора, а разряжается через один. Это препятствует получению на выходе таймера – (вывод 3), импульсов со скважностью, максимально приближенной к двум, а это, в свою очередь, снижает КПД преобразователя напряжения, подключённого к такому генератору. Цепочки элементов   R18, R19, D1, D2 симметрируют токи зарядки и разрядки конденсатора C14, что позволяет сохранить работоспособность схемы при снижении напряжения питания до, всего, 4В. Это проверено с ИС УМ DA1 - К174УД14 и DA2 – К157УД2.Таким образом, Вы можете собрать или модернизировать переносную АС для, например, iPhone или другого смартфона / портативного медиаплеера, с питанием от  шестивольтового аккумулятора, используя схему УМ с «ЭМОС» - комбинированной обратной связью по току и напряжению.

Как настроить цепи комбинированной ОС в усилителях по Рис. 1 и 2? С подробностями и ссылками на первоисточники, я рассказал об этом выше. Здесь, краткий алгоритм.

  1. Измерить полную добротность (Qt реал) той АС, с которой предполагается эксплуатировать усилитель с отрицательным выходным сопротивлением.
  2. По формуле Rвых ум=((Qt треб/ Qt реал)-1)*Rнч дг определить величину отрицательного сопротивления УМ, при котором обеспечивается требуемая добротность АС – Qt треб.
  3. По формуле p=1/(1-[Rвых ум]/Rнч дг) определить меру приращения  напряжения на выходе УМ под влиянием ПОСТ
  4. Установить подстроечные резисторы цепей ПОСТ и ООСН в нижнее, по схеме, положение.
  5. Не подключая к УМ никакой нагрузки, установить на выходе напряжение амплитудой 1В.
  6. Подключить к УМ сопротивление – эквивалент нагрузки.
  7. Регулировкой подстроечного резистора цепи ПОСТ установить на выходе УМ напряжение в “P” раз больше, чем было до этого.
  8. Регулировкой подстроечного резистора цепи ООСН вернуть (уменьшить) напряжение на выходе УМ к уровню, который был до подстройки цепи ПОСТ (фактически, цепью ООСН нужно в те же “P” раз УМЕНЬШИТЬ выходное напряжение.
  9. Заменить эквивалент нагрузки реальным динамиком.
  10. На этом, настройка комбинированной ОС (ПОСТ + ООСН) закончена.

 

 

Микрофонный усилитель.

Речь пойдёт о микрофоне и его предварительном усилителе для радиолюбительских опытов по линераризации АЧХ и других настроек самодельных и промышленных акустических систем.

 

Электретный микрофон – истоковый повторитель.

 

Модернизация электретного микрофона "по Линквитцу". Режим истокового повторителя.

 

Рисунок 3. Модернизация электретного микрофона "по Линквитцу". Режим истокового повторителя.

Предлагаю обратить внимание на схему,  находящуюся внутри электретного микрофона. См. Рисунок 3, это мой  «художественный» перевод рисунка самого Зигфрида Линквитца (Siegfried Linkwitz).  Здесь, внутри микрофонного капсюля, конденсатор, подключённый к затвору полевого транзистора и корпусу микрофона и сам ПТ, у которого затвор – к конденсатору микрофона, исток – на корпус, а сток – на отдельный контакт. Туда, на сток, мы, через резистор, подаём питание и снимаем сигнал. Если посмотреть на контакты электретного микрофона, очень просто понять – куда питание, а куда «землю» - этот контакт (исток ПТ), соединён дорожкой фольги с корпусом микрофона. Так ПТ включён для максимального усиления сигнала, снимаемого со стоковой нагрузки. Но при этом и нелинейность усиливаемого сигнала наибольшая (исток замкнут на землю, без местной ООС).

 

С учётом того, что мы собираемся использовать за микрофоном, усилитель предназначенный для измерений, пусть и радиолюбительских, можно уменьшить искажения, вносимые микрофонным капсюлем, включив находящийся в нём ПТ по схеме истокового повторителя, со всеми преимуществами такового при работе с высокоомным, ёмкостным источником сигнала (конденсаторный микрофон). Для включения ПТ в составе электретного микрофона, в качестве истокового повторителя, достаточно разрезать дорожку, соединяющую одну из контактных площадок и корпус микрофона, запаяв вместо этой перемычки, резистор 5 – 10КОм я, (по примеру Ликвитца) использовал 10 КОм – см. Рисунок 4). Теперь, как и раньше, питание на микрофон мы подаём через «плюсовой» контакт, корпус заземляем – это «масса», а сигнал снимаем с «горячего» вывода истокового резистора. Корпус электретного микрофона – алюминиевый – паяется плохо. Можно паять под вазелином: намазать место пайки вазелином, густо, ножом, сквозь вазелин, чтобы воздух не поступал, зачистить место пайки от окисной плёнки, дальше лудить, «втирая» припой в алюминий. Однако, если есть возможность закрепить «массу» механически, с помощью, например, металлического хомута – лучше сделать так – меньше риска перегреть микрофон. Входное сопротивление МУ, по схеме на Рисунке 3, около 200 КОм, хорошо согласуется с истоковым повторителем микрофона. Выход низкоомный, за счёт ЭП - хорошо согласуется со входом осциллографа или звуковой карты. Резистором в обратной связи (1,8Мом*), устанавливают половину напряжения питания на эмиттере второго транзистора.

Простой микрофонный усилитель для электретного микрофона, включённого истоковым повторителем.

 

Рисунок 4. Простой микрофонный усилитель для электретного микрофона, включённого истоковым повторителем.

Первый транзистор хорошо взять малошумящим и с усилением побольше. Второй тоже можно поставить такой же – КТ3102Е или КТ342А или их зарубежные аналоги.  КТ315 с буквами Б и Г , тоже можно использовать.

Питание от батарейки 9В. Подойдут три литиевых элемента от компьютера.

 

Корпус микрофона тщательно экранируется, сам капсюль выносится вперёд, сантиметров на 20, при помощи тонкой металлической трубки или трубки скатанной из алюминиевой фольги на бумажной основе или без таковой. Хобот этот делается для того, чтобы звуковые сигналы, отражённые от корпуса усилителя, меньше залетали в микрофон, искажая результаты измерений.

 

 

Микрофоны

 

Одностраничная листовка с характеристиками и рисунками некоторых микрофонов. Сравните, для интереса, характеристики широко распространённого отечественного микрофона МЭК-3 и японского WM-62А. :-)

 

Микрофоны JL_World

 

Ещё одна листовка, на этот раз, посвящённая электретным микрофонам от компании JL World. Теперь сравните упомянутый ранее электретный микрофон WM-62А и микрофон  HMO0603A. Электретный микрофон HMO0603A стоит в Петербурге в пределах 50 рублей, и вполне подходит для нужд радиолюбительских акустических измерений.

 

Типовая схема включения и АЧХ электретного микрофона hmo0603a-64 от JL World

Рисунок 5. Типовая схема включения и АЧХ электретного микрофона hmo0603a-64 от JL World

 

На рисунке 5 (Микрофон_hmo0603a-64) приведена типовая схема включения электретного микрофона HMO0603A, и что может очень пригодиться – его АЧХ. Даже на основе этого простого графика, можно составить таблицу (файл с именем *.txt) компенсирующих поправок (калибровочных коэффициентов). Этот файл загружается, например в программу ARTA LIMP и используется ею для повышения точности измерений с микрофоном Процедура создания файла поправок описана в этом мануале ARTA, на странице 20).

 

Кроме предложенного Линквицем, для измерений характеристик АС, электретного микрофона Panasonic WM-60AT или WM-61, или похожего аналога MCE 2000, ценой, примерно, 15 USD, можно попробовать использовать компьютерный микрофон Genius, продающийся в «хозмаге» за 70 рублей. Положительные опыты его применения отмечались некоторыми радиолюбителями, но тип используемого микрофонного капсюля указан не был. Тем не менее, АЧХ подобного микрофона гораздо линейнее чем АЧХ широкополосного динамика, отдельно или в акустическом оформлении, а значит, если Вам удастся, с помощью настройки и подбора деталей / размеров АС, выровнять АЧХ по электретному микрофону, это можно считать серьёзным успехом.

 

 

Напольная акустическая система.

Содержательная статья неизвестного автора, описывающая последовательность достаточно здравых умозаключений и практических рекомендаций по части конструирования акустической системы. Автор щедр на отсылки к первоисточникам, формировавшим ход его мыслей, но в то же время достаточно самокритичен и не претендует на абсолютную правоту. В статье описана разработка напольной АС с широкополосным динамиком. Рассмотрен ряд кандидатов - 10ГДШ-2, 25ГДШ-12Д, 10ГДШ-1 – они же - 10ГД-36К, а так же Fostex F208 и Visaton BG 20. По некоторым отечественным динамикам даны результаты измерения Т-С параметров, до и после доработок, призванных снизить резонансную частоту и добротность (прорезание отверстий в центрирующей шайбе по совету Эфрусси - здесь, на стр. 35 -  и ПАС по Шорову). В результате опытов и расчётов, у автора получилась АС ФИ, размерами 140х28х28 см, с динамиком   Visaton BG 20, включённым через цепь, корректирующую АЧХ динамика на СЧ.

Настройка фазоинверторов.

Здесь перепечатка статьи из журнала РАДИО 8-86, с.51-52. На первый взгляд ничего интересного – один, «канонический» двугорбый график АЧХ АС с ФИ и несколько формул. Однако, при осмысленном прочтении, Вы наверняка обратите внимание, на разбор «тяжёлого случая» - когда полная добротность громкоговорителя в АС больше единицы и по всем признакам такая АС будет «бубнить» на НЧ, безотносительно частоты настройки ФИ. Вот тут и помогают приведённые в статье формулы.  Показано, как рассчитать параметры настройки усилителя с отрицательным выходным сопротивлением, исходя из желаемого коэффициента демпфирования (уменьшения добротности АС). Подобный подход к настройке УМ с комбинированной ОС ПОСТ+ ООСН я описывал выше. Здесь – то же самое, только другими словами, по отличным исходным данным. Может быть, кому-то такое изложение будет более понятно.

Пожалуйста, обратите внимание на список литературы в конце статьи. Сюда же я хочу добавить цикл статей А.Фрунзе «О повышении качества звучания АС», публиковавшихся в журнале Радио с девятого по двенадцатый номера 1992 года. Посмотрите два последних номера в этом цикле – ещё раз «разжёван» принцип построения УМ с отрицательным выходным сопротивлением и переведена методика расчета ТС параметров.

 

Об искажениях частотных характеристик малогабаритных акустических систем и «глубоких басах».

Очень мудрая статья Игоря Алексеева, опубликованная в журнале РадиоХобби в мае 2000м года. Важно, что автор подробно рассматривает не только извлечение «глубоких басов» из малогабаритной АС, но и другие вопросы, связанные с неискажённым звуковоспроизведением в комплексе УМ + АС.

Вот, кратко, рассмотренные в статье вопросы.

  • Выбор динамических головок для малогабаритных АС.
  • Выбор акустического оформления АС
  • Выбор типа и размеров корпуса АС
  • Особенности конструкции фазоинверторов
  • Дифракционные волны и качество звучания АС.
  • Коррекция АЧХ по Линквицу
  • Определение добротности АС с помощью электретного микрофона

 

 

 

Панель акустического сопротивления.

Она же ПАС – эффективное средство снижения добротности низкочастотного динамика, позволяющее, в ряде случаев, устранить призвуки типа «бубнение». Если Вам достались автомобильные широкополосные динамики, которые хочется установить в домашнюю, «полочную» АС, применение панели акустического сопротивления, наверняка поможет значительно улучшить звучание этой АС на НЧ. Чувствительность динамика при этом упадёт, но для современных усилителей, как правило, свойственен избыток мощности, что компенсирует незначительную потерю чувствительности, при прочих, значительных, преимуществах. Если Вы не являетесь умудрённым опытом конструктором АС с ПАС, возможно, Вам будут полезны следующие материалы по теме.

  • «Акустическое демпфирование громкоговорителей» В. Шоров, И. Храбан, журнал Радио, апрель 1969г. стр.27 – 28.
  • «Повышение качества звучания громкоговорителей» В. Шоров, П. Попов журнал Радио, июнь 1983 г. стр.50 – 53
  • Статья Сергея Зотова, посвящённая теории и практике применения ПАС

 

 

Пищалки (практика применения).

Подборка статей Железного Шихмана по вопросам применения ВЧ громкоговорителей (пищалок) в АС. В начале этого раздела я без шуток предлагал каждому, кто задумывается о колонкостроении, проверить свой слух. Так если вы слышите звуки в диапазоне от 12 КГц и выше, знание особенностей применения в АС высокочастотных динамиков, Вам очень поможет.

 

 

Расчёт АС по Клячину, измерение ТС параметров по Шихману (Стр 33- 36), расчёт АС – корпуса и фильтры, заполнение ящиков. Подборка статей, общим объёмом 6 МБ. Полезные (у Клячина иногда мудрёные) советы по различным вопросам конструирования АС. Особо обращаю Ваше внимание на классическую методику измерения ТС параметров в изложении Железного Шихмана. На его сайте, сейчас, есть только заголовок статьи, а сама она не загружается. До своего знакомства с программой ARTA LIMP, я измерял ТС параметры именно по этой «Шихмановской» методике. Потом, оказалось, что результаты ручных измерений совпадают с компьютерными.

 

Теория и практика фазоинвертора.

Подборка статей по вопросам конструирования АС с ФИ, включая одноимённую статью итальянского специалиста – акустика Жан-Пьеро МАТАРАЦЦО. Интересно, что по мотивам и с сиспользованием формул и теоретических обоснований, изложенных в статье, была написана программа Bassport, автоматизирующая вычисления для фазоинверторов и туннелей разного размера и формы.

 

Саб в Афтомобиле – подробная (12 страниц) теоретическая статья Андрея Елютина, посвящённая вопросам проектирования сабвуфера для автомобиля. Статья так же очень полезна в части понимания особенностей излучения низкочастотного сигнала динамической головкой, что может пригодиться при изготовлении домашнего сабвуфера или АС с общим НЧ каналом.

 

 

Сабвуфер от и до

Вот ещё пара интересных, подробных, научно – практических статей, посвящённых вопросам разработки, компьютерного анализа и построения сабвуфера для домашнего использования на основе динамика 75ГДН-1. Ещё раз, двумя авторами, изложенв приёмы измерения параметров динамиков Тилле – Смолла, и подчёркнуто, что крайне ошибочно брать ТС параметры для имеющихся динамиков, где то, хоть в паспорте, приложенном к динамику.

 

Фильтры в АС

Это статья из журнала Автозвук, так же теперь недоступная по старому адресу. В статье, подробно рассмотрены вопросы выбора и расчёта параметров фильтров многополосных АС и их сопряжения с усилителями и динамиками (помните про цепи Цобеля?).

 

 

Любительские громкоговорители С. Бать

Полезная книга 2002 года выпуска, включающая описания 9 различных, самодельных, АС, выполненных с применением импортных динамиков. Если у Вас таковых динамиков нет и Вы не собираетесь их приобретать, книгу, частично, можно использовать как наставление по самостоятельному изготовлению акустических систем. Многие советы окажутся полезными тем, кто не считает себя профессионалом «колонкостроения».

 

Малогабаритный двухполосный громкоговоритель – шестистраничная статья А. Петрова, опубликованная в журнале Радиолюбитель №12 2001 и №1 2002. В отличие от упомянутых выше, конструкций АС С.Батя, выполненных на высококачественных импортных динамиках, С. Петорв предлагает другой подход. Используя самодельный корпус – фазоинвертор, «каплевидной» формы, и широкий набор комбинаций пар НЧ и ВЧ динамиков, производства стран СНГ, автор изготовил АС с достаточно высокими техническими характеристиками. В статье подробно рассказано как стыковать НЧ и ВЧ динамики с учётом их мощности и звукового давления, как рассчитывать корпус АС и параметры трубы – фазоинвертора, как изготовить криволинейные стенки АС, как проверять фазовые и импульсные характеристики АС, прямоугольным сигналом. Подобные тесты АС - меандром -  широко использовал О. Салтыков при проверке АС, о которых я рассказывал выше (Статья О. Салтыкова и А. Сырицо «Звуковоспроизводящий комплекс»).

 

Согласование головок АС по звуковому давлению. Статья Г. Карасёва из журнала Радио сентябрь 2001г. стр. 10, 11.  Очень важная, для понимания взаимодействия динамиков в АС, статья. Здесь, так же как в статье А. Петрова про Малогабаритный двухполосный громкоговоритель, рассмотрены вопросы балансировки мощности подводимой к динамикам АС,  с оглядкой на их, динамиков, чуствительность. Так же, обратите внимание на таблицу 2, в статье. Там указаны отношения мощностей и частот разделения воспроизводимых полос для более и менее высокочастотных головок в АС.

 

 

«Там где живут Басы».

Интервью Ирины Алдошиной журналу Аудиомагазин. 1999 год.

“Mast Have” для начинающих колонкостроителей и всех других, кто подозревает, что не всё знает про работу динамиков в акустическом оформлении.

 

 

 

 

 


Обновлено 31.10.2017 21:25
 

Комментарии  

 
# Administrator 26.08.2016 15:14
Проверка модуля учёта комментариев из раздела "Акустические системы".
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить