Расчет и изготовление акустической системы

Категория Самодельная аудиотехника материалы в категории
Подкатегория Схемы и устройство акустических систем

Любительские усилители низкой частоты.
А.И. Хлупнов. 1979г

Качество всего звуковоспроизводящего комплекса во многом определяется параметрами звуковых колонок. Поэтому при самостоятельной сборке звуковых колонок необходимо ознакомится с методиками их расчета.

Определяющей величиной при выборе мощности и числа громкоговорителей является выходная мощность усилителя. Известно что один громкоговоритель не может качественно производить весь звуковой диапазон частот. Поэтому используют разделительные фильтры, с помощью которых осуществляется разбивка звукового диапазона на отдельные области, и для работы в каждой области используют отдельные громкоговорители.

В некоторых случаях такие фильтры устанавливают после предварительного усилителя, а оконечные (усилители мощности) обеспечивают усиление ограниченной зоны звуковых частот. в этом случае часто используют два усилителя: до 1000Гц — низкочастотный и выше 1000Гц — высокочастотный. Для стерео варианта такой звуковоспроизводящей системы необходимо четыре усилителя. Но из-за сложности полученной конструкции такие усилители не достаточно широко используются.

В радиолюбительской практике частот используют разделение звуковых частот за счет специальных схем включения головок. В зависимости от характеристики головок применяют двух-, трех-, четырехполосные системы. Наиболее распространенная это трех полосная система, в ней диапазон частот разделен на три участка: низкочастотный, среднечастотный и высокочастотный. Для НЧ схема фильтра обеспечивает диапазон до 500-1000Гц, среднечастотный от 300-400Гц до 7000-8000Гц, высокочастотный свыше 4000-5000Гц. Для НЧ фильтра рекомендуется низкочастотную границу устанавливать не выше 500Гц, а высокочастотную не ниже 5-8кГц.

В качестве разделительных фильтров обычно используют индуктивности (дроссели( и конденсаторы. На рисунке а-д показаны схемы соединения головок и элементов фильтра. Значение индуктивностей дросселей и емкостей конденсаторов фильтра зависят от полного сопротивления катушки головки на частоте 1000Гц. частоты раздела могут быть рассчитаны по формулам:

где f — частота раздела (Гц), Z гр — полное сопротивление громкоговорителя (Ом).

В таблице (показана ниже) приведены данные расчета для двух значений Z рг, равных 4 и 15 Ом (для схемы б) первого рисунка) . Здесь головки включены последовательно, и для блокировки НЧ высокочастотная головка шунтируется индуктивностью, низкочастотная емкостью.

На рисунке г) показано параллельное соединение головок. L1 препятствует проникновению ВЧ и СЧ к НЧ головке Гр1, а конденсаторы С1 С2 препятствуют прохождению НЧ к СЧ и ВЧ головкам.
Для долее четкого разделения областей частот используют более сложную схему, такую как показано на рисунке д).
Если в распоряжении у радиолюбителя нет мощной НЧ головки, то ее можно заменить двумя менее мощными. соединение таких головок можно осуществить последовательно или параллельно.
Качество звучания звуковой колонки зависит не только от качества головок и примененных в ней фильтров но и от размера корпуса, места расположения ее в помещении. Если размеры звуковой колонки не ограничены то при ее увеличении улучшается воспроизведение НЧ. Если есть ограничение в размере звуковой колонки, то необходимо максимально улучшить параметры воспроизведения НЧ. Для этого используют закрытые акустические системы (АС) , их наполняют поролоном или стекловатой, вводят панели акустического сопротивления, фазоинверторы, пассивные громкоговорители, а так же электродинамическую обратную связь.

Большое значение имеет место установки звуковых колонок.На рисунке 2 показаны частотные характеристики одного и того же громкоговорителя, снятые в заглушенной камере или на открытом воздухе (кривая 1), при расположении его у стены жилой комнаты (кривая 2) и в углу этой же комнаты (кривая 3). как видно из приведенных зависимостей только за счет изменения места положения громкоговорителя в комнате удается повысить уровень на 4-5 дБ в области НЧ.

При создании малогабаритных АС хороших результатов можно достичь только в случае установки специальных динамических головок, например 10ГД-30, 6ГД-6, 4ГД-8Е. Электрическая схема подключения такой АС показана на рисунке 3.

Сопротивление постоянному току такой АС составляет 8 Ом. включение двух однотипных головок с разными частотным резонансом (63 и 90 Гц) последовательно позволяет получить более равномерную частотную характеристику. В качестве СЧ использованы две головки 4ГД-8Е. Емкость конденсатора С1 рассчитывалась из условия обеспечения частоты среза 500Гц. Головка 3ГД-31 предназначена для воспроизведения только ВЧ (более 8 кГц), что определяется  емкостью конденсатора С2 (4,0мкФ). Внешние размеры звуковой колонки 580*370*230 мм. Стенки ее выполнены из многослойной фанеры толщиной 10 мм. На задней стенке (съемной) колонки выполнено 99 отверстий диаметром 13 мм, закрытым слоем материи (панель акустического сопротивления). Способ крепления отдельных элементов конструкции колонки показано на рисунке 4.

Для увеличения кликните по изображению (откроется в новом окне)

Громкоговорители закрепляют на передней панели, спереди устанавливают рамку с отверстиями напротив головок, обтянутую декоративной тканью. Стенки колонки фанируют под ценные породы дерева и затем покрывают лаком. Их так же можно обклеить декоративной пленкой.
Панель акустического сопротивления изготавливают так: к задней стенке прикрепляют шурупами фанеру, затем одновременно в них сверлятся отверстия. После этого фанеру снимают и все отверстия в задней стенке закрывают поролоном. Снова накидывают фанеру и постепенно закрепляют шурупами, при этом обеспечивается натяжение поролона, находящегося между ними. Применение панели акустического сопротивления для звуковых колонок замкнутого типа позволяет избежать повышенного требования к качеству обработки внутренних поверхностей и не обклеивать внутренние стенки звукопоглощающим материалом.

Если не предъявлять высоких требований к качеству воспроизведения НЧ, то можно изготовить малогабаритные звуковые колонки, в которых установлены две динамические головки, соединенных последовательно. Размеры звуковой колонки 335*155*215 мм. Корпус ее выполнен из досок толщиной 12 мм, склеенных казеиновым клеем. Для соединения стенок между собой используют алюминиевые уголки. Особенность колонки в том, что внутри ее размещается перегородка, имеющая два отверстия диаметром 15 мм, в которую вставлены отрезки алюминиевых трубок длиной 40 мм. В центре перегородки выполнено возможно большее кол-во отверстий диаметром 1,0мм на площади 4 см². Эта перегородка определяет объем за головками. Пространство между головками и перегородкой заполнено стекловатой. Два замкнутых объема воздуха, находящиеся позади головок и настроенные на разные частоты (это достигается передвижением перегородки), создают для диффузоров хорошую нагрузку  на НЧ. Оптимальное положение перегородки находится экспериментально по наилучшему звучанию при прослушивании как различных музыкальных программ, так и НЧ сигналов от звукового генератора. Для передвижения перегородки установлены две шпильки, проходящие через заднюю стенку. После настройки выступающие части отрезают и эти места заливаются эпоксидным клеем для предотвращения их смещения. Внешнюю поверхность колонки фанируют и покрывают лаком. Диффузоры головок закрывают рамкой с отверстиями обтянутой декоративной тканью.

Особое внимание при сборке уделяется правильной фазировки громкоговорителей. До установки громкоговорителя в корпус необходимо провести маркировку его выводов. Для этого подключают батарейку (1,5В) и помечают краской тот вывод, который был соединен с положительным полюсом при движении диффузора внутрь.
Правильность включения ВЧ громкоговорителей проверяют при воспроизведении сигнала частотой 7-8кГц. На слух на этой частоте настройку производить нельзя, поэтому надо воспользоваться измерительным прибором. В простейшем случае на расстоянии 1-1,5 м от передней панели звуковой колонки устанавливаем микрофон, а к выходу микрофонного усилителя (магнитофон, звуковая карта ПК и др…) подключаем вольтметр переменного тока. По показаниям прибора определяем при каком подключении громкоговорителей будет наибольший сигнал. Это и будет фазное включение.

После настройки и окончательной сборки следует проверить работу колонки во всем звуковом диапазоне. Для этого на вход усилителя подается сигнал от звукового генератора, который обеспечивает номинальную мощность. при плавном изменении частоты прослушивают работу звуковых колонок. При появлении дребезга следует выяснить причину и устранить.