10 МАС-1 может звучать лучше

Несколько лет назад наша промышленность освоила производство компрессионных динамических головок 6ГД-6 и 10ГД-30 и на их базе начала выпуск малогабаритных двухполосных громкоговорителей 6АС-2 и 10МАС-1. Особенностью компрессионных головок является применение особо гибкого подвеса подвижной системы, что значительно снижает их собственную резонансную частоту. Для уменьшения нелинейных искажений на низких частотах звуковые катушки этих головок имеют большую, чем у обычных динамических головок, длину. Это позволяет увеличить рабочий ход диффузора и при сравнительно небольших размерах акустического оформления получить достаточное звуковое давление на низких частотах. Однако повышенная гибкость подвеса подвижной системы ограничивает область применения компрессионных головок: их нельзя использовать в каких-либо других, кроме закрытых, системах. Для акустического демпфирования колебаний подвижной системы на частотах, близких к резонансной, внутренний объем громкоговорителей закрытой системы заполняют звукопоглощающим материалом (ватой, поролоном и т. п.).

Недостатком малогабаритных громкоговорителей является значительное снижение эффективности (КПД) работы головок на низких частотах. Причина этого в том, что длина излучаемых ими звуковых волн оказывается намного больше линейных размеров громкоговорителя. Попытки улучшить воспроизведение низких частот соответствующим подъемом частотной характеристики усилителя НЧ обычно приводят к резкому увеличению нелинейных искажений даже при средней громкости, чем, по-видимому, и объясняются различные мнения среди любителей музыки о качестве звучания малогабаритных громкоговорителей. Это побудило авторов статьи испытать наиболее распространенные сейчас громкоговорители 10МАС-1 в заглушенной камере.

Частотная характеристика громкоговорителя по звуковому давлению изображена на рис. 1 штриховой линией. Как видно из рисунка уровень звукового давления на низких частотах (ниже 63 Гц) примерно на 10 дБ ниже, чем на средних (1000 Гц), поэтому, для получения сбалансированного (то есть одинакового) звукового давления во всем рабочем диапазоне, на низких частотах к громкоговорителю необходимо подводить мощность в десять раз большую, чем на средних и высоких частотах. А поскольку номинальная мощность громкоговорителя 10МАС-1 равна 10 Вт, то для нормального звуковоспроизведения электрическая мощность, подводимая к нему на средних и высоких частотах, не должна превышать 1 Вт (при 10 Вт на низких частотах).

Обращает на себя внимание значительная неравномерность частотной характеристики в диапазоне частот от 1200 до 4000 — 5000 Гц, что свидетельствует о частных резонансах диффузора головки 10ГД-30. А надо сказать, что к колебаниям частотой 1000 — 3000 Гц ухо наиболее чувствительно, поэтому желательно, чтобы частотная характеристика в этом диапазоне была равномерной. Это существенно улучшает субъективное ощущение повышения качества звучания.

Из характеристики видно также, что и на высоких частотах (выше 5000 Гц) ее неравномерность довольно велика (10 дБ), а общая неравномерность в рабочем диапазоне частот (63 – 18000 Гц) достигает 15 дБ. Все это свидетельствует о том, что заводу-изготовителю еще есть над чем поработать.

Поскольку форма частотной характеристики по звуковому давлению в области средних и высоких частот определяется конструкцией диффузора, было решено изменить акустическое оформление громкоговорителя, поставив цель повысить эффективность его работы на низких частотах за счет применения панели акустического сопротивления (далее в тексте — ПАС). Для этого из корпуса громкоговорителя вата была удалена, а в его задней стенке (рис. 2) просверлено 13 отверстий диаметром 24 мм, площадь которых составляет примерно 30% от площади диафрагмы головки 10ГД-30 (137 см²).

Такие же отверстия выпилены и в фанерной накладке толщиной 6 мм, закрепленной на задней стенке с помощью винтов и гаек М3 (для ясности, эта накладка изображена на рисунке с наружной стороны, на самом же деле она обращена внутрь корпуса громкоговорителя). Демпфирующей тканью служило туго натянутое простиранное льняное полотно, помещенное между накладкой и стенкой корпуса.

Частотная характеристика по звуковому давлению громкоговорителя с такой ПАС (сплошная линия на рис. 1) измерялась в условиях открытого пространства. Из сопоставления частотных характеристик до и после переделки видно, что неравномерность в области низких частот уменьшилась с 4 до 2 дБ, но главный выигрыш от введения ПАС — это увеличение звукового давления на этих частотах на 3—5 дБ. Другими словами, на громкоговоритель с такой частотной характеристикой можно подавать низкочастотные сигналы вдвое меньшей мощности или увеличить громкость звучания, не опасаясь появления заметных искажений.

Повышение звукового давления и некоторое (на 8 — 10 Гц) расширение рабочего диапазона в сторону низших частот объясняется возрастанием амплитуды колебаний подвижной системы головки 10ГД-30, что неизбежно связано с небольшим увеличением коэффициента нелинейных искажении (Кг). Результаты сравнительных испытаний громкоговорителей при номинальной мощности (10 ВА) приведены в таблице.

Из нее видно, что коэффициент Кг заметно увеличился лишь на самых низких частотах (на 63 Гц —  до 3,8%, на 30 Гц —  до 4,2%). Однако с этим можно мириться, так как нелинейные искажения на этих частотах малозаметны на слух (допускается Кг, равный 7%).

Для оценки демпфирующих свойств громкоговорителя с ПАС была снята зависимость полного входного сопротивления Z головки 10ГД-30 от частоты во всем рабочем диапазоне (рис. 3). Из сравнения кривых (штриховая линия соответствует громкоговорителю с ватой, сплошная —  с ПАС) следует, что при использовании ПАС колебания подвижной системы в области частот 40 —  70 Гц приобретают чисто апериодический характер, а это значит, что демпфирование подвижной системы и переходная характеристика головки улучшаются.

Определенный интерес представляют результаты субъективно-статистической экспертизы на предпочтительность звучания, организованной следующим. образом. Громкоговорители (один —  закрытого типа, другой —  с ПАС) были установлены у одной из стен помещения площадью 80 м2 на расстоянии 2,5 м друг от друга.

Музыкальная программа, состоящая из 10 отрывков различных по характеру произведений, воспроизводилась магнитофоном МЭЗ-62 и через усилитель мощности с линейной (горизонтальной) частотной характеристикой подавалась на один из испытываемых громкоговорителей. К экспертизе было привлечено десять специалистов различной квалификации, причем об изменениях в конструкции одного из громкоговорителей, они не знали. Эксперты должны были определить предпочтительность звучания того или другого громкоговорителя при воспроизведении каждого из десяти отрывков и сделать соответствующую пометку в специальной карточке. Всего таким образом было получено 100 экспертопоказаний.

Обработка результатов показала, что 74% экспертопоказаний были сделаны в пользу громкоговорителя 10МАС-1 с ПАС (согласно ГОСТ 11515—65 уверенно заметным считается 75% заметности). Можно предположить, что эксперты заметили более высокий уровень отдачи громкоговорителя с ПАС на низких частотах. Однако не подвергая сомнению правильности сказанного ранее, необходимо все же отметить, что особенности слухового восприятия не позволяют уверенно заметить одну лишь разницу в звуковом давлении 3— 5 дБ, да к тому же на низких частотах. Как показали исследования заметности искажений вещательного сигнала, проведенные в 1959 году под руководством проф. И.Е. Горона, крутой спад частотной характеристики в области низких частот на слух малозаметен и не может дать уверенной заметности.

Остается предположить, что введение панели акустического сопротивления, существенно улучшая демпфирование подвижной системы низкочастотной головки, повышает качество звучания на низких частотах за счет уменьшения интермодуляционных и переходных искажений.

Необходимо помнить, что громкоговоритель с ПАС нельзя ставить вплотную к стене: между ними должен оставаться зазор не менее 25 мм.

В. Шоров, С. Торбаев
Москва (журнал “Радио” №5, 1975 г.)