На протяжении уже многих десятилетий главным вопросом при конструировании АС остаётся вопрос — как получить хорошее воспроизведение басов, не слишком увеличивая размеры АС и не используя очень дорогих головок? Под хорошим воспроизведением имеют в виду низкую граничную частоту, высокую отдачу и отсутствие «бубнения», т.е. низкую добротность основного резонанса. В статье изложен вариант решения этого вопроса, хотя ничего принципиально нового не изобретено, просто по-новому расставлены акценты. Использованные технические решения описаны в книге Алдошиной И.А. и Войшвилло А.Г. «Высококачественные акустические системы и излучатели».
Упомянутая здесь требуемая низкая добротность основного резонанса громкоговорителя сразу же исключает такие типы акустического оформления, как фазоинвертор и другие варианты акустических резонаторов. Такие типы оформления, как рупор и трансмиссионная линия, не будем рассматривать ввиду их плохой предсказуемости, сложности расчёта, да и немалых размеров. Остаётся простое решение — закрытый ящик. Принято считать, что оптимальная добротность основного низкочастотного резонанса закрытого ящика составляет 0,707, хотя кое-где и были высказаны мнения, что для высококачественного звуковоспроизведения величина добротности не должна превышать 0,5. Действительно, из курса физики известно, что передаточные характеристики RLC-звена при добротности менее 0,5 становятся апериодическими.
На рис. 1 изображены теоретические зависимости акустического давления от частоты для динамической головки, работающей в поршневом режиме в оформлении типа закрытый ящик.
Кривая 1 АЧХ соответствует добротности, равной 0,5; кривая 2 — 0,707; кривая 3 — 1. АЧХ громкоговорителя (кривая 1) можно скорректировать в усилителе с помощью простой RC-цепи первого порядка, например, так, как показано на рис. 2: кривая 1 — характеристика громкоговорителя при добротности 0,5, кривая 2 — АЧХ корректирующего звена в усилителе, кривая 3 — результирующая АЧХ по звуковому давлению.
Из рисунка видно, что таким образом можно не только выпрямить АЧХ, но и понизить граничную частоту. Например, по сравнению с кривой 2 на рис. 1 граничная частота снижается почти на 1/2 октавы. Фазово-частотные характеристики тоже сдвигаются влево. Напротив, характеристики 2 и 3 на рис. 1 невозможно улучшить без применения резонансных цепей.
Понятно, что предлагаемый путь не всегда приемлем, так как эти громкоговорители можно будет использовать только с конкретным усилителем, но практика уже показала неоспоримые преимущества этого метода в качестве воспроизведения музыкальных сигналов басового регистра.
Обычно НЧ головки, предназначенные для закрытого акустического оформления, имеют высокую добротность (Qts>0,5). Для получения добротности основного резонанса громкоговорителя не более 0,5 такие головки вряд ли применимы; в этом случае уместно применение головок с Qts=0,3-0,37, которые обычно предназначены для фазоинверторов. Акустическое оформление тоже должно быть не совсем обычным — оно должно хорошо демпфировать как основной НЧ резонанс, так и более высокочастотные.
Практическое исполнение «низкодобротного» закрытого ящика показано на рис. 3. Внутри прямоугольного корпуса установлены перегородки так, что внутренний объем представляет собой сложенный канал «лабиринт” с уменьшающимся по экспоненте сечением. Кроме того, перегородки снижают вибрацию стенок. Весь внутренний объем заполнен синтепоном с плотностью 10-11 г/дм3. Глубина коррекции в усилителе должна быть не более 6-10 дБ.
Теперь немного о разделительных фильтрах (кроссоверах) и выборе числа полос в громкоговорителе. Современные динамические головки вполне позволяют обойтись двумя полосами. Головки НЧ—СЧ с композитными диффузорами на основе волокон с высоким модулем упругости имеют гладкие АЧХ, вплоть до частот 2500-3000 Гц. А хорошие головки ВЧ могут работать, начиная с частоты 1000-1500 Гц. Поэтому вполне применима частота раздела 2000 Гц. Иногда встречаются громкоговорители с частотой раздела между СЧ и ВЧ даже 1000 Гц (например, в AC «Chario Constellation Pegasus»). Ведь чем ниже частота раздела, тем лучше получается диаграмма направленности в вертикальной плоскости.
Конструирование разделительных фильтров очень подробно описано в современной литературе, например, в упомянутой ранее книге. Только мало кто обращает внимание на то замечание, что фильтр работает правильно лишь в случае, когда он нагружен на активную и не зависящую от частоты нагрузку. Следовательно, совершенно необходимо параллельно головкам подключать компенсационные цепи, с расчётом которых можно ознакомиться в той же литературе. В случае двухполосной АС с частотой раздела около 2000 Гц для головки ВЧ необходима полная компенсационная цепь, а для головки НЧ нужна цепь, компенсирующая только индуктивность катушки на высоких частотах.
В качестве примера на рис. 4 показана схема разделительных фильтров с компенсационными цепями для громкоговорителя, чертёж которого показан на рис. 3. Здесь также приведены типы и характеристики применённых головок.
Головка НЧ-СЧ — Tonsil GTS-20/60 с четырёхслойным диффузором на основе номекса:
- сопротивление постоянному току: 6,6 Ом
- уровень чувствительности при напряжении 2,83 В: 91 дБ/м
- резонансная частота: 40 Гц
- полная добротность: 0,33
- электрическая добротность: 0,38
- механическая добротность: 2,5
- эквивалентный объем: 26 дм3
- диаметр диффузородержателя: 207 мм
- вес:1,8 кг.
ВЧ головка — SEAS Н831:
- рекомендуемый диапазон частот: 2000 – 25000 Гц
- номинальный импеданс: 6 Ом
- уровень чувствительности при напряжении 2,45 В: 92 дБ/м
- сопротивление постоянному току: 4,8 Ом
- резонансная частота: 1050 Гц
- диаметр диффузора: 27 мм.
Несмотря на то, что применены фильтры третьего порядка, головки включены синфазно; с учётом реальных АЧХ головок частотные характеристики излучения в полосах соответствуют четвёртому — пятому порядку.
В результате получены следующие характеристики громкоговорителя:
- электрическая добротность основного НЧ резонанса с учётом выходного сопротивления усилителя 2,4 Ом: 0,7 – 0,74
- механическая добротность: 1,3 – 1,5
- полная добротность: 0,45 – 0,5
- резонансная частота: 50 – 52 Гц
- уровень чувствительности при напряжении 2,83 В: 90 дБ/м.
С учётом корректирующей цепи, установленной в усилителе, нижняя воспроизводимая частота составляет 32-35 Гц (спад АЧХ — 4,5 дБ, сдвиг фазы — 90°). В комнате площадью 15 м2, где установлена АС из двух таких громкоговорителей, хорошо прослушиваются тональные сигналы с частотами, начиная с 25 Гц, причём звучание в басовом регистре «не затянуто». Частотная характеристика модуля полного электрического сопротивления этих громкоговорителей относительно стабильна, за исключением основного НЧ резонанса, отклонение сопротивления от 8 Ом не превышает ±10 %.
Автор проекта: Иванов А., г. Иваново
Обычно из лабиринта есть выход.) Здесь – ЗЯ интересной конструкции. Думаю, что такая заполненная линия даст интересный звук, не убить бы его усилителем с выходными “2.4 Ом” сопротивления.
Я тоже не понял, зачем лабиринт если он закрыт. Чем будет отличатся звук этой конструкции от простого ЗЯ без лабиринта?
Рассеивание стоячих волн?
Это не ЗЯ! Хотя конструктивно ящик действительно закрытый. Это TL или по другому ЧВР. “Фишка” этой системы в том, что ЧВР настроена на резонансную частоту динамика и на этой частоте она прекрасно его демпфирует, в тоже время нижняя воспроизводимая частота НЕ повышается как в случае ЗЯ.
Аналогичная система, закрытая с сужением TL применена в знаменитых “Наутилусах”, только там она скручена в спиральку))
Труба, закрытая с одного конца, – это полуволновой резонатор, в отличие от открытой, где резонанс четвертьволновой. Попробуйте свиснуть в открытую и закрытую трубку, разница резонанса – октава.
В данной конструкции труба имеет сужающийся профиль, это дополнительно снижает резонанс (относительно трубы постоянного сечения) и добротность, что и подтверждается автором в статье.