Улучшение головок громкоговорителей (Попов П. и Шоров В.)

Важнейшей частью динамической головки громкоговорителя является, как известно, диффузор. Он определяет такие ее параметры, как диапазон воспроизводимых частот, неравномерность АЧХ, коэффициенты нелинейных, интермодуляционных и так называемых параметрических искажений (Эти искажения обусловлены возникновением в излучаемом звуке составляющих, частоты которых в целое число раз меньше частоты сигнала (субгармонические колебания)). От его свойств зависит и тембровая окраска воспроизводимого сигнала. В то же время диффузоры массовых головок громкоговорителей, изготавливаемые из целлюлозной массы вместе с верхним подвесом и воротником (плоская часть, приклеиваемая к диффузородержателю), считаются наиболее простыми и самыми недорогими элементами головок, требующими в производстве наименьших трудозатрат. Такой подход приводит к тому, что диффузоры зачастую оказываются неспособными выполнять свои функции на уровне требований. предъявляемых в настоящее время к акустической аппаратуре. Таким образом, проблема улучшения этого элемента головок сейчас весьма актуальна.

Прежде чем предложить радиолюбителям способ улучшения диффузоров, рассмотрим вкратце особенности их работы.

На низших частотах диффузор ведет себя как колеблющийся поршень. АЧХ головки с оптимально сконструированным диффузором имеет в этой области гладкую форму. На средних частотах скорость изменения фазы сигнала в звуковой катушке превышает скорость распространения механического возбуждения в материале диффузора. Последний уже нельзя рассматривать как колеблющийся поршень, поскольку не все его участки колеблются в фазе с подводимым к катушке сигналом. Однако затухание колебаний в материале диффузора на этих частотах еще недостаточно велико и, достигая диффузородержателя, они отражаются от него и распространяются в обратном направлении. Из-за взаимодействия прямых и отраженных колебаний на диффузоре образуются участки с интенсивным противофазным излучением — стоячие волны (такой режим возбуждения называется парциальным). В результате на АЧХ головки возникают значительные нерегулярности (пики и провалы), размах которых у плохо сконструированного диффузора достигает десятка децибел.

На высших частотах затухание механических колебаний в материале диффузора возрастает, и вследствие ослабления отраженной от диффузородержателя составляющей стоячие волны на диффузоре не образуются. Неравномерность АЧХ в этом участке диапазона определяется как свойствами материала диффузора, так и формой его образующей.

Нелинейные искажения головок на низших частотах (в области частоты основного резонанса) являются, как известно, следствием нелинейности подвеса диффузора и неравномерности магнитного поля на краях воздушного зазора, в котором перемещается звуковая катушка. На средних и высших частотах амплитуда смещения звуковой катушки очень мала (десятые доли миллиметра), и нелинейные искажения обусловлены здесь другими причинами. Одна из них — токи Фуко, возникающие в деталях магнитопровода (керне и верхнем фланце) во время работы головки, которые, в свою очередь, наводят ЭДС в звуковой катушке. Для борьбы с токами Фуко стремятся уменьшить электропроводность деталей магнитопровода, примыкающих к звуковой катушке.

Два других вида искажений, строго говоря, нельзя называть нелинейными, однако при существующей методике их измерения, когда учитывается лишь напряжение гармоник, они рассматриваются как нелинейные. Первый из них связан с возбуждением в материале диффузора так называемого “структурного призвука”. Он возникает из-за недостаточного демпфирования материала как отклик на поступающее от звуковой катушки механическое возбуждение и придает звучанию головки громкоговорителя характерную тембровую окраску. Второй вид искажений обусловлен образованием на поверхности диффузора участков, способных при наличии стоячих волн (природа их была рассмотрена выше) излучать сигналы на собственных частотах.

Приведенный анализ особенностей работы диффузора показывает, что для повышения качества звучания головок громкоговорителей необходимо стремиться к снижению интенсивности колебаний, отраженных от диффузородержателя. С этой целью диффузоры высококачественных головок выполняют обычно с подклеенным верхним подвесом, изготовленным из материала с большим показателем затухания механических колебаний. Такие головки, однако, более дороги и нетехнологичны в производстве. В то же время улучшить работу диффузора можно и без применения подклеенного подвеса.

Под руководством профессора М. А. Сапожкова в Московском электротехническом институте связи была проведена работа по улучшению параметров массовых головок громкоговорителей, в результате которой был найден способ повышения демпфирующих свойств их диффузоров с помощью вибропоглощающих мастик и покрытий. Применительно к головкам они должны удовлетворять определенным требованиям: обладать хорошей агдезией к материалу диффузора, не изменять своих свойств (хотя бы при комнатной температуре) в течение времени, сравнимого с продолжительностью эксплуатации головки и иметь консистенцию, при которой наносимый слой мастики не повышает частоту резонанса головки вследствие уменьшения гибкости подвеса диффузора.

Перечисленным требованиям в значительной мере удовлетворяет применяемая в строительстве незасыхающая консистентная мастика “Герлен” (ТУ400-1/413-78). Она представляет собой тестообразную массу, нанесенную слоем толщиной 4,5 и шириной 200 мм на парафинированную бумагу и защищенную с противоположной стороны синтетическим покрытием.

Перед работой мастику разводят в бензине до консистенции сметаны. Наносят ее в виде кольцевой полоски шириной 3…4 мм и толщиной от 0,5 (для головок мощностью до 4 Вт с легким тонким диффузором) до 1 мм (для более мощных излучателей) на часть верхнего гофрированного подвеса. У маломощных головок с подвесом, гофрированным в виде тангенциальных полосок, мастикой покрывают его периферийную (примыкающую к воротнику) половину. Сделать это можно. например, с помощью кисточки с тыльной стороны диффузора через окна диффузородержателя.

При доработке мощных головок с диффузором диаметром более 200 мм мастику можно и не растворять. В этом случае от ленты отрезают ножницами полоски указанной выше ширины и вклеивают их (удалив предварительно защитную бумагу) в первую (от звуковой катушки) впадину гофрированного подвеса.

После нанесения жидкой мастики головку необходимо выдержать в проветриваемом помещении в течение часа, помня, конечно. о соблюдении правил пожарной безопасности.

Пропитанный мастикой участок верхнего подвеса значительно изменяет свои механические свойства (резко возрастают потери на вязкое трение), благодаря чему усиливается поглощение механических колебаний и улучшаются демпфирующие свойства диффузора. Механические колебания при этом поглощаются дважды; и в прямом направлении (при распространении к диффузородержателю), и в обратном (от диффузородержателя). В результате исключается возможность образования на диффузоре участков с интенсивным противофазным излучением. Следствием улучшения режима работы диффузора является не только уменьшение неравномерности АЧХ головки громкоговорителя, но и снижение искажений, обусловленных парциальным возбуждением.

Об эффективности предлагаемого способа улучшения динамических головок можно судить по АЧХ (рис. 1—6), записанных в заглушенной звукомерной камере (АЧХ исходных головок изображены штриховой линией, доработанных — сплошной; акустическое оформление во всех случаях — закрытый ящик, заполненный звукопоглощающим материалом).

Улучшение головок громкоговорителей (Попов П. и Шоров В.)

Анализ приведенных характеристик показывает, что в результате доработки существенно улучшились АЧХ всех головок: снизилась их неравномерность, особенно на средних частотах рабочего диапазона, исчезли или уменьшились пики и провалы. Несколько особняком стоит головка 15ГД-10: после доработки, наряду с уменьшением неравномерности АЧХ на средних частотах, наблюдается ее увеличение на частотах 3…5 кГц. Объясняется это тем, что головка 15ГД-10 снабжена вклеенным в основной диффузор высокочастотным излучателем, колебания которого в указанной полосе частот взаимодействуют с колебаниями основного диффузора (оптимизированный применительно к недемпфированному диффузору, этот излучатель оказался не совсем подходящим для доработанного).

Помимо снятия АЧХ, у доработанных головок (3ГД-42, 4ГД-53 и 1ГД-50) были измерены коэффициенты гармоник в диапазоне 250…10000 Гц. Практически на всех частотах нелинейные искажения значительно уменьшились.

Важным достоинством предлагаемого способа улучшения параметров головок является сохранение их чувствительности, в то время как применение подклеенного подвеса, снижая радиальную жесткость подвижной системы головки, вынуждает разработчиков увеличивать ширину рабочего зазора, вследствие чего эта характеристика ухудшается.

Следует подчеркнуть, что отмеченное выше улучшение АЧХ и снижение искажений достигнуты при доработке готовых головок с уже оптимизированными при разработке диффузорами. Если же покрывать мастикой диффузоры (вернее, их подвес) в процессе изготовления и только потом оптимизировать их параметры, то можно предположить, что результаты будут еще выше.

В сочетании с дополнительным акустическим демпфированием среднечастотных головок, предлагаемый способ доработки диффузоров позволяет значительно улучшить качество звучания громкоговорителей на базе недорогих массовых головок.

Авторы работы: Попов П., Шоров В.

43 комментария: Улучшение головок громкоговорителей (Попов П. и Шоров В.)

  1. Евгений пишет:

    Добрый день!
    Как я понял герленом можно улучшить и 75гдн?или только сч динамики?

  2. Анатолий пишет:

    А где ныне достать герлен???

    • Андрей Кравцов пишет:

      автомобильная шумоизоляция. Чёрная смола это и есть герлен

      • Ёшкин Кот пишет:

        Смотрите, с битумом не перепутайте. :) Чёрным в герлене может быть только наполнитель. Бутилкаучук или полиизобутилен должны быть бесцветными светлыми или слегка желтоватыми.

  3. Анатолий пишет:

    В старину был герметик для герметизации панельного домостроения,а ныне шумоизоляция в авто ? Чем ныне её разбавить? Раньше пропитывали диффузор только прозрачной жижей…. Отстаивали.

    • Ёшкин Кот пишет:

      Правильно делали. Растворяется в углеводородных растворителях также, как и раньше.

      • Анатолий пишет:

        Ацетоном слабо ???? Боюсь,что настоящий герлен уже не тот,что в 70-е годы прошлого века!

  4. Александр пишет:

    Говорят такое подойдет.

    • АБ пишет:

      Мышиный клей это смесь изобутилена с полиизобутиленом.Но вполне туда могут домешать какой-то дряни.Состав очень неприятный,когда попадает на руки,ничем не отмыть или оттереть.

  5. Александр пишет:

    “Мышиный клей, подразведенный на 1/3 или ½ (в зависимости от необходимой густоты) растворителем «Бензин-галоша». Этот состав никогда не засыхает, остается липким и вязким и похож на ПС30. Им тоже можно пропитывать изнутри тканевые подвесы широкополосных динамиков, однако, ПС30 дает более музыкальный результат, если так можно выразиться. Подразведенный мышиный клей становится полезным в другом случае. Если среднечастотный или широкополосный динамик дребезжит или звучит с «микрофонным» эффектом, нанесение тонкого слоя мышиного клея способно устранить проблему. Пример действия этого состава подробно рассмотрен в статье про улучшение автомобильной акустики. ”
    https://vk.com/wall-155344895_8941?ysclid=l4p1z6mof9362704626

    • Федор пишет:

      Наилучшим материалом для вибропоглотителей является резина, у нее оптимальное соотношение между коэффициентом потерь и модулем упругости. Недаром на подводных лодках используется резиновое покрытие, снижающее вибрацию корпуса и уменьшающее отражение сонаров противника.
      Поэтому хорошим вариантом для вибропокрытия диффузоров является обычный резиновый клей. Который желательно растворять в бензине для исключения “соплей”. Для “мягких” материалов, типа бумаги, обычно достаточно одного слоя клея. Конечно, многое зависит от “оператора”, но, в целом, использование резинового клея дает очень неплохие результаты.
      Результат легко проверяется на слух. Пропадает “звонкость” звучания, которая связана с резонансами диффузора на частотах 2-8 кГц. При этом, высокочастотная составляющая сигнала практически не поглощается. Экспериментально проверено.
      Разведенный в бензине резиновый клей дает хорошие результаты

    • АБ пишет:

      Мышиный клей со временем расползается по диффузору жирным пятном, в отличие от полиизобутилена ПИБ. Разведенный в чистом бензине ПИБ напоминает яблочный кисель.

      • игорь пишет:

        Зачем изобретать велосипед, есть пропитка ВПС продаётся в НПК Диффузор, разработанная в ВНИИРПА, находится постоянно в аморфном состоянии имеет малый сухой остаток.

        • Федор пишет:

          Уважаемый Игорь. Во-первых, практически любой полимер находится в аморфном состоянии, но не в этом дело. Во-вторых, цель вибропоглощающего покрытия “отобрать” энергию колебаний у, в нашем случае, диафрагмы диффузора и перевести ее в тепло.
          Для этого нужно, чтобы 1) покрытие было жестким,т.е., чтобы динамический модуль упругости был сравним с динамическим модулем упругости материала диффузора. 2) покрытие должно иметь большой коэффициент поглощения колебаний.
          Кроме того, покрытие должно иметь минимальную массу, чтобы не вносить значительных изменений в характеристики динамика в целом.
          Следовательно, по п.1) всякие там незасыхающие (полужидкие) мастики не проходят по причине малого модуля динамической упругости. Т.е., энергию колебаний они будут “отсасывать” сравнительно немного. И для получения приемлемого результата вибропоглощения надо наносить довольно толстый слой мастики, что увеличит массу диффузора.
          Таким образом остаются только полимерные покрытия типа засыхающих клеев, имеющих большой коэффициент поглощения.

          • игорь пишет:

            Срок “жизни”должен быть 30 и более лет без химических и механических изменений мастики, если для подвеса то ВПС для этого и делали с нужным коэффициентом затухания ( на ВПС было получено авторское свидетельство) при застывании он не жидкий и имеет малый сухой остаток и не утяжеляет ни подвес ни диффузор, если для диффузоров то ВМЛ как у 100 ГДН-1, у ВМЛ коэффициент затухания 25 дцб. на фото диффузор 100 ГДН-3 покрыт ВПС.
            https://ldsound.info/100-gdn-1-8-vniirpa/

            • игорь пишет:

              100 ГДН-3 покрыт ВПС.

              • Федор пишет:

                А зачем для 100 ГДН, который работает до 500 Гц нужна мастика? Так похабно сделан диффузор?

                • игорь пишет:

                  Это двух полоска, завод “Красный луч”. Оригинальный 100 ГДН-3 звучал до 5000Гц.

            • Федор пишет:

              Правильно, другой вариант покрытия. Для подвеса незасыхающая мастика хорошо подходит, так как слабо влияет на упругие свойства подвеса. Для диффузора лучше жесткие (по сравнению с полужидкими) мастики по причинам, которые были указаны ранее. А уж как он там будет называться неважно.
              Резиновый клей – просто как доступный для большинства вариант. По крайней мере, мои коллеги с этого форума применяли это покрытие (резиновый клей) и остались довольны. Частота практически не менялась, а резонансы диффузора убирались.
              Кстати, простой опыт. После покрытия диффузора ВПМ у ШП пропадает “звонкость”, т.е., резонансы на 2-8 кГц. В то время как частотная характеристика на верхних частотах не меняется.

              • игорь пишет:

                А моды на диффузоре проверяли?

                • Федор пишет:

                  Снимали АЧХ динамика. Коля рассказывал, что пробовали покрывать разные участки поверхности диффузора. Но самым эффективным оказалось нанесение покрытия на ВЕСЬ диффузор, причем изнутри.

  6. Федор пишет:

    Исследования показали, что для мягких покрытий хорошо подходят каучукоподобные материалы. Не обязательно резиноподобные. Например резиновый клей, который выполняется не только из натурального каучука. Резина и резиноподобные материалы имеют самый большой коэффициент поглощения. Поэтому применение резинового клея является оправданным. КРОМЕ ТОГО, резиновый клей доступен и безопасен, что важно. И требуется его сравнительно немного.

    • игорь пишет:

      У клея большой сухой остаток, он “тяжелый”, по ВПС и ВМЛ была проведена научная работа и измерения, эти материалы со временем не меняют своих свойств, а разговор про “крысиный клей” это не о чём.

      • Федор пишет:

        По резиноподобным материалам также была проведена НИР. Не мной, а Николаем Молоковым. Он подбирал состав для покрытия динамиков 4ГД53. Он отказался от пропиток вследствие их малой эффективности для снижения вредной вибрации диффузора и остановился на ВПМ, нанесенным НА ПОВЕРХНОСТЬ диффузора и не влияющим на структуру материала диффузора.

    • АБ пишет:

      А еще по совету из старого журнала узнал,что клеить бумажные рисунки или фотографии лучше всего именно резиновым клеем, ничего не растворяет,ни чернил ни ручек,клеит чисто без пятен и неровностей.При случае можно бензином отмочить бесследно.

      • Федор пишет:

        То есть, он не вступает в химический контакт с целлюлозой динамика.

        • АБ пишет:

          Он на бензине,который не портит красителей и чернила.И бумагу тоже.

          • Аудиостроитель пишет:

            Добавлю. В Академии наук резиновым клеем подклеивали правки в диссертациях и т.п. Следов он действительно не оставляет.

            • АБ пишет:

              А еще свойство резинового клея, избыток, выдавленный из-под наклеенной картинки,скатывается пальцем в шарик, без вреда для общей картины.

              • Федор пишет:

                Резиновый клей – это один из вариантов. Мой знакомый пробовал какой-то герметик (я надеюсь, что не сантехнический) и тоже было улучшение АЧХ. Наверное можно и другое из этой кучи полимеров предложить. Пробовать надо. И понимать, хотя бы в общих чертах, что делаешь. А то один товарисч нанес 3 (!) слоя на диффузор.. И чтой-то как бы не очень получилось.
                Говорят, что и яд змеи в гомеопатических дозах лечит!

  7. Федор пишет:

    Я пытался найти какие-нибудь сертификаты на сайте этой организации, но не нашел. Даже сертификата соответствия. То есть, невозможно понять есть ли ТУ на эту продукцию. Обычно, подобные документы публикуются на сайте.

    • игорь пишет:

      Я уже писал, ВПС разработана в ВНИИРПА , производил Пластполимер, её было изготовлено большое количество, в НПК Диффузор она еще с советских времён лежит, так же на завод Красный луч завезли много, и за всё это время она не утратила своих свойств, документация уничтожена в месте с институтом, можно попытаться на Пластполимере что то найти.

      • Федор пишет:

        Продукция лежит еще с советских времен? Технологии утрачены (вместе с документацией, по-видимому)? А как Вы можете определить свойства продукции, если Вы не знаете изначально какие они должны быть.

        • игорь пишет:

          А где же ваши “регалии” с подтверждением, Вы пишите с чьих то слов, не знаете какие параметры надо измерять и как их измерять и чем, и о каком опыте можно говорить если Вы не знаете свойств материалов котырые предлагаете, как они себя поведут со временем , у меня ВПС лежит 35 лет в том же состоянии, ещё раз напишу ( для непонятлевых) ВПС в “диффузоре”лежит с момента его выпуска, с 1985 года, было изготовлено большое количество, НПК Диффузор это бывшее диффузорное производство ВНИИРПА, сотрудники института его приватизировали в 90х, свойства “продукции”известны есть авторское свидетельство, а шаманизм это с вашей стороны,танцы с бубном и с клеем.

          • Федор пишет:

            Какие “регалии”, кто говорил про регалии? Это Вы размахивали несуществующим Авторским свидетельством (хорошо бы номер узнать, чтобы существо рассмотреть) и “профессионализмом”, ничем не подтвержденным, кстати. Несуществующим, потому что срок действия давно прошел (20 лет + 10 лет на дополнительное поддержание). Кроме того, вы не представили способ нанесения пропитки на диффузор. То есть, одни слова.
            Я, в отличие от Вас, представил теоретическое обоснование нанесения состава. Но Вы, видимо, не очень хорошо в этом разбираетесь, поскольку вместо разговора по существу, пытались “давить” понятным только Вам авторитетом “профессионалов”.

      • Владимир П. пишет:

        Авторское свидетельство на пропитку подвесов VPS хранится у автора, если он еще жив. Лично видел. Состав приводить не буду, Игорь наверняка знает, а другие, кому надо – испросите у Баринова. Очень доброжелательный, порядочный человек.

        Кстати. НПК Диффузор советский ВПС больше не продает, не знаю почему. Советский был желтый, а тот, что есть в продаже – прозрачный, белесый. Качество новодельного ужасное, плохо затыкает поры и коэффициент демпфирования хуже.

  8. Пётр пишет:

    Не верю я в резиновый клей!))

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.