Зроби сам

Стаття з журналу "В помощь радиолюбителю" №56 1977р.

Гучномовці, використовувані в промисловій і аматорській апаратурі, у більшості випадків складаються з однієї або декількох динамічних голівок прямого випромінювання, встановлених в одному ящику з радіоелектронною частиною або в окремому ящику.

Загальний або окремий ящик, що утворює акустичне оформлення гучномовця, робить істотний вплив на відтворення нижчих звукових частот. У літературі описані різні види акустичного оформлення гучномовців (щити, відкриті і закриті ящики, фазоінвертори, лабіринти і т. п.), їх особливості і розрахунок. Нині, проте, можна вважати, що найбільше поширення отримали відкриті ящики, в яких акустична частина об'єднана з радіоелектронною.

Майже усі приймачі (окрім приймачів вищого класу), телевізори, радіоли, абонентські гучномовці н т. п. зібрані в таких ящиках. Менш поширені закриті ящики, вживані для оформлення гучномовців стереофонічної апаратури. Відкритий ящик зі встановленою в ньому  радіоелектронною апаратурою неможливо розрахувати з достатньою точністю. Рекомендується лише вибирати резонансну частоту ящика в 1,5-2 рази більше частоти основного резонансу голівки.

Тому представляється доцільним показати експериментально отримані залежності частотної характеристики гучномовця від конфігурації, розмірів і конструкції відкритих ящиків. Зовнішня форма ящика робить вплив на частотну характеристику гучномовця внаслідок ефекту дифракції (обгинання звуковою хвилею перешкоди). На мал. 1 приведені частотні характеристики однієї і тієї ж голівки, встановленої в ящиках однакового об'єму, але різної форми.

З цих характеристик видно, що, чим плавнішу форму має поверхня, прилегла до голівки, тим слабкіше виражений ефект дифракції і тим рівніше частотна характеристика гучномовця.

Мал. 1. Частотні характеристики голівки, встановленої в ящиках однакового об'єму, але різної форми (точкою позначено розміщення голівки).

Тому кращою формою поверхні виявився сфера (куля). Циліндрична або сферична форма акустичного оформлення придатна лише для закритих акустичних систем.   Промисловістю в даний час випускаються кульові акустичні системи 6АСШ-1.  Аматорська конструкція сферичного гучномовця була описана в Журналі " Радіо" 1969, № 12.

Вплив розміру відкритого ящика на відтворення нижчих частот показаний на мал. 2, де наводяться частотні характеристики голівки, що має діаметр 25 см і основний резонанс рухливої системи на частоті 30 Гц. Порівняння частотних характеристик показує, що зі зменшенням розміру ящика знижується віддача гучномовця на нижчих звукових частотах і в той же час росте перший резонансний пік частотної характеристики, який одночасно переміщається в область більш високих частот. Це явище вказує на резонансний характер впливу ящика на частотну характеристику.

Мал. 2 Вплив розміру відкритого ящика на відтворення нижчих частот.

1-для ящика 130х130х30 см; 2 – 65х65х20 см; 3 – 30х30х15.

Помітніше проявляється резонанс при збільшенні глибини ящика, що наочно підтверджується частотними характеристиками голівки, поміщеної в ящики різної  глибини (мал. 3).

Мал.3 Вплив глибини ящика на відтворення низших частот.

1 - 60х60х20 см; 2 - 60х60х40 см; 3 - 60х60х60 см.

Як видно з малюнку, крива 3, що відповідає найбільшій глибині ящика, має найбільший і гострий резонансний пік на частоті близько 110 Гц, що сприймається як неприємний звук, що гуде. Щоб такого небажаного піку не було, глибина ящика має бути не більша 1/8 довжини хвилі самої нижчої частоти робочого діапазону.

Вказані вище особливості формування частотної характеристики гучномовця з відкритим ящиком пояснюються інтерференцією, тобто взаємодією звукових хвиль, що приходять в місце прослуховування від передньої і задньої сторін дифузора і призводять до послаблення,  або посилення звуку залежно від співвідношення фаз. У закритому ящику такі інтерференційні явища виключаються. Проте пружність повітря, що знаходиться в закритому ящику, складається з пружністю рухливої системи голівки. В результаті підвищується основна резонансна частота гучномовця, а віддача на нижчих звукових частотах знижується.

Вплив закритої стінки на частотну характеристику гучномовця в області нижчих частот показують криві, приведені на мал. 4, на яких видно різкіше зниження віддачі гучномовця із закритою задньою стінкою на частотах нижче 100 Гц.

Мал. 4 Частотні характеристики гучномовця в ящику об’ємом 25 л.

                              1 – з відкритою задньою стінкою; 2 – з закритою.

Слід, проте, підкреслити, що правильний вибір розміру ящика гучномовця із закритою стінкою і застосування в ньому відповідного звукопоглинального матеріалу дозволяють значно ослабити зниження віддачі на нижчих звукових частотах і отримати добрі результати. Усі наведені вище частотні характеристики, що показують вплив зовнішнього оформлення на роботу гучномовців в області нижчих частот, вивчалися з голівками, що мають дуже низьку (20-30 Гц) основну резонансну частоту рухливої системи. Якщо ж частота нижча цієї, різко знижується віддача, підвищити яку неможливо ніякими акустичними екранами або ящиками.

Залежність частотної характеристики гучномовця в області нижчих частот від частоти основного резонансу рухливої системи голівки показана на мал. 5 і б-відповідно  для відкритого і закритого ящиків.

Мал. 5 Вплив основного (механічного)                            Мал. 6 Вплив основного (механічного)

резонансу рухливої системи головки                               резонансу рухливої системи головки

в відкритому ящику.                                                       в закритому ящику.

1- частота резонансу 150 Гц;                                           1- частота резонансу 150 Гц;

2 - частота резонансу 30 Гц.                                            2 - частота резонансу 30 Гц.

З приведених частотних характеристик видно, гучномовець з голівкою, основна резонансна частота якої у відкритому ящику дорівнює 150 Гц, має значний пік на цій частоті (крива 1 мал. 5) і різке зниження віддачі на частотах, що лежать нижче її. Застосування в тому ж ящику голівки, що має частоту 30 Гц, помітно покращує частотну характеристику гучномовця (крива 2 мал. 5) в області нижчих частот.

При закритому ящику помітніша різниця у величині основної резонансної частоти голівки через  пружність замкнутого об'єму повітря, що призводить до підвищення цієї частоти. З мал. 6 (крива 1) видно, що основний резонанс підвищився до 200 Гц, і тому підвищення рівня нижчих частот, незважаючи на відсутність випромінювання із заднього боку, дуже незначне. Застосування ж в цьому ящику голівки з основною резонансною частотою 30 Гц призводить до значного поліпшення частотної характеристики (крива 2, мал. 6), оскільки основний резонанс системи виявився рівним 70 Гц.

При відносно малому розмірі закритого ящика (60 X 60 X 20 см) частотна характеристика гучномовця практично рівноцінна тій, яка виходить при відкритому ящику розміром 130 х 130 X 30 см (крива 1 мал. 2). Отже, в закритому ящику доцільно застосовувати голівки з дуже низькою основною резонансною частотою (20- 30 Гц). Окрім зміщення (підвищення) частоти основного резонансу, замкнутий об’єм повітря викликає додаткові резонансні явища на більш високих частотах. Вони збільшують нерівномірність частотної характеристики гучномовця.

Для усунення додаткових резонансів, що створюються повітряним об'ємом ящика і відображеннями, внутрішні поверхні ящика покривають звукопоглинальним матеріалом або заповнюють ним увесь об'єм ящика. Окрім поліпшення віддачі в області нижчих частот, акустичне оформлення гучномовця може зробити істотний вплив на демпфування рухливої системи голівки. При ефективному демпфуванні значно покращуються так звані перехідні характеристики гучномовця, що дозволяє без спотворень відтворювати звуки імпульсного характеру. Динамічна структура мови і музики якраз і має імпульсний характер, а тому належне демпфування в гучномовцях призводить до зменшення частотних та нелінійних спотворень.

Відомі різні способи демпфування рухливої системи : як електричні, так і акустичні. До останніх відноситься демпфування за допомогою панелей акустичних опорів ПАС (див, "Радіо”, 1969 р.). Виготовлення і застосування їх доступно для радіоаматорів, що займаються високоякісним звуковідтворенням.

Пониження нижньої межі частотного діапазону зазвичай призводить до збільшення розмірів акустичного оформлення. Це обмежує можливості застосування таких великих агрегатів в аматорських умовах, а особливо при стереофонічному відтворенні, коли потрібно два агрегати, та ще симетрично рознесені на 1,5-2 м. Тому і виникла необхідність у розробці малогабаритних акустичних систем MAC, в яких невелика, але досить потужна голівка з низькою основною резонансною частотою встановлюється в порівняно невеликий закритий ящик, об'єм якого, а також кількість звукопоглинального, матеріалу знаходяться в жорсткый залежності від типу голівки.

Для роботи у відкритих ящиках такі голівки не придатні, в закритому ж ящику основна резонансна частота гучномовця, звичайно, підвищується, але не виходить за задані номінальні межі. Слід зазначити, що при акустичному демпфуванні зниження віддачі на нижчих частотах можна скоректувати відповідним підйомом частотної характеристики підсилювача на НЧ. Для відтворення вищих частот застосовується окрема високочастотна голівка, тобто акустичний агрегат виконується двосмуговим.

А. Дольник

Переклад В. Ващук.