Акустическая система для самостоятельного изготовления

 

АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

В. ШОРОВ, В. ЯНКОВ, г. Москва Примечание редактора: Судя по всему это начало, поскольку, буквально через год эти же авторы опубликовали описание следующей АС, напрямую переклекающуюся с этой.

В последние годы российский рынок заполнен зарубежной зву-ковоспроизводящей аппаратурой. Однако продукция ведущих фирм, обеспечивающая, действительно, высокое качество звучания, стоит весьма дорого, а относительно дешевые и доступные Россиянам импортные мини- и мидиакустические системы звучат весьма посредственно и не могут удовлетворить запросы любителей хорошего звучания. Что касается отечественной промышленности, то она пока не радует слушателей новыми разработками головок громкоговорителей и акустических систем (АС) высокого класса. Авторы публикуемой статьи предлагают нашим читателям самостоятельно изготовить двухполюсную АС, реализующую новый подход к получению пространственного звучания. Аналогичной идеологии в конструировании АС придерживается в некоторых своих разработках, например, американская фирма "Боус".

Прежде чем приступить к описанию конкретной АС, познакомимся с некоторыми аспектами проблемы их конструирования. Прежде всего рассмотрим характеристики направленности излучения звука обычной АС, головки которой смонтированы на ее передней панели. В области низких частот звукового диапазона любая АС не имеет выраженной характеристики направленности, поскольку длина звуковых волн превышает геометрические размеры корпуса и они его огибают. По этой причине звуковое давление на низких частотах будет примерно одинаковым в любой точке вокруг АС. С повышением частоты звук излучается преимущественно в переднее полупространство, причем на высших частотах звукового диапазона характеристика направленности настолько сужается, что для их восприятия слушатель должен располагаться в пределах относительного небольшого телесного угла напротив высокочастотной головки громкоговорителя. Помимо этого, на частотах разделения многополосных АС характеристика их направленности претерпевает и более сложную деформацию. Рисунок 1       Чтобы понять, почему нужна широкая характеристика направленности АС, зададимся вопросом о форме этой характеристики реальных музыкальных инструментов. В доступной технической литературе таких данных почти нет. Очевидно, бессмысленно говорить о формировании характеристики направленности звукоизлучения целого оркестра, поскольку звук излучается в этом случае практически во все стороны. Исходя из этих соображений, вполне обоснованными выглядят попытки разработчиков создать акустическую систему, имеющую круговую характеристику направленности в горизонтальной плоскости для всего рабочего диапазона частот.       Один из возможных и наиболее простых вариантов конструкции такой АС и предлагается для самостоятельного изготовления. Она состоит из низко-сред-нечастотной головки 25ГДН-3-4 и высокочастотной 10ГДВ-2-16. Обе головки смонтированы в верхней части корпуса АС таким образом, что их рабочие оси расположены вертикально. Над головками вершинами вниз установлены звуко-рассеивающие элементы, изготовленные в виде большого и малого конусов. Эти конусы отражают звуковые волны во все стороны в горизонтальной плоскости, причем имеет место и огибание ими конусов. Низко-среднечастотная головка смонтирована в отверстии верхней стенки корпуса АС, а высокочастотная — в специальном углублении основания большого конуса (см. фото на первой странице обложки на рис. 1). В дне корпуса просверлено 16 фвэоинверторных отверстий диаметром 11 мм, которые заклеены изнутри одним слоем марли (рис. 2). Фазоинвертор настраивают путем подбора высоты резиновых ножек, прикрепленных по углам дна корпуса с его наружной стороны. Рекомендуемая высота ножек—6мм. Туннель фазоинвертора образуется при установке АС на любую гладкую и твердую поверхность (стол, полку и т. д.}. Для нормальной работы фазоиквертора площадь опорной поверхности должна быть как минимум равной конфигурации дна АС. Рабочее положение АС—только вертикальное; устанавливать ее желательно на расстоянии 30...50 см от ближайшей стены, но никак не в нишах мебельных стенок. Корпус АС герметичен. Он склеен из заготовок ДСП толщиной 16 мм. боковые стенки изнутри покрыты простеганными ватными матами толщиной 40 мм. Габариты корпуса — 210x210x340 мм. Снаружи он оклеен пленкой ПВХ, но можно и просто его покрасить в желаемый цвет. Поскольку большой эвукорассеивающий конус играет в АС роль акустического фильтра нижних частот, то оказалось возможным упростить разделительный фильтр, выполнив его всего из двух элементов (рис. 3). Частота раздела полос фильтра — 5 кГц. Конденсатор лучше всего применить неполярный, тонкопленочный, например К73-11. Этот конденсатор имеет цилиндрическую форму, и его корпус удобно использовать в качестве каркаса для намотки катушки индуктивности. Для этого из текстолита следует изготовить две щечки размерами 22x22 мм с отверстием в центре, диаметр которого равен диаметру корпуса конденсатора. Щечки нужно приклеить к корпусу конденсатора на расстоянии 18 мм одна от другой, а между ними намотать катушку фильтра. Ее обмотка должна содержать 158 витков провода ПЭВ-2 0,5. При этом, как показали специально проведенные измерения, электромагнитное поле катушки практически не влияет на поле конденсатора. Такой фильтр удобно закрепить на фланце постоянного магнита низко-среднечастотной головки с помощью резиновых колец и крючков из скрепок, зацепленных за перемычки окон диффузородержателя.       Во избежание дребезга на фланец магнита необходимо предварительно наклеить кусок толстой ткани — синтепона, войлока и т. п. Наиболее сложны в изготовлении конусы. В домашних условиях их можно выполнить из цельного куска дерева, выточив, например, в соответствии с рис. 4 и рис. 5 на токарном станке. Однако доступнее использовать для изготовления конусов листовой материал (фанеру, доски, ДСП). Для этого из него лобзиком вырезают необходимое количество кругов и колец — заготовок, подлежащих последующему склеиванию друг с другом клеем ПВА. Каждую заготовку необходимо предварительно обработать напильником с торцов, сняв определенную толщину материала для сопряжения заготовок по высоте. Чтобы не ошибиться, лучше всего перенести очертания конусов с рис. 4 и рис. 5 на миллиметровую бумагу s натуральную величину, а затем, в зависимости от толщины листового материала, определить толщину удаляемых кромок. При обработке заготовок следует оставлять припуск для последующей доводки склеенного конуса. Склеивать его начинают с вершины, которую для фиксации устанавливают, например, в углублении доски. Заготовки смазывают клеем и скрепляют гвоздями, шляпки которых необходимо притолить. Причем в последовательно склеиваемых заготовках отверстия для гвоздей лучше предварительно просверлить. Поскольку в основании большого конуса устанавливается высокочастотная головка, то часть заготовок конуса необходимо изготовлять в виде колец.

Последующую обработку и доводку конуса проводят в тисках. Для этого к основанию конуса шурупами прикрепляют технологическую доску, в центре которой закреплен кубик. Кубик зажимают в тисках и начинают обработку конуса. Вначале ее ведут полукруглым напильником (до получения требуемой кривизны образующей), а затем шлифуют поверхность конуса наждачной бумагой. После такой обработки поверхность конуса шпатлюют и еще раз обрабатывают мелким напильником и шлифуют мелкой наждачной бумагой. В заключение конус два-три раза красят нитроэмалью.       При самостоятельном изготовлении АС предлагается использовать более простой, чем показанный на фото, способ крепления конусов. Большой конус устанавливают над низко-среднечастотной головкой с помощью специально изготовленных для этой цели четырех шпилек из латуни или дюралюминия (рис. 6) и четырех металлических ушек (рис. 7). Последние следует прикрепить к основанию большого конуса шурупами по взаимоперпендикулярным радиусам. Шпильки, в соответствии с положением ушек, закрепляют одной стороной в сквозных отверстиях, просверленных в верхней стенке корпуса, причем две из них используют в качестве токопроводящих шин для подведения сигнала от фильтра к высокочастотной головке. Подводить сигнал к этим шпилькам следует с помощью латунных лепестков, подложенных под гайки. К этим лепесткам и припаивают провода. Рисунок 9       Аналогично большому изготавливают и малый конус для высокочастотной головки. Закрепляют его над центром купола высокочастотной головки на высоте 2—3 мм от его вершины. Для закрепления малого конуса надо изготовить стальной кронштейн шириной 12 мм (рис. 8). Одной стороной этот кронштейн привинчивают шурупами к основанию большого конуса, а к другой его стороне прикрепляют малый конус. Как видно на фото, звукорассеивающие конусы вместе с головками громкоговорителей прикрыты пылезащитной объемной рамкой, изготовленной из реек и обтянутой радиотканью.       Данная АС прошла комплексные испытания в заглушенной звукомерной камере и тестовые испытания по качеству звучания в Акустическом центре Московского технического университета связи и информатики и получила высокую оценку. Приведем ее основные технические характеристики.       Диапазон эффективно воспроизводимых частот — 50...20000 Гц; электрическое сопротивление — 4 Ом; долговременная мощность — 30, кратковременная — 60 Вт; частота настройки фазоинвертора — 85 Гц; диаграмма направленности зву-коизлучения АС в горизонтальной плоскости — круговая во всем рабочем диапазоне частот (рис. 9).       Для наглядности диаграммы направленности в полосах октавных частот разнесены по уровням. Частотная характеристика описанной АС, а также зависимость ее полного сопротивления от частоты показаны на рис. 10. Рисунок 10       АС демонстрировалась и на выставке Российского "Хай-Энда", организованной издательством "Машиностроение", и получила высокую оценку специалистов по критерию "цена—качество". В настоящее время она серийно выпускается на московском заводе "Янтарь" (и продается в магазинах Москвы и Московской области под названием ЗОАС-103П. К сожалению, высокие тарифы на транспорт пока не позволяют вывозить АС в другие

ТРЕХПОЛОСНАЯ АС ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗВУКА

В. ШОРОВ, В. ЯНКОВ, г. Москва У этой АС есть прямой родитель, видимо он и использовался для разработки этой АС.	Двухполосная АС пространственного звука, описание которой было опубликовано в апрельском номере журнала "Радио" за 1997 г., вызвала живой отклик читателей, отдающих должное хорошему качеству ее звучания. Вместе с тем многие из них высказали ряд пожеланий, касающихся в основном недостаточной мощности АС и ограничения воспроизводимого диапазона со стороны низших звуковых частот. По просьбе редакции авторы статьи решили продолжить тему и предлагают читателям для самостоятельного изготовления более мощную и широкополосную трехполосную АС. Ее также выпускает Московский завод "Янтарь". Эта АС демонстрировалась на проходившей в Москве выставке "Российский HIGH END-97".
Изготовление трехполосной АС потребует гораздо больших трудозатрат, чем двухполосной, но зато те, кто за это возьмется, будут вознаграждены улучшенным качеством звучания средних и низших звуковых частот. Внешний вид акустической системы.       Перед тем как приступить к работе, необходимо приобрести две низкочастотные (НЧ) головки 35ГДН-1-8, две среднечастотные (СЧ) 20ГДС-1-8 и две высокочастотные (ВЧ) 10ГДВ-2-16. Для изготовления катушек индуктивности понадобятся также два магни-топровода от выходных трансформаторов строчной развертки от ламповых цветных телевизоров ТВС-90-ЛЦ-2 или ЛЦ-5. Важно, чтобы их магнитная проницаемость была около 3000.       Конструкция одного из громкоговорителей трехполосной АС показана на рис. 1. Он состоит из закрытого корпуса 13 с габаритными размерами 500x250x250 мм. В нем через уплотнительное кольцо 10 с помощью гаек 11 и стоек 8 закреплена НЧ головка 12. В нижней части корпуса установлен разделительный фильтр 14, а на одной из его боковых стенок - входные гнезда 15. Весь внутренний объем корпуса заполнен хлопчатобумажной ватой. Ее потребуется около 400 г. При таком акустическом оформлении резонансная частота НЧ головки составляет около 50 Гц.       Над верхней частью корпуса на четырех стойках 8 закреплен среднечастотный бокс 7 размерами 200x200x90 мм. В отверстии его верхней крышки установлена СЧ головка 6. Внутренний объем бокса также заполнен хлопчатобумажной ватой (40...50 г).       Улучшение качества звучания средних частот достигнуто путем акустического демпфирования основного резонанса СЧ головки. С этой целью окна ее диффузо-родержателя следует заклеить синтетическим войлоком толщиной 3...5 мм. Предварительно из плотной бумаги нужно изготовить шаблон, соответствующий конфигурации окна. Затем по нему вырезать заготовки из войлока и, нанеся на их края клей "Момент", вклеить в окна диффузородержателя. Эту операцию рекомендуется производить очень тщательно, не допуская образования щелей.       Над СЧ головкой на стойках 5 укреплен большой звукорассеивающий конус 4, а над ним на кронштейне 2 -малый 1. ВЧ головка 3 смонтирована в полости большого конуса.	Рисунок 1       Сверху на края низкочастотного корпуса устанавливается затянутая акустически прозрачной тканью защитная объемная рамка 9, прикрывающая СЧ бокс и звукорассеивающие конусы.       Эскизы панелей для изготовления низкочастотного корпуса показаны на рис. 2. При их нарезке нужно следить, чтобы срез был перпендикулярным плоскости заготовки. Затем в панелях больших размеров следует просверлить шесть отверстий диаметром 2 мм для гвоздей и четыре отверстия 5,2 мм для шурупов. После этого, нанеся клей ПВА на торец малой и край большой заготовки, их нужно сбить гвоздями под прямым углом друг к другу, оставляя технологические припуски для последующей чистовой обработки углов корпуса. Затем стенки корпуса необходимо скрепить шурупами с потайными головками. Аналогично с помощью гвоздей и шурупов закрепляют дно и верхнюю стенку корпуса. Технологические припуски всех панелей удаляют напильником и проверяют их перпендикулярность друг к другу с помощью плотницкого угольника.
Рисунок 2   Рисунок 3
В такой же последовательности производят сборку среднечастотного бокса. Его детали показаны на рис. 3.       Звукорассеивающие конусы изготавливают, руководствуясь указаниями, содержащимися в статье "Акустическая система для самостоятельного изготовления" ("Радио", 1997, № 4, с. 12-14).       Все головки и звукорассеивающие конусы закреплены на верхней панели корпуса АС, причем НЧ головка установлена непосредственно в ее центральном отверстии, а остальные детали закреплены на металлических стойках, эскизы которых показаны на рис. 4 и 5. Нижние части стоек (рис. 4) с резьбой М5 ввернуты в запрессованные с внутренней стороны верхней панели гайки и фиксируют НЧ головку, а верхние с резьбой М4 входят в отверстия дна СЧ бокса и закрепляются в нем гайками с такой же резьбой и шайбами. Рисунок 4       Запрессовка крепежных гаек должна быть произведена очень точно. Сделать это лучше всего следующим образом. Уложить НЧ головку в отверстие верхней панели, расположив углы ее диффузо-родержателя по диагонали, и отметить карандашом места четырех отверстий для крепежных гаек. Затем просверлить в отмеченных местах отверстия диаметром 5,2 мм и рассверлить их с нижней стороны сверлом 8 мм на глубину, равную толщине гаек. Затем на рассверленную часть отверстия нанести клей ПВА, наложить на него гайку и, придерживая ее в таком положении, ввернуть в нее с противоположной стороны панели стойку с шайбой. Вращая стойку ключом, затянуть гайку до упора. Все перечисленные операции с верхней панелью следует производить до сборки НЧ корпуса. Рисунок 5       После изготовления всех деталей корпуса АС приступают к монтажу разделительного фильтра. Его принципиальная схема приведена на рис. 6. Детали фильтра можно смонтировать на плате из фоль-гированного гетинакса (рис. 7) или просто на куске ДСП методом навесного монта жа. В фильтре использован резистор С5-5 мощностью 8 Вт и конденсаторы К73-16 (С1-СЗ) и К73-11 (С4).       Включенные последовательно с НЧ головкой катушки L1, L2 намотаны на незамкнутых половинках магнитопровода строчного трансформатора и содержат соответственно 161 и 90 витков провода ПЭВ-2 1,0. Обмотки катушек должны быть изолированы от магнитопровода одним-двумя слоями изоляционной ленты. Катушки L3, L4 намотаны на корпусах конденсаторов СЗ, С4, снабженных щечками из листового изоляционного материала. Расстояние между щечками первого из конденсаторов 50, а второго 35 мм. Размеры щечек соответственно 50x50 и 35x35 мм. Катушка L3 должна содержать 166, a L4 - 158 витков провода ПЭВ-2 0,5. Рисунок 6	К выходам отдельных звеньев и к входам фильтра следует припаять четыре пары соединительных проводов длиной около 1 м. Причем желательна цветная маркировка проводов для подключения головок, поскольку в процессе сборки АС делать это придется вслепую.       Теперь можно приступать к сборке громкоговорителей. Вначале на одной из боковых стенок корпуса нужно закрепить входные гнезда. Затем на дне корпуса установить разделительный фильтр и подключить его к этим гнездам. Провода, идущие к СЧ и ВЧ головкам, следует пропустить через предназначенное для этого отверстие в верхней панели. Далее внутренний объем корпуса заполняют ватой и, соблюдая указанную на рис. 6 полярность, соединяют выводы НЧ головки с соответствующим звеном фильтра.       Подложив под НЧ головку уплотни-тельную прокладку (например, из полипе-ноуритана), с помощью стоек (рис. 4) закрепляют ее на верхней панели корпуса. Свободные концы стоек вставляют в соответствующие отверстия в дне СЧ бокса и, надев на них шайбы, навинчивают на них крепежные гайки М4. Рисунок 7       Теперь через отверстие в дне СЧ бокса пропускают провода, идущие к СЧ и ВЧ головкам. Под гайки, закрепляющие стойки (рис. 5) в верхней панели СЧ бокса, следует подложить лепестки и припаять к ним провода, идущие к ВЧ головке. Стойки удерживают звукорассеивающий конус СЧ головки, а две из них выполняют также функции проводников, соединяющих ВЧ головку с разделительным фильтром.       После установки стоек С Ч бокс заполняют ватой и через уплотнительную прокладку с помощью шурупов закрепляют на его верхней панели СЧ головку, предварительно соединив с соответствующими выводами фильтра. О подключении ВЧ головки и установке под ней звукорассеи-вающего конуса подробно рассказано в "Радио", 1997, № 4, с. 12-14. Думается, что не следует останавливаться и на изготовлении объемной рамки для защитной сетки. С этой работой нетрудно справиться самостоятельно. Рисунок 8       В заключение приведем только основные характеристики описанной здесь АС: долговременная (кратковременная) электрическая мощность - 60 (120) Вт; уровень характеристической чувствительности - 86 дб/Вт/м; номинальное электрическое сопротивление - 8 Ом; эффективный диапазон воспроизводимых частот -40...20 000 Гц; габариты - 790x250x250 мм, масса -15 кг. АЧХ АС по звуковому давлению приведена на