Громкоговоритель с повышенным кпд. Трехполосный громкоговоритель Основные технические данные

Применен трехполосный раздели-тельный с частотами раздела 520 4800 Гц (рис. 1). Наличие аттеню-аторов позволяет регулировать АЧХ громкоговорителя в области средних v высших частое на ±4 дБ относитель-но среднего (нулевого) уровня. Рези-сторы аттенюаторов выполнены Прово- ПЭМС 0,41 - 0,56. Их можно изго-товить из утюга -плитки.

Катушки разделительного. фильтра намотаны на каркасах, изготовленных из или дерева (береза, ) с. внешним 0 36 мм, длиной 24 мм (рис. 2), и содержат: LI, L2 - по 260 витков, L3 - 85 витков, L4 - 170 витков с отводом от середины провода ПЭЛ 1,0.

Корпус громкоговорителя и перед-няя панель выполнены из ДСП толщи- 16 мм (рис. 3). Передняя (рис. 4) углублена на 20 мм. Задняя крышка колонки крепится шурупами нахлест. Между задней крышкой и корпусом для герметизации проложена перистая резина толщиной 5 мм. -ки ящика скреплены березовыми бру-сками, предварительно промазанными клеем ЭДП-3 или ЭДП-5. кле-ем герметизируют громкогово-рителя.

Динамические головки устанавлива- с лицевой стороны передней пане- . Для этого в ней сделаны углубле-ния рамы динамических головок. Между передней панелью и брусками, и которым крепится, проложена для герметизации пористая резина. За-тем внутри ящика под углом создают уплотнения из ваты так, чтобы получи-лась сферическая . Среднечастотная закрыта колпаком, изготовленным по темой тех-нологии: из пенопласта вытачивают -линдрическую болванку 0 140 мм, вы-сотой 120 мм. Затем с одной ей придают сферическую форму (рис. 5). На поверхность готовой сферы рзяйомерко наносят тонким (1 - 2 мм) сюй пластилина. Затем методом папье-Мзше на наклеиваются ку-сочки стеклоткани, пропитанной клеем ЭДП-3, ЭДП-S, толщины 2 - 3 мм. После как клей высохнет, сферу снимают с пенопластовой болванки - колпак для сргдкечастотной головки готов. Окна ее каркаса заклеивают мар- , объем между головкой и колпа-ком равномерно заполняют ватой.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ:

эффекгивно воспроизводимый частот (Гц) при неравномерности 14 дБ - 20 - 25000,

при неравномерности 8 дБ - 20 - 22 000;

габариты, мм - 460X350X260.

Рис. 1. Принципиальная схема разделительного фильтра.

Между низкочастотной головкой и фазеинвйртсром с помощью металли-ческой сетки формируют воздушный проход. Остальной объем ящика рав-номерно заполняют ватой массой 0,9 - 1,5 кг. Фазоиквертор представляет собой стакан и трубу-вставку (рис. Ц, выполненные из дюралюминия -16Т. Их также можно изготовить способом из стеклоткани и клея ЗДП-3.

Рис. 6. Фазоинвертор: 1 - стакан, 2 - -вставка.

Предлагаемый вниманию читателей громкоговоритель выполнен на основе широкораспространенных динамических головок 10ГД- ЗОЕ, 4ГД-8Е, ЗГД-31 и предназначен для работы с высококачественной звукоусилительной аппаратурой.

Основные технические характеристики

Эффективно воспроизводимый диапазон частот, Гц, при неравномерности АЧХ 12 дБ 20. .25 000

Неравномерность АЧХ по звуковому давлению дБ, в диапазоне частот-. Ги,

27.. .20 000 ... 4

Номинальная мощность. Вт. 12

Максимальная мощность, Вт. . 30

Номинальное электрическое сопро

тивленис. Ом....... 8

Габариты, мм. 500х350х

Акустическое оформление громкоговорителя выполнено в виде фазоинвер- тора. Динамические головки подключаются к. усилителю через трехполосный разделительный iLC-фильтр (рис. I) с частотами раздела 0,5 и 5 кГц. Отличительная особенность фильтра - наличие в нем аттенюаторов, обеспечивающих ступенчатую (с шагом 2 дБ) регулировку АЧХ громкоговорителя в области высших и средних частот на ±4 дБ относительно среднего уровня.

Резисторы аттенюаторов намотаны манганиновым проводом ПЭМС 0,25. В качестве каркасов использованы резисторы МЛТ-2 сопротивлением более 100 кОм. Переключатели SJ и S2 - галетные (ПМ или ПГК).

Необходимые значения емкостей конденсаторов фильтра получены параллельным соединением нескольких конденсаторов типов МБГО, МБГН, БМТ и т. п. (желательно с допустимым отклонением емкости от номиналов ±5%).

Катушки LI и L2 намотаны на пластмассовых каркасах (рис. 2), L3 и L4 - бескаркасные, внутренним диаметром 36 и длиной 20 мм. Намотка всех катушек. рядовая, виток к витку. Катушка L1 содержит 312, L2 - 263, L3 - 98. L4 - 82,5 витка провода ПЭВ-2 1,84. Автотрансформатор 77 выполнен

на магнитопроводе ОЛ 32X28X5. Его обмотка содержит 1000 витков провода ПЭЛШО 0,27 с отводом от середины.

Корпус громкоговорителя изготовлен из фанеры толщиной 10 мм. Передняя панель (рис. 3). на крторой установлены головки и переключатели S1 и S2 (для них предназначены отверстия диаметром 10 мм), отстоит от края корпуса на глубину 10 мм. В это углубление плотно вставлена съемная деревянная рамка с туго натянутой на нее хлопчатобумажной канвой (для вышивания крестом), многократно покрытой нитроэмалью НЦ (в аэрозольной упаковке).

Динамические головки закреплены винтами М4 с гайками через резиновые кольца-прокладки толщиной 1,5...2 мм. До установки кольца с обеих сторон покрыты резиновым клеем. Винты

ЗГД-ЗГ-1300

вставлены с лицевой стороны панели. Под шайбы крепления низкочастотной головки дополнительно подложены резиновые шайбы толщиной 2 мм.

Катушки разделительного фильтра желательно максимально разнести друг от друга и от магнитных систем головок. Лучше всего их разместить на задней стенке корпуса.

Стенки корпуса скреплены сосновыми брусками сечением I5X I5 мм и шурупами, ввинченными изнутри корпуса. Перед установкой на место бруски покрывают синтетическим клеем «Марс». Этим же клеем герметизируют и все швы.

Между серединами боковых стенок корпуса вставлена деревянная распорка сечением 20x25 мм, а на расстоянии 80 мм от задней стенки установлена вертикальная перегородка размерами 4I0XI20 мм. примыкающая длинной стороной к боковой стенке. Перегородка оклеена поролоном толщиной I0 мм.

В углах ящика созданы уплотнения из ваты, так. что его внутренняя поверхность имеет округлую форму. Весь оставшийся объем равномерно заполнен ватой (600...700 г) с таким расчетом, чтобы между отверстием туннеля фазоинвертора и головкой ЮГД- ЗОЕ остался некоторый проход (его формируют металлической сеткой или проволочными дугами). Гофры диффузоров головок. 4ГД-8Е и ЗГД-31 пропитаны раствором касторового масла в ацетоне (концентрация раствора для* первой из них - 50...70 %, для второй - 15...20%). Такая пропитка снижает неравномерность АЧХ головок на

3...5 дБ. Центральная (до половины радиуса) часть диффузора головки 4ГД-8Е пропитана слабым раствором цапонлака в ацетоне, а после высыхания на нее дополнительно нанесен слой разбавленного бензином резинового клея (обработку ведут при вставленной в зазор звуковой катушки оправке из кинопленки). Такое двухслойное покрытие в сочетании с несимметричным заполнением ватой колпака.

Известно, что степень верности звуковоспроизведения в равной мере зависит от качества усилителя НЧ и громкоговорителя. Вниманию радиолюбителей предлагается высококачественный трехполосный громкоговоритель. Оя рассчитан на работу с усилителем НЧ с мощностью канала 10…25 Вт и содержит динамические головки пря­мого излучения - низкочастотную 10ГД-30, среднеча-стотную 4ГД-8Е, высокочастотную ЗГД-31 и раздели­тельный фильтр. Акустическое оформление низкочастот­ной головки выполнено по принципу фазоинвертора, что Позволило расширить частотную полосу громкоговорите­ля в сторону низших частот и уменьшить искажения на этих частотах.

Основные технические характеристики

Мощность, Вт:

• номинальная ……………12.
• максимальная ………… 25
• Номинальное полное электрическое сопротивле­ние, Ом…………….. 8
• Номинальный интервал рабочих частот, Гц, при неравномерности частотной характеристики по зву­ковому давлению не более 12 дБ……35… 18 000
• Среднее стандартное звуковое давление, Па …..0,15

Частоты разделения фильтра, Гц:

• первая …………… 500
• вторая …………….. 5000
• Крутизна спада характеристики фильтра за часто­тами раздела, дБ/октава ……….. 12
• Габариты громкоговорителя, мм ……. 440X280X263

Принципиальная схема громкоговорителя изображе­на на рис. 1. Катушки фильтра намотаны на каркасах из изоляционного материала. Каркасы катушек L1, L2 изготовлены из отрезков длиной 36 мм полиэтиленовой трубы диаметром 66 мм, к которым тремя винтами МЗ прикреплены щечки из фанеры толщиной 4 мм. Катуш­ки L3, L4 намотаны на картонных гильзах от элементов 373. Катушки L1 и L2 содержат по 230 витков провода ПЭВ-1 1,12, намотанных между щечками. Индуктивность катушек 3,1 мГн. Катушки L3 и L4 намотаны в несколь­ко слоев проводом ПЭВ-1 0,86. Число витков - 145, дли­на намотки 42 мм, индуктивность - 0,4 мГн. Конструк­ция каркасов катушек показана на рис. 2.
В фильтре использованы конденсаторы МБГП на но­минальное напряжение 160 В и резисторы ПЭВ-5.

Рис. 1. Схема громкоговорителя

Ящик изготовляют из плотной фанеры толщиной 10 мм. Размеры боковых стенок - 440×263 мм, а ниж­ней и верхней - 280×263 мм. Выпиливать заготовки деталей из фанеры следует пилой с мелкими зубьями, чтобы избежать сколов и трещин на торцах. Удобно воспользоваться для этой цели ножовкой по металлу.
Выпилив заготовки, оклеивают их наружные стороны декоративной пленкой или шпоном ценных пород дре­весины. Декоративную пленку приклеивают клеем 88Н. К внутренним сторонам заготовок приклеивают эпоксид­ным клеем деревянные бруски сечением 25X20 мм, рас­положение которых показано на рис. 3. Переднюю па­нель склеивают эпоксидным клеем из двух кусков фа­неры толщиной 10 мм каждый, предварительно выпилив лобзиком отверстия под головки и туннель фазоинвер-тора. Форма и размеры заготовок и сама панель в сбо­ре показаны на рис. 4.
Детали ящика склеивают эпоксидным клеем, стяги­вают веревками, на верхнюю панель кладут груз и оставляют на 1,5…2 суток для полного отверждения клея, После этого снимают веревки, осматривают ящик и, если есть щели в стыках, заливают их эпоксидным клеем.
Туннель фазоинвертора с внутренним диаметром 40 мм склеен из толстого жесткого картона или нескольких слоев ватмана клеем ПВА. Толщина стенки 3 мм. Туннель приклеивают эпоксидным клеем к передней панели после настройки фазоинвертора, а на время настройки крепят пластилином.

Рис. 2. Конструкция каркасов катушек

Рис. 3. Конструкция ящика громкоговорителя

Головку 10ГД-30 устанавливают на переднюю па­нель ящика изнутри, а головки 4ГД-8Е и ЗГД-31 - сна­ружи. Головку 4ГД-8Е закрывают колпаком из фанеры или дюралюминия. Внутренний объем колпака заполня­ют ватой (но так, чтобы она не касалась колеблющейся мембраны головки). Это необходимо для того, чтобы колебания воздуха, создаваемые НЧ головкой, не влия­ли на работу головки СЧ.
Детали разделительного фильтра монтируют на пла-те, которую затем крепят к дну ящика. Заднюю стенку прикрепляют к ящику шурупами. Провод для подклад, чения головок продевают в отверстие в задней стенке и заливают его клеем. Чтобы обеспечить герметичность установки задней стенки, пользуются герметизирующей мастикой или прокладкой из губчатой: резины. Внутрен­нюю поверхность ящика оклеивают поролоном толщи, ной 30…40 мм.
Фазоинвертор настраивают на резонансную частоту головки 10ГД-30 в открытом воздухе. Резонансную ча­стоту измеряют по полному сопротивлению (кривая 1 на рис. 5). Затем, установив головку в ящик, снимают зависимость полного сопротивления от частоты и, из­меняя длину туннеля, добиваются, чтобы на резонанс­ной частоте головки было минимальное полное сопро­тивление (кривая 2). Если минимум кривой 2 располо­жен левее fpe3, то необходимо уменьшить длину туннеля, и наоборот. Для этого изготавливают туннель заведомо большей длины и, укорачивая его, настраивают фазоин­вертор. В описываемом громкоговорителе длина туннеля равна 190 мм. Следует заметить, что при изготовлении громкоговорителя в точном соответствии с описанием настройка фазоинвертора скорее всего не потребуется. Она будет необходима при изменении внутреннего диа­метра туннеля более чем на 7…10% и объема ящика - на 10…20%.

Декоративную рамку лучше всего изготовить так, как сказано в статье О. Салтыкова «Малогабаритный гром­коговоритель» (см. «Радио», 1977, № 11, с. 56, 57).
При прослушивании разнообразных музыкальных программ было отмечено заметное преимущество дан­ного громкоговорителя по сравнению с заводскими мощ­ностью до 20 Вт (10МАС-1, 20АС-1), особенно на низ­ших частотах.

Литература

В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 79/В80
Ф. Буданков

Занимательная статья в журнале Радио в номере 10 за 1983 год. Громкоговоритель с повышенным КПД Раздел Звуковоспроизведение.

В соответствии с ГОСТ 24307-80 (ст. СЭВ 1356-75) и стандартом DIN 45500 для громкоговорителей высокой верности воспроизведения категории Hi-Fi дополнительно указывается так называемая рабочая мощность (мощность, создающая номинальное звуковое давление 1,2 Па или 96 дБ на расстоянии 1 м). Оговаривается этот параметр не случайно: он, в сущности, определяет КПД громкоговорителя (меньшей рабочей мощности соответствует более высокий КПД) и уровень, при котором измеряют коэффициент гармоник. Чем меньше, по сравнению с номинальной, рабочая мощность громкоговорителя, тем в более облегчённом режиме будет использовать его слушатель. Все это благоприятно сказывается на качестве звучания, поскольку известно, что при работе головки с мощностью, в два - четыре раза меньшей номинальной, почти вдвое снижаются нелинейные искажения воспроизводимого ею сигнала. Громкоговорители с повышенным КПД за счёт более высокого максимально воспроизводимого уровня имеют более широкий динамический диапазон и большую перегрузочную способность для импульсных сигналов при малых и средних уровнях громкости.

КПД промышленных и любительских громкоговорителей, предназначенных для использования в высококачественной бытовой радиоаппаратуре, сравнительно невысок. Об этом свидетельствует величина рабочей мощности, которая, например, у таких широко распространённых громкоговорителей, как 35AC-1 и 25АС-2 (25АС-9, 25АС-326) равна 16 Вт, что составляет соответственно 0.45 и 0,64 от их номинальной мощности.

Громкоговоритель, описание которого предлагается вниманию читателей, обладает повышенными, по сравнению с указанными выше громкоговорителями, КПД и перегрузочной способностью (его рабочая мощность равна 0,16 от номинальной), широким динамическим диапазоном и достаточно равномерной АЧХ.

Основные технические характеристики:

Номинальная мощность. Вт…………25

Максимальная мощность. Вт………35

Номинальное электрическое сопротивление, Ом …. 8

Эффективно воспроизводимый диапазон

частот, Гц, при неравномерности АЧХ 12 дБ………….35 - 22 000

Среднее стандартное звуковое давление, Па……….0.2

Рабочая мощность, Вт, не более…………….4

Частоты разделения фильтров, Гц……………….500 и 5000

Габариты, мм, (высота х ширина х глубина):

без блока ВЧ головок…………….740x400x385

с блоком ВЧ головок…………….936 х 400X 475

Судя по литературным источникам, далеко не все специалисты считают, что применение разделительных фильтров с линейной ФЧХ для Hi-Fi громкоговорителей является обязательным. Это вытекает из утверждения, что предельная величина групповой задержки может достигать 2 мс, из чего следует, что фильтр любого с первого по третий порядка отвечает этим требованиям. Отсюда можно сделать вывод, что линейность ФЧХ разделительного фильтра для любительских конструкций не очень важна. В то же время, как будет показано далее, автору представляется существенным соблюдение линейности фазы головок при установке их в корпус громкоговорителя.

Схема включения головок и разделительных фильтров громкоговорителя показана на рис. 1. В целях улучшения разделения полос использованы комбинированные разделительные фильтры C2L2C4 (C3L4C6) и C1L1L3C5 с различной крутизной спада АЧХ (соответственно 18 и 12 дБ на октаву). На частоте раздела НЧ и СЧ звеньев с целью проведения экспериментов переключателем S1 может быть включён фильтр C1L1 первого порядка с крутизной спада АЧХ 6 дБ на октаву, обладающий большей линейностью фазовой характеристики. Порядок фильтра устанавливается слушателем в зависимости от желаемого характера звучания.

В данном громкоговорителе предусмотрена возможность перефазирования с помощью переключателей S2 - S4 головок каждой полосы. Исходным считается положение, в котором СЧ головки включены противофазно по отношению к низкочастотным и высокочастотным. Катушки фильтров L1 и L2 намотаны на каркасах из изоляционного материала диаметром 60 мм, намотка рядовая, её длина 30 мм, диаметр щёчек 100 мм. Первая катушка содержит 196, а вторая - 235 витков провода ПЭВ-2 1,84. Катушки L3 и L4 выполнены на каркасах диаметром 24 мм, длина намотки 12 мм, диаметр щёчек 54 мм. Катушка L3 содержит 115, а L4 - 98,5 витка провода ПЭВ-2 1,12.

Головки зашунтированы корректирующими RC-цепями. В результате, благодаря более полному согласованию головок с разделительными фильтрами, уменьшились гармонические и интермодуляционные искажения, и улучшилась линейность АЧХ. В громкоговоритель введены также аттенюаторы, позволяющие регулировать АЧХ СЧ звена в пределах ±4 дБ, а ВЧ звена в пределах +6…-2 дБ относительно уровня, показанного на вкладке.

Громкоговоритель выполнен в виде фазоинвертора. Низкочастотные головки закреплены с наружной стороны лицевой панели 1 в выбранных стамеской углублениях, так что их диффузородержатели размещены заподлицо с панелью. С внутренней стороны отверстий под НЧ головки под углом 45° сняты фаски на глубину 10 мм.

Панель 4, на которой установлены среднечастотные головки, выполнена из алюминия толщиной 3 мм (можно использовать винипласт, органическое стекло или полистирол толщиной 3.5… 5 мм). Перед этими головками на лицевой панели укреплена изготовленная из стальной проволоки диаметром 4 мм декоративная рамка, на неё натянута капроновая сетка (ткань, канва и т. п.). С задней стороны СЧ головок установлена Г-образная перегородка (детали 2,3) из фанеры толщиной 10 мм, отделяющая их от внутреннего объёма корпуса громкоговорителя.

Панель высокочастотных головок изготовлена из алюминия толщиной 2 мм. Чтобы исключить фазовый сдвиг из-за размещения акустических центров среднечастотных и высокочастотных головок в разных плоскостях, высокочастотное звено выполнено в виде отдельного узла, состоящего из четырёх головок 2ГД-36, нагруженных экспоненциальными согласующими рупорами. В пределах угла 90…95° (т. е. ±45° от оси головки) не наблюдается сколь-нибудь заметного снижения звукового давления высокочастотного блока. Имеется возможность перемещения блока по глубине с целью получения наилучшей пространственной линейности фазовых характеристик среднечастотных и высокочастотных головок. Оси среднечастотных головок также развёрнуты (под углом 25°), что способствует расширению диаграммы их направленности и получению более широкой зоны стереоэффекта. Принимать специальные меры по улучшению линейности фазовой характеристики громкоговорителя на частоте раздела среднечастотных и низкочастотных головок нет необходимости, поскольку возможное смещение акустических центров этих звеньев на 7…15 мм много меньше длины волны на частоте раздела (0,68 м на частоте 500 Гц) и вносимый вследствие этого сдвиг фаз очень мал.

Корпус громкоговорители изготовлен из ДСП толщиной 20 мм. Задняя стенка корпуса съёмная. Для заполнения внутреннего объёма корпуса потребуется 1300… 1400 г ваты.

Для предотвращения выкрашивания краёв лицевой панели целесообразно изготовить её из фанеры толщиной 20 мм или из фанерованной с двух сторон ДСП. Если же для изготовления передней панели используется все-таки не фанерованная ДСП, следует наложить её на стенки корпуса, а не вставлять внутрь его. Это увеличит расстояние головок до краёв передней панели и предотвратит возможное выкрашивание ДСП.

В описываемом громкоговорителе используется туннель фазоинвертора переменного сечения. По сравнению с туннелями постоянного сечения (цилиндрическими и прямоугольными) он при меньшей глубине обладает лучшими переходными характеристиками, не создаёт посторонних призвуков и резонансных явлений внутри трубы.

Туннель настроен па частоту 37 Гц. Он выполнен из фанеры (можно гетинакса) толщиной 8 мм в виде усечённой пирамиды с нижним основанием размерами 80×130 мм, верхним 80х80 мм и высотой 70 мм (везде указаны внутренние размеры).

На магнитные системы низкочастотных и среднечастотных головок клеем БФ-2 наклеены феррит-бариевые магниты марки 2БА диаметром 74 ..85 мм. Такие магниты используются в головках 4ГД-8Е, 4ГД-36, 6ГД-2, 6ГД-6, 10ГД-34 и им подобных. Основной и дополнительный магниты ориентируют таким образом, чтобы они взаимно отталкивались и склеивают друг с другом. После этого на дополнительные магниты наклеивают штампованные колпаки диаметром 100 мм (высота зависит от толщины подклеиваемого магнита), изготовленные из стали Ст. 3 толщиной 1.5 мм. Для этой пели, правда, с несколько худшим эффектом, можно использовать металлические банки из-под зелёного горошка («Глобус»).

Описанная доработка головок позволила на 15..25% повысить их номинальное звуковое давление, уменьшить коэффициент гармоник при малых и средних уровнях сигнала, улучшить переходные характеристики СЧ головок.

Для улучшения демпфирования диффузоры СЧ головок пропитаны касторовым маслом.

Как уже указывалось, высокочастотные головки установлены в устьях экспоненциальных рупоров, вертикальное сечение которых показано на рис 4. Вертикальные стенки рупора плоские, горизонтальные – криволинейные. Размеры устьевого отверстия 53хЗ6 мм, выходного - 166×96, глубина рупора - 116 мм. За пределы корпуса громкоговорителя рупор выступает приблизительно на 90 мм. Это расстояние подбирается при прослушивании музыкальных передач.

Применение рупора улучшает характеристику направленности и увеличивает звуковое давление на оси головки приблизительно в 2 раза (до 0,4 - 0,45 Па). В результате высокочастотный блок, состоящий из четырёх головок 2ГД-36, оказывается эквивалентным высокочастотной головке мощностью 50 Вт, электрическим сопротивлением 8 Ом и средним стандартным звуковым давлением 0 2 Па. Громкоговоритель можно эксплуатировать с различными промышленными и любительскими усилителями высокого класса с номинальной мощностью 8…50 Вт.

А. Голунчиков