- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. ЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
- •1.1. Основные определения
- •1.2. Линейные характеристики звукового поля
- •1.3. Энергетические характеристики звукового поля
- •1.4. Уровни
- •1.5. Плоская волна
- •1.6. Сферическая волна
- •1.7. Цилиндрическая волна
- •1.8. Свойства акустических волн
- •2. АКУСТИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ И ИХ ВОСПРИЯТИЕ
- •2.1. Основные определения
- •2.2. Динамический диапазон
- •2.3. Частотный диапазон и спектры
- •2.4. Восприятие звука
- •2.4.1. Восприятие по амплитуде. Громкость
- •2.4.2. Восприятие по частоте. Высота звука
- •2.4.3. Тембр
- •2.4.4. Восприятие по времени и фазе, нелинейность слуха
- •2.4.5. Бинауральный эффект. Локализация источников звука
- •2.5. Искажения акустических сигналов
- •2.5.1. Линейные искажения
- •2.5.2. Нелинейные искажения
- •2.5.3. Искажения динамического и частотного диапазонов
- •2.5.4. Другие виды искажений
- •3.1. Основные определения
- •3.2. Аналогии по переменным характеристикам и параметрам
- •3.3. Электромеханические элементы
- •3.4. Электромеханические системы
- •3.5. Электроакустические системы
- •3.6. Электромеханические преобразователи
- •3.7. Применение метода электромеханических аналогий
- •4.1. Основные определения и классификация
- •4.2. Устройство и принцип действия
- •4.3. Электродинамические катушечные диффузорные ГГ
- •4.3.1. Процесс излучения
- •4.3.2. Электромеханическая модель и анализ работы
- •4.3.3. Искажения в электродинамических диффузорных ГГ
- •4.3.4. Основные характеристики электродинамических ГГ
- •4.3.5. Определение параметров Тиля-Смолла (Thiele-Small)
- •5. АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
- •5.1. Основные определения, классификация, нормы и характеристики
- •5.2. Элементы конструкции
- •5.3.1. Акустический экран (Infinitive baffle)
- •5.3.2. Открытый корпус
- •5.3.3. Закрытый корпус (closed box, acoustical suspensions)
- •5.3.4. Фазоинвертор (bass – reflection)
- •5.3.5. Полосовой резонатор (band pass)
- •5.3.6. Акустическая трансмиссионная линия
- •(acoustics transmissions line)
- •5.3.7. Рупорное оформление (horn)
- •5.4. Разделительные фильтры
- •5.5. Конструкции разработанных АС
- •5.5.3. Фазоинверсные АС
- •5.5.4. АС на основе полосовых резонаторов (ПР)
- •5.5.6. Рупорные АС
- •5.5.7. АС на основе комбинированных акустических оформлений
- •5.5.8. АС с «Bluetooth»
- •5.5.9. Доработка и переделка АС
- •5.6. Некоторые рекомендации по разработке и конструированию АС
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Всхеме этих фильтров для 2-х АС в случае стереовоспроизведения использованы 16 индуктивностей и 26 конденсаторов, общей мкостью ~ 250 мкФ. Если в этой схеме использовать аудиофильские компоненты, то стоимость фильтров значительно превысит стоимость всего остального, что останется от АС.
5.5.Конструкции разработанных АС
Вэтом разделе представлены конструкции некоторых разработанных АС, выполненных в различных акустических оформлениях, обсуждаемых в п. 5.3. Практически все проекты защищались в выпускных квалификационных работах студентов, участвовали в выставках-конкурсах научно-технического творчества студентов, аспирантов и молодых ученых Воронежского Государственного технического университета, докладывались на конкурсах научноисследовательских работ. Некоторые работы отмечены дипломами и грамотами ВГТУ и были опубликованы. Основные характеристики разработанных АС и использованных в них ГГ приведены в табл. 5.5 и 5.6.
5.5.1. Открытое оформление
На рис. 5.48 представлены АС на основе 2-x широкополосных (ШП) ГГ
8ГДШ-1 и ВЧ излучателя 6ГДВ-2, включенного через фильтр первого порядка, конструкция собрана в корпусах АС «Симфония» с габаритами 71 х 35 х 29 см, откуда были извлечены штатные ГГ, включая 6ГД-2, которым с Qn редко
меньшей 0,6 и Vэ редко меньшим 200 дм3 , в закрытом корпусе Vк ≈ 60дм3 делать нечего.
Рис. 5.48. АС типа «открытый корпус» на основе 2-х ГГ 8ГДШ-1 и 6ГДВ-2
147
Задняя сторона АС закрыта съемной рамкой, покрытой акустически прозрачной сеткой. Корпус усилен стяжками, его стенки покрыты звукопоглотителем.
Вконструкции использованы доработанные широкополосные ГГ 8ГДШ-1
иВЧ ГГ — 6ГДВ-2, включ нные через фильтр первого порядка.
Диффузоры ГГ 8ГДШ-1 с 2-х сторон пропитаны раствором изобутилового каучука на бензине для уменьшения неравномерности АЧХ.
Схема АС с поворотной СЧ-ВЧ секцией, выполненной в виде акустиче-
ского экрана, приведена на рис 5.49.
Габариты поворотного экрана: нижняя сторона — 32 см, верхняя сторона — 18 см; высота — 38 см, он смонтирован на магните внешней верхней НЧ ГГ. Размеры экрана вполне достаточны, поскольку СЧ ГГ начинает свою работу с f = 350 Гц, а ВЧ с f = 3 кГц. В качестве СЧ излучателя используется ШП ГГ 25 ГДШ-9Д, в качестве ВЧ излучателя — изодинамическая ГГ 25ГДВ-1 (10ГИ-1). Обе ГГ были доработаны: у 25ГДШ-9Д был удален ВЧ рупорок, на его место, на керн магнитной системы установлен фазорассеиватель в виде «пули» из диамагнитного материала. Его форма рассчитывалась таким образом, чтобы совместно с образующей диффузора сформировать экспоненциальный рупор. Диффузор с обеих сторон был пропитан раствором изобутилового каучука, в окна диффузородержателя вклеена «панель акустического сопротивления» (ПАС) — все для улучшения равномерности АЧХ. Несмотря на высокие характеристики, 25ГДВ-1 обладает рекордно низкой для ВЧ излучателей чувствительностью, именно поэтому она неоднократно заменялась в АС, в которых была изначально установлена. Поэтому ее доработка была направлена на улучшение этого параметра посредством конструирования экспоненциального рупорного «узкогорлого» ВЧ излучателя на ее основе [21].
Рис. 5.49. Схема АС с СЧ-ВЧ секцией в виде акустического экрана
148
Во-первых, для увеличения магнитной индукции в зазоре расстояние от магнитов до мембраны с напыленной плоской катушкой было уменьшено до 1 мм. Пластиковая декоративная накладка одновременно является выходной частью рупора, внутренняя часть экспоненциального рупора формируется своеобразным рассеивателем, позволяющим расширить диаграмму направленности излучателя. На задней панели ГГ были убраны демпферы и проделаны два прямоугольных отверстия, как и в передней панели (рис. 5.50).
Внутри магнитной системы ГГ сформирована предрупорная камера с коэффициентом трансформации n = 3 излучающей мембране для расширения полосы воспроизводимых частот. Предрупорная камера и вход в рупор сформированы с помощью вклеиваемых вставок из полистирола (пластика с высоким декрементом затухания). Для получения максимально широкой полосы воспроизводимых частот вставки должны быть как можно ближе к излучающей мембране, ее демпфирование было улучшено. Кроме того, для увеличения магнитной индукции в зазоре пластиковые рамки-держатели магнитов были сточены, в итоге расстояние от магнитов до мембраны составило 1 мм.
Таким образом обе ГГ, установленные в экране, излучают «вперед-назад» и формируют дипольный излучатель, имеющий диаграмму направленности в виде «восьмерки» в горизонтальной плоскости, что очень благоприятно, особенно, при многоканальном воспроизведении. С этой же целью обе НЧ ГГ установлены сверху в непосредственной близости от СЧ, ВЧ излучателей. Подобные небольшие экраны с различными отечественными ШП излучателями неоднократно изготавливались и использовались в качестве тыловых АС в системах домашнего кинотеатра.
Рис. 5.50. Доработанная рупорная ГГ 25ГДВ – 1
149
Комбинация открытых оформлений «открытый корпус» и «акусти-
ческий экран» использована в АС, конструкция которых представлена на рис. 5.51.
Рис. 5.51. Конструкция открытых симметричных АС
Верхние и нижние НЧ секции выполнены в открытых корпусах, СЧ-ВЧ – в акустическом экране. В АС в качестве НЧ излучателей использованы 2 ГГ
«Peerless» KP100WFX (Дания) из легендарных АС «Peerless 1120», которые продавались у нас в составе отечественного комплекса в 70-х годах прошлого века. Поскольку ГГ «Peerless» высокодобротные с большим эквивалентным
объемом, они были благополучно извлечены из корпуса АС объемом 60 |
. |
В СЧ-ВЧ-секции использованы 2 ГГ 25ГДШ-9Д и 25ГДВ-1 с Rном =8 Ом, доработанные, как и в предыдущем случае и установленные вместе с НЧ ГГ симметрично.
Схема разделительных фильтров АС приведена на рис. 5.52.
Фильтры относятся к фильтрам «всепропускающего типа», в схеме использованы отечественные конденсаторы К-78 и конденсаторы из фильтров АС «Peerless». Последовательные катушки индуктивности намотаны медным проводом диаметром 1,2 мм, параллельные — 0,5 мм.
Корпус АС выполнен из MDF – плиты толщиной 22 мм, НЧ – корпуса усилены стяжками и ребрами жесткости и частично заполнены звукопоглотителем. Передние панели АС и задние открытые стороны корпусов закрыты съемными рамками с акустически прозрачными сетками.
Частотная зависимость модуля полного сопротивления АС |Z| представлена на рис. 5.53.
150
Рис. 5.52. Схема разделительных |
Рис. 5.53. Частотная |
фильтров открытых симметричных АС |
зависимость модуля полного |
|
сопротивления открытых АС |
5.5.2. АС с акустическим оформлением «закрытый корпус»
Конструкция АС с НЧ оформлением «закрытый корпус» приведена на рис 5.49. СЧ – ВЧ секция этих АС уже обсуждалась в п. 5.5.1, здесь подробнее остановимся на НЧ секции. При выборе НЧ излучателей мы остановили свой выбор на 2-х ГГ 6ГД-2. ГГ с низкой f0 , с достаточно высокой Qn , с легкой и
очень гибкой подвижной системой и высокой чувствительностью, но требующая очень большого объема закрытого оформления. А вот «сдвоенные» 6ГД-2,
включенные в противофазе в обратной полярности (так называемое включение
«Isobaric») представляют собой достойный и вполне удобный НЧ излучатель. Дело в том, что при сдваивании ГГ гибкость такой системы снижается, а следовательно, снижается и Vэ , а масса возрастает. Если сдваиваются ГГ с эквива-
лентными объемами Vэ1 и Vэ2 , то общий Vэс системы будет
Vэс = |
Vэ1 Vэ2 |
. |
(5.94) |
|
|||
|
Vэ1 +Vэ2 |
|
Следовательно сдваивание 2-х совершенно одинаковых ГГ приводит к уменьшению Vэс в 2 раза по сравнению с одной ГГ и увеличению общей массы под-
вижной системы тоже в 2 раза (если пренебречь массой воздуха между диффузорами). Последнее обстоятельство снизит звуковое давление в 2 раза, т.е. на 3 дБ, снизится и КПД, но во-первых, у 6ГД-2 весьма приличная чувствительность, а во-вторых, результирующая электрическая мощность возрастет в 2 раза. Результаты измерений показали, что f0 сдвоенных 6ГД-2 имеет промежу-
точное значение между f01 и f02 , Qn также имеет промежуточное значение как
151
для параллельного так и последовательного электрического включения (при последовательном включении Qn несколько выше — 0.61 и 0.64 соответствен-
но). Таким образом, 6ГД-2 удачно подходят для сдваивания, поэтому мы и использовали такое включение в описываемых АС. ГГ установлены сверху, верхняя ГГ — магнитом вверх, в максимальной близости от экрана для получения круговой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости и сопряжения с СЧ–ВЧ секцией. Объем закрытого корпуса составляет 100 дм3 , он выполнен из материала с высоким декрементом затухания – MDF – плиты толщиной 18 мм, усилен ребрами жесткости и полностью заполнен звукопоглотителем. Экран изготовлен из того же материала толщиной 16 мм, АС закрыты сверху съемным каркасом в виде усеченной пирамиды, обтянутым акустически прозрачной тканью и продолжающим форму корпуса.
Схема разделительных фильтров представлена на рис. 5.54.
В схеме использованы конденсаторы К-78 и «Solen» Fast PA, катушки индуктивности намотаны медным проводом диаметром 1.2 и 0.5 мм. Частоты раздела — 280 Гц и 3.2 кГц. Частотная зависимость |Z| АС приведена на рис. 5.55.
Основные технические характеристики АС: номинальная мощность — 25 Вт; паспортная мощность — 50 Вт; номинальное сопротивление — 4 Ом; диапазон воспроизводимых частот 25–35000 Гц; уровень характеристической чувствительности — 89 дБ; габариты — 1350х48х48 см; масса — 26 кг.
Рис. 5.54. Схема разделительных фильтров АС на рис. 5.49
152
Рис. 5.55. Частотная зависимость |Z| АС на рис. 5.49
Еще одна конструкция «Isobaric» на 6ГД-2 приведена на рис. 5.56. Здесь ГГ установлены одна за другой максимально близко друг к другу,
но так чтобы диффузор задней при колебании не касался магнита передней, смонтированы герметично в толстом кольце и включены в фазе. СЧ и ВЧ излучатели, купольные 20ГД-1 и 10ГД-20 извлечены из АС «Эстония» 35АС-021, где вместе со штатной плоской и сотовой НЧ ГГ 35ГД – 1С разместился вполне грамотный лабиринт (об этом позже). Купольная СЧ ГГ 20ГД-1 была доработана, вообще нам представляется несмотря на красоту, не совсем удачным применение купольных СЧ в 3-х полосных АС, особенно, в сочетании с бумажным, коническим, диффузорным НЧ излучателем. Такие ГГ на много ближе к ВЧ ГГ как по конструкции, внешнему виду и параметрам, например, f0 20ГД-1 в ис-
ходном состоянии составят 1100 Гц, что очень высоко. Получается, чтобы оставить НЧ ГГ в поршневом режиме и не собирать не нужных искажений, надо вводить еще одну полосу — «midbass» излучатель и запускать его с 300–400 Гц до минимум 2 кГц в случае 20ГД -1. Затем идет 20ГД-1 и потом, когда-то ВЧ ГГ, вот и вопрос: а зачем он тогда вообще нужен? В случае «Эстонии» с плоским жестким НЧ излучателем применение купола вполне возможно, но fр =1
кГц в этих АС все равно не совсем удачна. Но поскольку излучатель есть, его надо куда-то девать, вот мы его и вставим вместе с 10ГД -20 и блоком 2-х 6ГД-
2 в 54 корпуса немецких АС «Orion» HS500 Hi-Fi Professional (рис. 5.57).
153
Рис. 5.56. Схема «Isobaric» АС на основе 6ГД-2 в корпусе «Orion» HS500
Рис. 5.57. АС типа «Isobaric» в корпусе «Orion» HS500
Схема разделительных фильтров и частотная зависимость |Z| приведены на рис. 5.58 и 5.59.
154