Рупорная акустическая система с усилителем – ЧАСТЬ 2

November 25, 2014 by admin Комментировать »

а)

б>

Рис. 2.3. Внешний вид готового горна из пенопласта

Применение фольги — это удачный компромисс. Имея ничтожный вес, большую плотность и высокое акустическое сопротивление, она точно копирует внутреннюю поверхность горна. При-этом полностью отсутствует металлический призвук, характерный для рупоров, сделанных из металла. Если все же не удастся найти подходящую фольгу, можно обработать поверхность грунтовкой с последующим покрытием лаком. Лак не должен растворять пенопласт. (Обратную сторону головки закрываем колпаком, его форма и размеры подбираются экспериментально по вкусу и лучшему качеству воспроизведения. Для тех, кто хочет закрыть головку «фирменным» хвостом трактрисы, привожу его размеры, табл. 2.2. .

Таблица 2.2. Сечения хвоста трактрисы

Длина (мм)

Радиус (мм)

Длина (мм)

Радиус (мм)

260

32,6

390

15,9

270

30,8

400

15

280

29,1

410

14,2

290

27,6

420

13,5

300

26,1

430

12,7

310

24,7

440

12,1

320

23,3

450

11,4

330

22,1

460

10,8

340

20,9

470

10,2

350

19,8

480

9,7

360

18,7

490

9,2

370

17,7

510

8,7

380

16,8

520

8,2

Вот теперь можно включать, слушать, экспериментировать, сравнивать. Даже такая простая система позволяет почувствовать большую разницу в характере воспроизведения звука между традиционными и рупорными АС. Что же мы слышим? Частоты ниже 300 Гц, как и следовало ожидать, воспроизводятся слабо. Зато средние частоты вплоть до 10 кГц и выше — просто песня. Первое, что хотелось бы отметить, — высокая детальность и динамика музыкального вороизведения. При прослушивании хорошо знакомых записей на этой АС появлялись новые звуки, фрагменты, которые раньше были незаметны. Исчезли призвуки, исполнение стало «чище». Стало возможным различать отдельные инструменты, даже если они звучат очень тихо на общем фоне. Создавалось впечатление, что звук просто «выливается» из горна, не встречая на своем пути никакого сопротивления.

После многочисленных экспериментов было решено перейти к более качественной конструкции. От простого — к сложному.

Граммофон — это не роскошь, а источник звука

Конечный результат работы приведен на фотографиях (рис. 2.4, 2.5). Конструкция представляет собой активную АС, состоящую из горна, сабвуфера и усилителя. АС стилизована под старинный граммофон.

Рис. 2.4. Внешний вид активной рупорной акустической системы

Рис. 2.5. Внешний ввд лампового усилителя и сабвуфера

Горн

Для расчета сегментов горна воспользуемся все той же Tractrixl2. Выбираем нижнюю частоту 230 Гц, длину горна 80 см, количество граней 12. Материалом для изготовления горна служит трехслойная фанера, ее толщина 3 мм. Получаем таблицу размеров сегментов, табл. 2.3.

Таблица 2.3. Размеры сегментов горна

Рис. 2.6. Основные размеры сегментного горна (а, б) н шаблон сегмента (в)

Для наглядности приведем рисунок, поясняющий размеры сегментного горна (рис. 2.6, а, б).

По размерам, приведенным в таблице, вырезаем из плотного картона шаблон сегмента длиной 40 см (рис. 2.6, в).

Для черчения шаблона пользуемся значениями Хр^ и b из табл. 2.3. Шаблон нам необходим Для точной разметки вырезаемых сегментов. На листе фанеры, обводя шаблон, чертим двенадцать сегментов горна. При такой длине горна входное отверстие будет соответствовать диаметру тревдюймового динамика. Фаска сегмента, для плотного прилегания к соседним сегментам, должна иметь наклон 15 градусов. Полотно электролобзика необходимо наклонить на этот угол и резать фанеру под этим углом. Изготовив 12 сегментов и внимательно осмотрев их, переходим к следующей операции.

Далее для изготовления горна необходимо сделать приспособление (рис. 2.7). Эго оснастка для сдавливания горна в осевом направлении и придания ему нужной формы.

Сегменты горна нумеруются и вставляются в оснастку. На верхнюю часть надеваем обжимные 12-гранные кольца. Металлические стяжные хомуты типа «поросячий хвост» применять не рекомендуется:

Рис. 2.8. Конструкция стяжного хомута

они сильно деформируют поверхность. Кольца изготавливаются из 6-мм фанеры (рис. 2.8). Отверстие должно быть двенадцатигранным. Поверхность внутреннего торца имеет небольшой наклон для лучшего прилегания к телу горна. Трех колец разного диаметра будет достаточно.

Медленно затягиваем верхнюю гайку, сегменты при этом начнут прогибаться, занимая правильное положение. Верхняя часть горна получится сразу, кольца быстро ее сформируют. Тяжелее всего фанера гнется у основания горна, где максимальный диаметр и крутой изгиб. Это место обрабатывается по кругу паром. Пар из чайника по шлангу подается к изгибаемой поверхности. Фанера, пропарившись, становится податливой и постепенно принимает нужную форму. Парить сегменты надо не спеша и по кругу.

Необходимо постоянно контролировать процесс формовки и поправлять тонким лезвием торцы сегментов. Они должны прилегать друг к другу плотно, без видимых на глаз щелей. После формирования даем просохнуть телу горна в сжатом состоянии и наносим с внешней стороны эпоксидный клей. Проклеиваем грани и линии стыка. Необходимо следить за тем, чтобы не приклеить горн к основанию. Через 24 часа откручиваем гайку и вынимаем горн. Еще раз проклеиваем с обеих сторон линии стыка сегментов. После высыхания клея обрабатываем поверхность наждачной бумагой. После Стягивания и склеивания горн в оснастке имеет вид, как на рис; 2.9.

Рис. 2.9. Внешний вид склеенного горна

Рис. 2.10. Изготовление тыльной части горна

Таким же образом изготавливаем хвост горна. Его размеры начиная с 400 мм-приведены’ в табл. 2.3. Для этого придется изготовить еще один комплект оснастки: опорную шайбу, стягивающие кольца, шаблон и т. д. Линейные размеры хвоста не имеют резких перепадов и его изготовление будет простым и приятным. Длина собранного горна составляет 80 см и для уменьшения его линейного габарита закручиваем хвост в полукольцо. Для этого надо разрезать хвост под углом, перевернуть отрезанную, часть на 180 градусов и приклеить встык (рис. 2.10). Для начала лучше проделать это на бумажной модели с помощью ножниц. Так можно подобрать оптимальные расстояния и углы.

В конец хвоста вставляем небольшую поролоновую пробку и приклеиваем декоративный колпачок. После того как все детали горна будут отшлифованы, их можно обработать морилкой и покрыть бесцветным лаком не менее трех раз.

Элёкгродинамическая головка

В качестве электродинамической головки уже не подходит динамик «без рода и племени». Нужен источник посолиднее. Выбираем широкополосный трехдюймовый Fostex FE87E. На Madisound.com он стоит $28, без доставки. Поверьте, он того стоит: ювелирное исполнение, амплитудно-частотная характеристика линейна от 120 Гц до 30 кГц; по всем параметрам он как раз подходит для нашей конструкции. Динамик устанавливается между двух деревянных шайб, приклеенных к торцам горна и его хвоста. Внешний вид готового горна представлен на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Внешний вид собранного горна

После сборки можно измерить амплитудно-частотную характеристику получившейся акустической системы. Для этого используется измерительная аппаратура фирмы «АСО». Она состоит из полудюймового микрофона, высоковольтного интерфейса «Acoustical interface Caution-200» й акустического калибратора. Данные обрабатывались в SpectraLAB. Разрешение спектрального анализа 1,4 Гц. Количество точек FFT-32768, Sampling Rate (частота дискретизации) — 44100 Гц. На рис. 2.12 представлены результаты измерения АЧХ.

Рис. 2.12. АЧХ горна по измерениям в SpectralAB

Измерения проводились в закрытом помещении, при подводимой мощности 1 Вт и на расстоянии 1 м. Форма измерительного сигнала — синус, частота плавно изменялась в диапазоне 20 Гц — 20 кГц. Последовательно с динамической головкой подключен неполярный конденсатор 22 мкФ. При измерении на белом или розовом шуме характеристика приобретает вид ровной линии.

Корпус

Корпус сабвуфера, в котором размещен усилитель и акустический полосовой фильтр имеет не менее сложную и интересную конструкцию. Он изготовлен из 10-мм фанеры в виде двенадцатигранного цилиндра, рис. 2.13.

На дне корпуса находится низкочастотная головка производства JBL. Корпус представляет собой несимметричный полосовой фильтр шестого порядка. Он имеет крутизну характеристики 4-го порядка в области низких частот и 2-го порядка в области высоких частот. Такая конструкция называется бандпасс и состоит из двух камер. Первая камера имеет два порта фазоинвертора и настроена на частоту 50 Гц (рис. 2.13, а, б), в ней размещена низкочастотная головка. Вторая камера представляет собой объем, заключенный между дном корпуса и плоской поверхностью, на которую устанавливается вся систе-

«)

б)

Рис. 2.13. Корпус сабвуфера и усилителя

Рис. 2.14. Корпус в разрезе

Рис. 2.15. Внешний вид корпуса в сборе ма. Высота ножек корпуса регулирует объем второй камеры, а их ширина и количество — площадь кольцевой щели. Объем второй камеры позволяет управлять значением верхней частоты фильтра. На чертеже рис. 2.14 представлены габаритные размеры и ключевые объемы. На рис. 2.15 показан внешний вид корпуса в сборе.

Усилитель

Усилитель собран по классической пентодной двухтактной схеме (рис. 2.16). В качестве фазоинвертора используется межкаскдцный трансформатор. Платой за простоту является низкое входное сопротивление усилителя, 600 Ом, поэтому он должен работать от достаточно мощного источника. Если важно иметь стандартное входное сопротивление усилителя 47 кОм, то можно собрать фазоинверторный каскад на дополнительной лампе по любой из широко известных схем.

Выходной трансформатор размещен на верхней крышке корпуса, силовой и межкаскадный — на дне корпуса. На внутренней стороне верхней крышки привинчена фолыированная стеклотекстолитовая пластина. Эта пластина служит своеобразным экраном, к ней припаы все «земляные» цепи. Трансформаторы максимально удалены друг от друга, и оси их катушек расположены вдоль взаимно перпендикулярных плоскостей.

Поскольку весь комплекс выдержан в старинном стиле, усилитель был собран из деталей старого английского радиоприемника. Тем не менее он будет прекрасно работать и на современных деталях. У ламп 6K6-GT нет отечественного аналога, но это не имеет принципиального значения. Без изменения режимов и параметров на этом месте могут работать 6V6 или 6П6С. Оптимальное анодное сопротивление для них при анодном напряжении 285 В составляет 8 кОм. Ток анода следует установить в пределах 35…40 мА. Напряжение между сеткой и катодом при этом составит около 15 В. Пара ламп может отдать в нагрузку до 10 Вт. Если повысить напряжение питаний до 350…400 В, то можно применить и 6ПЗС, а также 6П7С или Г807.

Блок питания должен обеспечивать следующие напряжения: два накальных — 5 В (2 А) и 6,3 В (1 А) и одно постоянное, 285 В (100 мА).. Если использован двухполупериодный кенотронный выпрямитель, то анодная обмотка должна обеспечивать напряжение 300 + 300 В при токе 60…70 мА. Габаритная мощность трансформатора равна 60 Вт.

Как извертно, силовые трансформаторы для аудио должны иметь пониженную’ магнитную индукцию. Поэтому можно использовать Ш20х40 с окном 20 χ 50, который при обычных применениях имеет мощность около 80 Вт.

Рис. 2.16. Принципиальная схема усилителя

Силовой трансформатор имеет следующие обмотки:

1)    1218 витков диаметром 0,4 мм;

2)     экранная обмотка — 1 слой провода 0,2…0,4 мм;

3)     1835 + 1835 витков диаметром 0,2 мм;

4)     39 витков диаметром 0,71 мм;

5)     31 виток диаметром 1,0 мм.

Изоляция между первичной и экранной обмотками выполняется кабельной бумагой. Двух слоев толщиной 0,08 мм будет достаточно. Можно применить лавсановую пленку. Общая толщина лавсановой изоляции должна быть не менее 0,1 мм. Экранная обмотка служит для уменьшения помех, проникающих из сети. Она выполняется либо в виде одного слоя обмоточного провода, либо в виде одного незамкнутого витка из тонкой фольги. Экран подключается к корпусу устройства.

Высоковольтная обмотка изолируется также кабельной бумагой в 2—3 слоя. При укладке многослойных обмоток следует применять межслойную изоляцию из конденсаторной бумаги (толщиной 0,02 мм) или лавсановой ленты.

Если мотать накальные обмотки виток к витку, то они не займут слой целиком, что нежелательно. Поэтому их нужно мотать рыхло, с небольшим шагом. Изоляция между двумя накальными обмотками должна быть рассчитана на 500 В, то есть те же 2 слоя бумаги.

Пропитывать катушку трансформатора можно в парафине или в любом масляном лаке. Бумажная изоляция пропитывается очень хорошо, пленочная — значительно хуже.

Выходной трансформатор намотан на таком же сердечнике Ш20х40, толщина пластин 0,35 мм. Первичная обмотка имеет 4100 витков и разделена на 4 секции, которые соединяются последовательно: 550 + 1000 + 1000 + 550· (табл. 2.4). В верхнем плече по схеме использованы 1 и 5 секции, в нижнем — 3 и 7. В промежутках между секциями первичной обмотки размещены секции 2, 4, 6 вторичной обмотки, работающей на широкополосную головку. Все три соединяются параллельно. Обмотка 8 для сабвуферной головки мотается последней. Сердечник собирается вперекрышку. Пропитывать его лучше целиком, после проверки.

Таблица 2.4. Намотка выходного трансформатора

В качестве входного трансформатора использован выходной трансформатор от лампового звукового генератора. Он включается «наоборот», низкоомной обмоткой на вход, а бывшая первичная обмотка подключена к сеткам. Его коэффициент трансформации по напряжению равен примерно 5. Это значит, что для получения максимальной мощности входное напряжение должно быть около 2 В эфф.

При подборе входного трансформатора из числа доступных следует учесть, что обычные линейные (600-омные) трансформаторы здесь не подойдут, так как они рассчитаны на-уровень 0,775 В. Наилучшим вариантом будет самостоятельное изготовление. Обычно входные трансформаторы наматываются на кольцевых пермаллоевых сердечниках. Высокая проницаемость позволяет обеспечивать нужную индуктивность обмотки при небольшом количестве витков. По понятным причинам, такие сердечники малодоступны, поэтому можно использовать обычный стальной Ш или ШЛ сердечник с пластинами толщиной не более 0,35 мм. Минимальный размер сердечника, при котором обмотка будет иметь разумное количество витков, — Ш16х25. Такой типоразмер имеют выходные трансформаторы от ламповых телевизоров.

Первичная обмотка имеет 5 секций по 850 витков, соединенных параллельно. Вторичная — 2200 + 2200 диаметром 0,14 мм. Вся вторичная обмотка разбита на б секций, соединенных последовательно. Схема намотки приведена в табл. 2.5.

Таблица 2.5. Намотка входного трансформатора

Изоляция между обмотками может быть выполнена из тонкой конденсаторной бумаги. Такую же нужно прокладывать при намотке секций, через каждые два-три слоя провода.

Сердечник собирается без зазора, вперекрышку. Входной трансформатор можно не пропитывать.

Возможно, многим покажется неоправданным применение лампового усилителя в этой конструкции. Конечно, изготовить транзисторный, а то и интегральный усилитель проще. Но дело даже не в стилевом решении. Пентодный усилитель имеет довольно высокое выходное сопротивление, несколько Ом. Во многих случаях это улучшает линейность электроакустического преобразования динамиком, подключенным непосредственно к выходу усилителя.

Результаты прослушивания

При использовании монофонического усилителя говорить о стереопанораме или ширине сцены не приходится, да и в глубину сцена не может быть эшелонирована из-за отсутствия в звуке фазовой компоненты. Однако, как ни странно, звучание этого моноблока дает достаточно четкую «картинку» звука. Вообще, монозвук является нетривиальным явлением, не зря же некоторые «зубры» аудиофилии увлекаются им и находят в нем нечто новое и важное.

Интересно, что при весьма приличной громкости можно свободно разговаривать, музыка не мешает говорить. Как будто звуковая информация поступает по двум независимым каналам: один — музыка, а второй — речь. Не знаю, характерно ли это вообще для рупорной акустики или только конкретно для данного аппарата — но эта особенность показалась мне весьма приятной.

На выходе горна фронт звуковой волны выпрямляется и становится плоским. В луче горна (это зона шириной примерно SO градусов) звуковое давление распределено равномерно. По диагонали комнаты, на шестиметровом удалении, уменьшение громкости на слух очень незначительно. Интересный эффект получается на открытом пространстве. Во дворе граммофон можно направить на определенный сектор, при этом музыка будет слышна только в этом секторе, абсолютно не мешая соседям. Можно входить и выходить из луча звука.

Возможно, из-за отсутствия фазовых искажений звук совершенно не утомляет, он как бы живет сам по себе, вокруг тебя и независимо от тебя. При том, что слышно достаточно много подробностей, совершенно не хочется анализировать звук — высокие, низкие, середина…

Известно, что для восприятия не менее важен и зрительный канал. При прослушивании часто приходится смотреть на источник звука в надежде получить дополнительную информацию. Вид старинного граммофона, необычность и объемность его форм гипнотизируют и завораживают. Хочется подойти поближе и понять, как он ТАК звучит? Обманутое сознание подсказывает, что «это» не может так звучать, но, слушая, убеждаешься в обратном, искренне удивляясь. Особый эффект вызывает видимое отсутствие низкочастотного динамика, кажется, что весь спектр частот излучает ropjH. Низкие частоты, вследствие большой длины волны плохо поддаются локации, и понять, откуда они берутся, затруднительно.

Музыка увлекает, и при прослушивании хочется только одного расслабиться и слушать, с чашечкой кофе и сигаретой. Больше всего выигрывает музыка, изначально предназначавшаяся для подобных средств звуковоспроизведения. Джаз, как инструментальный, так и акустический, — вот стихия этого аппарата. Рок звучит необычно, но не агрессивно, ведь трудно ожидать драйва от 3-дюймового динамика.

Для полноценного стереозвука нужен второй моноблок, тогда будет легче конкретизировать впечатления. Для поколения, выросшего на стереозвуке, именно он является эталоном.

В планах — конструирование новой системы, уже стерео, основной частью которой будет несомненно горн. На разработку и конструирование граммофона ушло полгода. Эта модель предназначалась для экспериментов и проверки нетрадиционных идей. В таком нелегком и увлекательном занятии мне помогал советом и расчетами Евгений Васильченко. Большое ему спасибо!

С нетерпением жду от Вас, дорогой читатель, продолжения этого увлекательного эксперимента.

Уверен, что откроются новые интересные особенности и возможности.

Источник: Под редакцией А. Я. Грифа, Оригинальные схемы и конструкции. Творить вместе! — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 200 с.: ил. – (Серия «СОЛОН – РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ», вып. 23)

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты