Рупорная акустическая система с усилителем – ЧАСТЬ 1

January 20, 2015 by admin Комментировать »

А. Богомолов, Израиль

На WEB-страницах, посвященных акустическому оформлению громкоговорителей, иногда встречаются рупорные системы. Они отличаются своим необычным внешним видом и непомерной ценой. Сложность изготовления рупора и применение дорогих широкополосных динамиков ставят эти системы на недосягаемую для конструкторов и любителей музыки высоту. А те немногие счастливчики, которым удалось послушать высококачественную рупорную акустику, говорят: «Кто хоть однажды это слышал, тот не забудет никогда».

Как же послушать это чудо? Для самоделыциков этот вопрос приобретает особый смысл. Будем изготавливать свой собственный рупор!

Мой первый рупор

Известны следующие соотношения между резонансной частотой и полной добротностью, по которым классифицируются головки.

1.   Fj/Qb < 30 (F, — резонансная частота, QB — полная добротность). Головки этого типа имеют низкую добротность и лучше всего работают в открытом корпусе и экране. К этому типу относится большинство бытовых головок для магнитофонов и другой носимой техники. Добротность их довольно высока, QB > 1,2.

2.   FJQa < 50. Это так называемые компрессионные головки с тяжелыми диффузорами и мягким подвесом. В закрытом ящике такие головки обеспечивают наименьшую неравномерность АЧХ. Оптимальная добротность головки для такого применения QB = 0,7.

Р,/0В < 85. По виду они выглядят практически так же, как и го ловки для закрытых ящиков, но оптимальным оформлением является фазоинверторное. Наименьшую неравномерность АЧХ обеспечивают головки с Qb = 0,39.    (

3.   F^Qb <105. Это головки для полосовых резонаторов, бандпаов. Так обычно оформляются сабвуферы.

Головки для применения в рупорных системах разрабатываются специально. В качестве излучателя в конструкции широкогорлых рупорных громкоговорителей применяются низкодобротные электродинамические головки, QB < 0,4.

Рупором называют трубу с переменным сечением и жесткими стенками.

На .практике применяют рупорные громкоговорители двух типов: широкогорлые и узкогорлые. Входное отверстие имеет площадь, близкую к площади основания конуса головки. Поэтому их и называют широкогорлыми. Есть и узкогорлые рупоры, они соединяются с головкой через камеру, играющую роль акустического трансформатора. Применение рупора, нагружающего подвижную систему громкоговорителя очень сильно (в добрый десяток раз) улучшает КПД последнего и таким образом дает возможность получить достаточную величину звукового давления и громкость при сравнительно небольшой мощности усилителя. Для тех, кому слово «рупор» напоминает алюминиевую воронку, в которую кричит капитан, предложим более лаконичное слово — горн. В дальнейшем будем пользоваться именно этим термином, принятым в среде производителей акустических систем.

Размеры горна тесно связаны с нижней воспроизводимой частотой. Не стоит и думать об изготовлении в домашних условиях горна с нижней частотой 20 или 30 Гц. Длина волны на нижней границе звукового диапазона превышает 10 метров, а размеры горна должны быть еще больше. Выбор нижней частоты является ответственным моментом проектирования. При этом нужно учитывать множество факторов, начиная от собственных технологических возможностей, габаритов комнаты прослушивания, параметров головки и заканчивая общей концепцией системы.

Большое влияние на чувствительность и благозвучность горна оказывает его форма. В настоящее время известны конические, гиперболические, параболические и экспоненциальные конструкции. Все они имеют свои преимущества и недостатки, но последние считаются самыми музыкальными. В 1926 г. английский инженер Питер Войт (Peter Voigt) нашел кривую, впоследствии названную .трактрисой.

ТРАКТРИСА (новолат. tractrix, от лат. tractus — вытянутый) — плоская трансцендентная кривая, для которой длина отрезка МР касательной от точки касания М до точки Р пересечения с данной прямой (осью) есть величина постоянная. Являясь разновидностью экспоненты и сохраняя все ее преимущества, трактриса позволила уменьшить длину гбрна и сделать колонки более компактными практически без ухудшения параметров. Именно Войту мы обязаны тем, что эта технология до сих пор успешно внедряется в моделях для домашнего применения.

Однако, несмотря на это открытие, колонки все равно получаются более громоздкими, сложными в изготовлении и значительно более дорогими, чем традиционные закрытые ящики и фазоинверторы. Высокая стоимость обусловлена еще и тем, что расчет горна крайне сложен. Все существующие методики дают приближенные результаты, а кроме того, невозможно с первого раза правильно выбрать параметры, закладываемые в формулы для компьютерных программ. Многие из них определяются экспериментально, почти на законченном изделии. Можно себе представить, во что обойдется, такой метод, когда каждый раз приходится изготавливать чрезвычайно сложную деревянную конструкцию, меняя в ней лишь один элемент. Любое, даже самое незначительное отклонение может кардинально изменить или даже полностью «убить» звук.

Программа, с помощью которой мы будем производить расчеты, называется Tractrixl2. Ее можно без труда найти в Интернете. Выби-

Таблица 2.1

Длина (мм)

Радиус (мм)

Длин^1 (мм)

Радиус (мм)

0

182,5

130

68,2

10

156,3

140

64,4

20

142,1

150

60,7

30

130,9

160

57,3

40

121,3

170

54,1

50

113,0

, 180

51,1

60

105,5

190

48,3

70

98,7

200

45,6

80

92,6

210

43,1

90

86,9

220

40,7

100

81,7

230

38,5

110

76,9

240

36,4

120

72,4

250

34,4

раем нижнюю частоту горна 300 Гц и входное отверстие, равное 3 дюймам. В табл. 2.1 приведены радиусы сечений горна на различных удалениях от выходного отверстия.

Точность 0,1 мм — для тех, у кого есть токарный станок. Измерения при изготовлении горна делать довольно неудобно, поэтому при ручной обработке будет возникать погрешность, с которой придется смириться.

Длина горна, как видно из таблицы, составляет 250 мм. Входное отверстие горна соответствуют трехдюймовому динамику, то есть такому, у которого диаметр диффузора около 75 мм. У него даже нет названия, на торце магнита есть надпись, 4 ohm, 5 W. Такие головки устанавливают в компьютерных АС. Тип или название не имеют особого значения, главное, чтобы она была широкополосной. Сечение и возможные разновидности оформления приведены на чертежах (рис. 2.1, а, б).

Материалом для изготовления горна может быть древесина или пластик; в литературе встречались фотографии горнов, выдолбленных в камне или отлитых из бетона. Если нет подходящего полена, можно предложить другой способ изготовления.

Для изготовления каркаса горна нам потребуется пенопласт плотностью не менее 30 кг/м3. Из всех разновидностей пенопласта необ-

а)                                                                       б)

Рис. 2.1. Возможные варианты исполнения

Рис. 2.2. Использование электродрели в качестве токарного станка ходимо выбрать наиболее прочный. Он должен иметь мелкопористую структуру, не крошиться при надавливании на кромку. Пузырьки в структуре пенопласта должны быть не более 3…5 мм. При резке ножом должна оставаться ровная и гладкая поверхность. В качестве токарного станка удобно использовать электродрель с регулируемыми оборотами (рис. 2.2, а, б).

Берем заготовку толщиной 250 мм, на ней чертим окружность диаметром 380 мм. При помощи полотна ножовки вырезаем цилиндр. Это наша болванка. Вырезаем из фанеры две шайбы диаметром 60 мм. В центре болванки и шайб сверлим отверстие диаметром

10..             .12 мм под шпильку, на которой будет обрабатываться деталь. Шайбы нужны для того, чтобы пенопласт не деформировался и не прокручивался на Шпильке. Собираем всю заготовку, стягиваем гайками и зажимаем в патрон дрели. В качестве резца можно применять нож, напильник, наждачную бумагу, обернутую вокруг деревянного бруска или обломанное ножовочное полотно. Медленно повышаем обороты, центрируем и подбираем лучшую точку зажима. Увеличиваем обороты и обрабатываем заготовку по размерам чертежа.

При шлифовке пенопластового каркаса начинаем с наждачной бумаги № 2, потом № 1 и наконец доводим «нулевкой». В месте крепления динамика эпоксидкой приклеиваем фанерное кольцо. Можно прикрепить динамик и даже попробовать включить и послушать. Изменения и необычность звука слышны и на таком полуфабрикате.

Любопытно, что частоты ниже 600 Гц становятся «плавающими». Они появляются и исчезают в зависимости от местоположения горна и ориентации его относительно окружающих поверхностей. Например, в углу комнаты или у стены «низа» есть, а если держать горн в руке в центре комнаты — их нет. Секрет прост. Пенопласт, вследствие своей невысокой плотности, имеет низкий коэффициент отражения звука. Для низких частот он прозрачен. Необходимо армировать внутреннюю поверхность горна более плотным материалом. Выбираем самоклеющуюся алюминиевую фольгу. По каталогам фирм в интернет-магазинах она называется Aluminium-Foil Таре (лента алюминиевой фольги). Толщина фольги на бумажной подложке 30 микрон. Длина в рулоне 45 метров, ширина 50 мм. Стоит такой рулон $5. Если нет возможности приобрести этот очень удобный материал, придется искать другую фольгу и клеить ее нерасгвяющим пенопласт составом. Фольгу следует нарезать трапециевидными лоскутками и приклеить, тщательно проглаживая ее поверхность (рис. 2.3, а, б).

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