Прості гучномовці

У тих випадках, коли гучномовець з необхідними характеристиками придбати не представляється можливим, його доведеться виготовити самостійно. Для цього буде потрібно одна або кілька однотипних динамічних головок і порівняно нескладне акустичне оформлення - дерев'яний ящик. В аматорських умовах краще всього використовувати широкосмугові динамічні головки. Гучномовці з широкосмуговими динамічними головками простіше у виготовленні, ніж гучномовці, в яких використовують кілька різних головок. Правда, саморобні гучномовці на базі широкосмугових головок мають робочий інтервал відтворюваних частот вже, приблизно від 50-60 Гц до 14-16 кГц.

Останнім часом розроблені і випускаються промисловістю широкосмугові головки, на базі яких можна побудувати однополосні гучномовці з дуже широким робочим діапазоном частот.

Зовні гучномовці як промислового виробництва, так і саморобної найчастіше оформляють у вигляді .паралелепіпеда. Лицьову панель драпірують нещільної бавовняної або синтетичною тканиною. Ящик гучномовця виготовляють з дощок або деревостружкових плит товщиною 15-20 мм.

Для саморобних гучномовців можна використовувати динамічні головки, перелік і характеристики яких наведені в таблиці. Перші цифри в позначенні головки вказують на її номінальну потужність.

Вибір головок і їх числа в гучномовці визначається його призначенням і необхідної номінальною потужністю. При цьому необхідно мати на увазі і номінальний опір головки, і опір гучномовця в цілому. Якщо в ньому передбачається використовувати тільки одну головку, її номінальна потужність повинна бути не менше номінальної потужності підсилювача НЧ, з яким гучномовець буде працювати, а опір головки повинні бути не менше мінімального опору навантаження підсилювача. Як показує практика, найкраще для такого гучномовця підходить четырехваттная головка 4ГД-4, 4ГД-35 або 4ГД-36. В крайньому випадку можна використовувати головку ЗГД-38Є.

Конструкції гучномовців
Таблиця 1

Потрібно відзначити, що динамічні головки витримують значні перевантаження по потужності, що підводиться. Так, головки нових розробок ЗГД-38Є, 4ГД-35, 4ГД-36 в паспорті мають і такий параметр, як паспортна потужність. Паспортна потужність головки ЗГД-38Є - 5 Вт, а головок 4ГД-35 і 4ГД-36 - Вт. За кордоном аналогом паспортної потужності головок є їх максимальна потужність.

Але незважаючи на наявний запас механічної міцності, не слід перевантажувати голівку, оскільки при цьому рівень нелінійних спотворень звукового сигналу помітно підвищується. Зазвичай коефіцієнт нелінійних спотворень головки на номінальній потужності не перевищує 5-10%. При досягненні паспортної потужності коефіцієнт нелінійних спотворень може досягти значення, коли вони стають помітними на слу х.

У тих випадках, коли потрібно створити гучномовець номінальною потужністю більшою, ніж допускає одна головка, встановлюють кілька однакових головок (зазвичай дві - чотири), електрично з'єднаних між собою послідовно, паралельно або змішане. Номінальна потужність такого гучномовця дорівнює сумі номінальних потужностей головок.

Було б помилкою вважати, що наявність навіть найкращих головок гарантує високу якість гучномовця. Для цього необхідно підібрати відповідне акустичне оформлення, тобто оптимальну для цих головок конструкцію скриньки гучномовця. Крім лицьовій панелі, на яку встановлюють головку або кілька головок, бічних, задній, нижній і верхній панелей, конструкція ящика може включати в себе і внутрішні перегородки, різні поглинаючі покриття та інші деталі. Існує кілька різновидів акустичного оформлення гучномовця, мають свої особливості конструкції, переваги і недоліки.

В першу чергу загальна конструкція гучномовця визначається числом його головок. Якщо головок в ньому кілька і вони розміщені близько одна до іншої, то такий гучномовець називають груповим випромінювачем. Назва це означає, що на нижчих частотах і частково на середніх дифузори головок коливаються майже синфазно, з-за чого акустична віддача гучномовця збільшується. На найнижчих частотах збільшення віддачі кратно числу головок.

Цю особливість групових випромінювачів давно і ефективно використовують у професійній звукопідсилювальної техніки, наприклад, у кінотеатральних установках, а останнім часом і в аматорських конструкціях. Робочий інтервал відтворюваних частот таких гучномовців розширено знизу порівняно з гучномовцями з однією головкою. Разом з цим ефективність відтворення нижчих частот. Багато в чому залежить від розмірів і конструкції скриньки гучномовця. У середньому можна вважати, що для пониження нижньої межі робочого інтервалу відтворюваних частот потрібно збільшувати розміри скриньки.

Тим не менш відомі конструкції гучномовців, які при відносно невеликих зовнішніх розмірах скриньки мають дуже мале значення нижчої поточної частоти. На рис.1 представлені різні варіанти конструкції акустичного оформлення для одного головки. Гучномовці з кількома голівками можуть бути влаштовані таким чином. Найпростіший варіант являє собою ящик без задньої стінки (рис. 1,а). Головка встановлена на передній панелі ящика раскрывом дифузора вперед, у напрямку до слухача. Звукові коливання, що порушуються тильною поверхнею дифузора, знаходяться в протифазі з коливаннями від передній його поверхні. Для того, щоб корисні акустичні коливання від передньої поверхні дифузора не були придушені внаслідок накладення на них коливань від тильної поверхні, ящик повинен бути настільки глибоким, щоб акустичні хвилі від тильної сторони дифузора досягали площини передньої панелі з певною затримкою в порівнянні з прямими хвилями, тобто зі зсувом по фазі. На самій низької відтворної частоті цей зсув повинен становити 90°, для більш високої частоти він буде великим.

Гучномовці без задньої стінки добре реалізують енергетичні можливості головки, але мають один недолік: на якість їх роботи впливає наявність стін та інших предметів, що знаходяться поблизу заднього отвору скриньки. Тому такі гучномовці доводиться встановлювати не ближче 30 - 40 см від стіни.

Від зазначеного недоліку вільні гучномовці із задньою стінкою або замкнуті гучномовці. Гучномовець може представляти собою герметизований ящик, на передній панелі якого встановлена динамічна головка (рис. 1,б). Щоб уникнути небажаних відбиттів звуку від внутрішньої поверхні ящика, її покривають товстим шаром звукопоглинального матеріалу (натуральної або мінеральної вати, вовни, повсті та ін). Але такого гучномовцю притаманний інший недолік-підвищення резонансної частоти приблизно в 2-3 рази і пов'язане з цим звуження робочого інтервалу частот. Цей недолік усувають застосуванням спеціальних компресійних головок, які мають дуже низьку власну резонансну частоту, всього 15-25 Гц. Після установки в замкнутий ящик їх резонансна частота збільшується до прийнятного значення: 50-60 Гц.


Puc.1

Компресійні головки, крім того, що вони відносно дорогі і дефіцитні, мають ще один великий недолік - низький ККД. Кращі компресійні головки розвивають стандартне звукове тиск не більше 0,1 Па тобто їх ККД приблизно в 4 рази менше, ніж у звичайних головок зі стандартним тиском 0,2 Па. Для роботи таких гучномовців потрібні великі потужності, зазвичай не менше 10-20 Вт, а гучність звучання при цьому буде не більше, ніж у гучномовця на 3-4 Вт з звичайними голівками. Але зате такий гучномовець буде мати порівняно малі розміри.

А чи не можна зробити гучномовець, вільний від зазначених недоліків? Можна! Це-гучномовець з фазоінвертором, пристрій якого показано на рис. 1,ст. Ст передньої панелі цього гучномовця є ще один отвір діаметром, близьким до площі розкриття дифузора головки або трохи меншим. Це отвір за формою може бути круглим або прямокутним. Отвір є гирлом труби-тунелі, прикріпленого зсередини ящика до передньої панелі.

Основною перевагою фазоінвертора є те, що акустичні коливання, виникаючи тильною поверхнею дифузора на виході з отвору на певних частотах виявляються у фазі з коливаннями, створюваними передньою поверхнею дифузора. В результаті ефективність роботи гучномовця істотно збільшується. Зазвичай підбирають розміри ящика (точніше - його внутрішній об'єм), перетин отвору фазоінвертора і довжину тунелю таким чином, щоб поворот фази на 180° тильного випромінювання головки відповідав частоті, близькій до резонансної частоті головки. При виконанні цієї умови відбувається розширення робочого інтервалу відтворюваних частот вниз.

Раніше робочу довжину тунелю фазообертача вибирали рівній товщині передній панелі ящика, тому динамічну головку узгоджували з фазоінвертором вибором площі отвору фазоінвертора і зовнішніх розмірів скриньки. В результаті гучномовці були дуже громіздкими. Зараз широко використовують у фазоинверторе тунель, який подовжує шлях акустичних хвиль перед виходом з ящика. Змінюючи довжину тунелю, можна досить точно підібрати параметри ящика гучномовця стосовно до конкретної голівці навіть при порівняно невеликих її розмірах.

Слід вказати, що точний розрахунок розмірів скриньки гучномовця з фазоінвертором дуже складний. Тому в аматорських умовах зручно користуватися номограммой, наведеною на рис. 2. Вона однозначно пов'язує між собою внутрішній об'єм ящика гучномовця, резонансну частоту динамічної головки, площа отвору фазоінвертора і довжину тунелю. Про те, як користуватися номограммой, буде розказано нижче, при розгляді конструкцій саморобних гучномовців.


Puc.2

Найбільш складні по влаштуванню гучномовці з лабіринтом (див. рис. 1,г) і з рупором (див. рис. 1,д). Тут так само, як і в фазоинверторе, використані коливання, виникаючи тильною стороною дифузора для збільшення віддачі на найнижчих частотах. Лабіринт збільшує довжину шляху, пробегаемого акустичною хвилею всередині скриньки. Характерною особливістю лабіринту є те, що площа його поперечного перерізу на всьому протязі залишається майже постійною. При цьому загальна довжина шляху звукової хвилі повинна бути дорівнює чверті довжини хвилі на найнижчій частоті робочого інтервалу частот, зазвичай рівній частоті власного резонансу головки. Розрахунок показує, що при резонансній частоті 80 Гц довжина лабіринту повинна бути дорівнює 1 м, при 40 Гц-2 м, при 20 Гц-4 м. Таким чином, на найнижчих частотах довжина лабіринту виходить значною.

В гучномовці з рупором також встановлено кілька перегородок для збільшення довжини шляху, прохідного акустичною хвилею, возбуждаемой тильною поверхнею дифузора, але при цьому поперечний переріз лабіринту не залишається незмінним, а збільшується по мірі наближення до вихідного отвору. Така конструкція лабіринту дозволяє порівняно плавно узгодити відносно високий тиск за головкою з атмосферним тиском на вихід рупора, що дає підвищення ефективності перетворення електричної потужності в акустичну на нижчих частотах. Довжина рупора повинна бути якомога більшою.

У радіоаматорський літературі можна знайти опис різних конструкцій гучномовців, але переважна більшість з них виконано у вигляді або закритого ящика з фазоінвертором, або закритого ящика з фазоінвертором, або групового випромінювача. Гучномовці з лабіринтом і рупором складні у виготовленні, потребують проведення складних розрахунків під конкретну головку, що ускладнює їх повторення в аматорських умовах. Нижче описані саморобні гучномовці з різним числом головок, здатні реалізувати енергетичні можливості підсилювачів НЧ, описи яких були наведені вище.

Гучномовці з однією головкою

На рис. 3 показані два варіанти конструкції передньої панелі гучномовця з фазоінвертором, в якому застосована або головка ЗГД-38Є, або 4ГД-4 4ГД-35, 4ГД-36 (розміри для цього варіанту подані в дужках). У першому варіанті гучномовця робочий інтервал частот простягається від 80 Гц до 12,5 кГц, а опір 4 Ом. У другого варіанту гучномовця нижня частота робочого інтервалу відповідає 35-60 Гц. Опір гучномовця також дорівнює 4 Ом (у деяких екземплярів головок 4ГД-36 опір дорівнює 8 Ом, що вказується в паспорті, що додається до голівці).


Puc.3

Слід зазначити, що тут вказані гарантовані межі частотного інтервалу, на практиці він зазвичай ширше і досягає 14 і 16 кГц.

Передню панель гучномовця можна виготовити з багатошарової фанери завтовшки 12-15 мм або деревностружкової плити товщиною 18-20 мм. Ящик роблять з того ж матеріалу і збирають на шурупах з обов'язковою проклейкою всіх швів. Краще всього використовувати казеїновий або синтетичний клей. Головку встановлюють на внутрішню поверхню передньої панелі і кріплять шурупами. Бажано підкласти під головку кільце з повсті або товстого сукна. Глибину скриньки визначають, виходячи з необхідного обсягу гучномовця, наявного матеріалу і естетичних міркувань. Для гучномовця з головкою ЗГД-38Є оптимальною є глибина 200 мм, а для 4ГД-4, 4ГД-35 і 4ГД-36 - 270 мм

Після складання ящика всі шви необхідно герметизувати шпаклівкою і клеєм. Зсередини до стінок потрібно приклеїти шар поглинаючого матеріалу товщиною 3-5 см з вати або вовняної тканини, простьобаний з одним або двома шарами легкої бавовняної тканини, наприклад, марлі, для того, щоб волокна і нитки не потрапляли на голівку. Тунель фазоінвертора можна виконати з фанери завтовшки 5 мм або з товстого жорсткого картону.

Знаючи розміри ящика і резонансну частоту головки, можна за номограмою рис. 2 визначити довжину тунелю таким чином, щоб забезпечити найкраще відтворення нижчих частот. Покажемо це на прикладах.

Нехай внутрішній об'єм ящика дорівнює 25 дм3, а перетин отвору фазоінвертора-0,84 дм2. Резонансна частота головки ЗГД-38Є дорівнює 80 Гц. Для знаходження довжини тунелю спочатку знаходимо точку перетину похилій прямій 80 Гц з вертикаллю, проведеної через відмітку 25 дм3. Потім з точки, відповідної перерізу 0,84 дм2, опускаємо вертикаль до перетину з горизонталлю, проведеної через раніше отриману точку. Точка їх перетину в зоні кривих Довжина тунелю дає шукане значення. Згідно з проведеним побудов, довжина тунелю повинна бути дорівнює 7 див.

Для гучномовця четырехваттной головкою внутрішній об'єм гучномовця дорівнює приблизно 48 дм3, перетин отвору фазоінвертора 1,3 дм2, а резонансна частота головки близька до 60 Гц. Аналогічні побудови на номограмою показують, що довжина тунелю повинна бути дорівнює 9 див. В тих випадках, коли з першого разу не вдається підібрати прийнятний результат, необхідно змінити об'єм або площа перетину отвору і знову повторити побудову.

Як показує практика, гучномовець з фазоінвертором забезпечує додаткове збільшення ефективності перетворення електричної потужності в акустичну на нижчих частотах приблизно в 3-4 рази, тобто на 5 - 6 дБ. Це збільшення еквівалентне зниження нижньої межі інтервалу відтворюваних частот приблизно на 20-30%.

Звичайно, досягнення таких результатів можливо тільки при дотриманні всіх вимог, а в аматорських умовах це важко. Відхилення в розмірах і резонансній частоті можуть вплинути на кінцевий результат. В деякій мірі відхилення можна компенсувати підбором довжини тунелю. Для цього тунель виготовляють з припуском 1,5-2 см по довжині, а потім при налагодженні припуск зрізують до отримання найкращого звучання низьких частот. Для того, щоб при укороченні тунелі кожен раз не розбирати гучномовця, можна рекомендувати тимчасово вивести тунель назовні. Щоправда, це дещо змінить загальний об'єм ящика, але зате дозволить швидко і зручно знайти оптимальну довжину тунелю. Потім його знову встановлюють всередину ящика і остаточно фіксують на клею.

Передню панель слід задрапірувати зовні нещільної тканиною. Її попередньо перуть, фарбують у темний колір (зазвичай в чорний або коричневий), розгладжують і натягують на панель злегка вологою. Закріплюють тканина на тильній стороні панелі дрібними цвяхами і клеєм. Після висихання тканина щільно і рівно обтягне панель.

Передня панель повинна щільно, без зазорів прилягати до крайок скриньки. Зазвичай для цієї мети до внутрішньої поверхні стінок ящика прикріплюють чотири рейки перетином 20х20 мм з міцної деревини, а до них вже шурупами кріплять передню панель.

Гучномовці з двома головками

Електричні характеристики гучномовця з однієї динамічної головкою повністю визначаються її властивостями. Збільшення числа головок дає можливість регулювати ці характеристики. Можна змінювати опір гучномовця. Якщо з'єднати звукові котушки головок синфазно-послідовно, опір збільшиться вдвічі порівняно з опором одного головки. При синфазно-паралельному включенні головок опір гучномовця зменшується вдвічі. Крім цього, в обох випадках збільшується його номінальна потужність. Наприклад, якщо використовувати дві головки ЗГД-38Є, то номінальна потужність складе 6 Вт (паспортна 10 Вт), а опір може бути дорівнює 2 або 8 Ом. Як було показано вище, опір гучномовця зазвичай менше 4 Ом не вибирають, тому оптимальним слід вважати опір 8 Ом. При використанні двох головок 4ГД-35 номінальна потужність складе 8 Вт (паспортна 16 Вт), опір 8 Ом.

На рис. 4 показана розмітка передній панелі гучномовця з двома головками ЗГД-38Є і 4ГД-35 або 4ГД-36. У першому випадку (рис. 4,а) глибина ящика дорівнює 300 мм, для варіанту з четырехваттными головками (рис. 4,б)- 200 мм. Отвору фазоінвертора в цьому гучномовці обрані круглими, а тунелі з товщиною стінок 3-4 мм виконані у вигляді циліндра, склеєних з щільного паперу або картону. У першому використання гучномовця тунелів чотири, у другому - два. Зроблено це для спрощення виготовлення фазоінвертора. При розрахунку враховують сумарну площа отворів. За номограмою довжина кожної з чотирьох тунелів першого варіанту гучномовця повинна бути дорівнює 5 см, а кожного з двох другого-5,5 див. Тунелі склеюють на циліндричних дерев'яних болванках діаметром 36 і 72 мм відповідно.


Puc.4

У разі необхідності передню панель можна виготовити і з двох шматків фанери або деревностружкової плити. Можливе місце стику двох частин показано на рис.4 штриховою лінією. З внутрішньої сторони панелі стик повинен бути посилений накладкою з фанери або деревностружкової плити такої ж товщини шириною 60-80 мм або соснової рейкою переріз 20Х50 мм

Розміри колонок дозволяють розмістити в них підсилювач НЧ та автономне джерело живлення. Для цього в ящику відгороджують відсік необхідних розмірів. Зменшення обсягу гучномовця компенсують відповідним подовженням тунелів фазоінвертора. Така конструкція гучномовця дуже зручна для різних переносних електроакустичних установок. На верхній панелі ящика доцільно встановити ручку для перенесення гучномовця.

Гучномовці з двома головками дещо краще відтворюють нижчі частоти. Це поліпшення для описаних вище конструкцій починається з чатоти 800-1000 Гц і досягає максимуму (віддача збільшується майже в два рази) на частотах нижче 300 Гц. У свою чергу це розширює смуги частот приблизно на пів-октави в бік нижчих частот.

Як вже було зазначено вище, виготовлення гучномовця фазоинвертром є відносно складною справою. Тому, якщо потрібно виготовити просту конструкцію гучномовця з відносно великою номінальною потужністю, доцільно вибрати один з варіантів гучномовця типу групової випромінювач, що містить чотири або шість однотипних головок. Такі гучномовці мають значну потужність, дозволяють в широких межах варіювати опір і добре відтворюють нижчі частоти при використанні найпростішого скриньки без задньої стінки.

Груповий випромінювач з чотирма головками

На рис.5 зображена розмітка передній панелі гучномовця, в якому встановлені чотири однотипних четырехваттных головки (4ГД-4, 4ГД-35, 4ГД-36). Його номінальна потужність 16 Вт (паспортна - до 30 Вт), опір залежить від обраного типу головок і способу з'єднання їх звукових котушок (воно може бути дорівнює 8 або 32 Ом для 4ГД-4 і 4 або 16 Ом для інших). Гучномовець ефективно відтворює частоти від 45-50 Гц до 12-14 кГц.


Puc.5

Задня стінка у скриньки відсутня. Глибина його-150 мм. На дні скриньки зсередини можна розмістити підсилювач НЧ та автономне джерело живлення (або випрямляч), причому будь-яких перегородок для них не потрібно. Динамічні головки гучномовця можуть бути з'єднані послідовно або змішано (паралельно-послідовно), як показано на рис. 6,а і б відповідно, у всіх випадках обов'язково синфазное включення головок, що забезпечується правильним підключенням початку і кінця звукових котушок. У сучасних головок на диффузородержателе є кольорові мітки, що позначають початок котушки (на рис. 6 позначено крапками).


Puc.6

При описі підсилювачів НЧ було зазначено, що їх вихідна потужність залежить від опору навантаження. Тому, використовуючи різні варіанти включення головок, можна підбирати бажані характеристики підсилювача. Наприклад, в тому випадку, коли підсилювач живиться від батарей елементів, доцільно збільшити опір навантаження і тим самим знизити потребляемы" струм. Для цього головки включають послідовно. Якщо кожна головка має опір 4 Ом, то гучномовець буде мати 16 Ом. Паралельно-послідовне з'єднання головок переважно при живленні від потужного підсилювача випрямляча. В цьому випадку опір гучномовця буде дорівнює опору однієї голівки. Описані в цій книзі підсилювачі НЧ можуть працювати як з автономним (батарейним), так і з мережевим живленням. Шляхом нескладної комутації звукових котушок головок перемикач В1, як це показано на схемі рис.7, можна забезпечити більш повне використання джерел живлення. Тумблер встановлюють всередині ящика гучномовця поруч з головками.


Puc.7

Груповий випромінювач з шістьма головками

Для вокально-інструментальних ансамблів, при проведенні танцювальних вечорів у великому залі потрібні гучномовці з номінальною потужністю не менше 20 Вт. Очевидно, що маючи четырехваттными головками, такий гучномовець можна зібрати тільки при наявності п'яти або шести головок. При п'яти головках важко забезпечити однаковий струм через них в паралельно-послідовному з'єднанні, а послідовне з'єднання дає надмірно великий опір гучномовця. Тому зручніше встановити у гучномовець шість головок, включивши їх по три послідовно і обидві групи паралельно. При опорі кожної головки 4 Ом опір гучномовця буде дорівнює 6 Ом, що добре узгоджується з більшістю підсилювачів НЧ. Фазування головок в гучномовці обов'язкове.

На рис.8 наведено ескіз скриньки гучномовця з шістьма чотирьох-ватними головками 4ГД-4, 4ГД-35 або 4ГД-36. Передня панель складається з двох однакових частин, виготовлених із деревостружкової плити. На кожну напівпанель встановлюють по три головки і з'єднують їх між собою послідовно. Така конструкція передньої панелі обрана для поліпшення її жорсткості і досягнення більш рівномірного випромінювання в просторі. Останнє особливо бажано тому, що зі збільшенням числа головок використання гучномовця випромінювання концентрується в напрямку, перпендикулярному площині передній панелі, а бічне випромінювання значно послаблюється.


Puc.8

Слід зазначити, що гучномовці виду групової випромінювач незважаючи на простоту конструкції володіють високою номінальною потужністю і широким діапазоном відтворюваних частот, а недолік, властивий всім гучномовцях без задньої стінки, - вплив стіни приміщення, у якому встановлений гучномовець - практично не проявляється, якщо звукопідсилювальна установка працює на клубній сцені або на відкритому повітрі.

Нерідко доводиться чути запитання: чи доцільно будувати гучномовець на базі менш потужних головок, наприклад, одноватних або двухваттных? Такі питання виникають у радіоаматорів і при відсутності необхідних головок. Потрібно сказати, що гучномовець з однією головкою потужністю 1 або 2 Вт малоефективний. Задовільні результати можна отримати від групового випромінювача з чотирьох або шести малопотужних головок з круглим або овальним дифузором. Підійдуть головки 2ГД-3, 1ГД-40 я 1ГД-36 або ще краще - сучасні головки 2ГД-40 з котушкою опором 4 Ом.

Література

  • В. А. Васильєв. Радіоаматори - сільському клубу. М. Радіо і зв'язок. 1983 р.
  • Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru

    Add comment

    Навігація

    Інструкції з експлуатації

    Copyright © 2019 Електричні принципові схеми.