Простой громкоговоритель с акустическим лабиринтом

Многообразие вариантов акустического оформления громкоговорителей позволяет в различной степени реализовать возможности электрического тракта. Наибольшее распространение у радиолюбителей получили такие конструкции, как "закрытый ящик" и "фазоинвертор" - они достаточно просты в изготовлении. Несколько реже используется акустическое оформление с пассивными излучателями, панелями акустических сопротивлений (ПАС), и уж совсем редко - акустический лабиринт. Здесь сказываются определенные сложности его конструкции. В данной статье предлагается описание громкоговорителя с акустическим лабиринтом, удачно сочетающего простоту изготовления и хорошие, по отзыву автора, звукотехнические параметры.

Лабиринт представляет собой ряд установленных в корпусе громкоговорителя внутренних перегородок, образующих зигзагообразные каналы, по которым звуковые колебания от задней стороны диффузора головки проходят к выходному отверстию лабиринта. Если длина этого "прохода" будет близкой к l/2 на самой низкой частоте (при 50 Гц l = 3,4 м), то излучение из выходного отверстия лабиринта совпадет по фазе с излучением от передней стороны диффузора. Иными словами, лабиринт позволяет улучшить воспроизведение низкочастотного участка звукового диапазона. Другим достоинством лабиринта является то, что тыльная сторона диффузора излучает звуковые колебания практически в открытое пространство, что исключает компрессию и связанное с ней повышение резонансной частоты НЧ головки. Относительно короткие колена лабиринта (много меньше l) препятствуют образованию стоячих волн, а покрытие их звукопоглощающим материалом действует подобно ПАС. Площадь сечения канала лабиринта обычно делают близкой к площади диффузора. Долгие годы конструкторы стремились построить АС с круговой характеристикой направленности. Напомним, что эта характеристика зависит от отношения l / l, где l - линейные размеры громкоговорителя. В ящике с размером l при отношении l / l<l = 10 (т. е. на частотах около 20 кГц) - менее ±20°. Для расширения диаграммы излучения громкоговорителей в области высших звуковых частот еще в послевоенные годы было предложено использовать рассеивающие решетки и акустические линзы. Несмотря на трудности изготовления таких устройств они и сейчас применяются некоторыми фирмами (например, фирмой AIWA). Однако полностью и просто решить задачу получения круговой характеристики направленности громкоговорителей удалось лишь недавно с помощью рассеивающих конусов, устанавливаемых напротив вертикально расположенных ВЧ головок [1-3]. Круговые характеристики направленности позволяют получить равномерное звуковое поле в горизонтальной плоскости во всей полосе частот. В таком "пространственном" звуке зона стереоэффекта значительно расширена.

С учетом вышеизложенного был разработан доступный для самостоятельного изготовления громкоговоритель с акустическим лабиринтом. Для его корпуса не нужны ни толстая фанера, ни ДСП, оклеенные изнутри дефицитными звукопоглощающими материалами. Он выполнен в виде жесткого виброустойчивого цилиндра, исключающего какие-либо колебания его стенок. Разрез цилиндра с установленными в нем головками показан на рис.1. В громкоговорителе использована НЧ головка 16 - 35ГДН-1-4, СЧ 8 - 30ГДС-117 (можно и 30ГДС-1-8), ВЧ 3 - 6ГДВ-4-8. Цилиндры СЧ блока 10 и НЧ блока 15 склеены из обоев. Общая толщина их стенок 10 мм. Жесткость цилиндров увеличена за счет вклеивания внутрь корпуса фанерных дисков, на которых закреплены НЧ и СЧ головки, и сегментов 17 (рис.2), развернутых относительно друг друга на 180° и образующих акустический лабиринт. Для акустического демпфирования НЧ и СЧ головок применен мягкий войлок толщиной 5...6 мм из искусственной шерсти. Он изготавливается НИИ нетканых материалов (г. Серпухов) под названием "полотно иглопробивное теплошумоизоляционное" (ТУ-РФ17-14-13-127-95) и продается в хозяйственных магазинах. Применение этого материала позволяет существенно сгладить АЧХ НЧ и СЧ головок.

Внутренние диски изготовлены из фанеры (можно ДСП) толщиной 16 мм (верхняя панель 1 и нижнее основание 19 громкоговорителя, диск 9 для крепления СЧ головки 8 и основание СЧ блока 10, диск 13 для крепления НЧ головки 16) и 10 мм (сегменты 17 акустического лабиринта). В нижнем основании 19 корпуса громкоговорителя (рис.3) высверлено 22 отверстия 20 диаметром 18 мм для выхода звуковых колебаний, после чего к нему приклеена натянутая ткань, выполняющая функции ПАС. Диски и сегменты вытачивают на токарном станке или вырезают резцом [4]. Для крепления НЧ и СЧ головок в дисках 9 и 13 вырезают отверстия. Снизу с помощью шурупов к ним крепят металлические прямоугольники размерами 25х10х4 мм. В центре этих прямоугольников имеются резьбовые отверстия, в которые ввинчивают стойки 7 и 12, крепящие головку к дискам через резиновые прокладки.

Собирают громкоговоритель в такой последовательности. Сначала монтируют "этажерку" лабиринта из сегментов 17, расстояние между которыми фиксируют металлическими втулками 18 диаметром 10 мм. Для этого через сегменты и втулки пропускают стержень с резьбой на концах (на рисунке не показан), стягивающий детали "этажерки", с помощью гаек, под которые необходимо подложить плотные резиновые шайбы, обеспечивающие натяжение при возможном усыхании сегментов. Перед сборкой сегменты лабиринта 17 оклеивают войлоком, в котором вырезают (высекают) отверстия диаметрами 11...12 мм так, чтобы втулки 18 опирались непосредственно на материал сегментов. Затем для фиксации расстояния между "этажеркой" лабиринта и диском 13 НЧ отсека временно устанавливают технологическую полосу нужной высоты, вырезанную из гофрированного картона и свернутую в цилиндр. После высверливания отверстий в сегментах 17 и дисках 9 и 13 для пропуска сигнальных проводов можно приступать к сборке НЧ отсека 15. Для этого "этажерку" лабиринта вместе с диском 13 и фиксирующим его картонным цилиндром оклеивают одним слоем плотной бумаги. Затем собирают СЧ отсек 10. На его основание 9 и диск предварительно наклеивают один слой войлока, затем накладывают на него последующие слои, фиксируя их в нескольких местах с помощью мелких гвоздей. Расстояние между основанием и диском в этом отсеке также фиксируют картонным цилиндром и оклеивают отсек одним слоем плотной бумаги. Подготовленный таким образом СЧ отсек располагают на расстоянии 70 мм ниже нижнего сегмента "этажерки" (также с помощью полосы технологического картона), и на оба отсека 10 и 15 наклеивают еще один слой плотной бумаги. После высыхания этого слоя весь цилиндр оклеивают обоями, постепенно доводя толщину стенок до 10 мм.

На один громкоговоритель приблизительно потребуется 2...3 рулона обоев длиной 11 м и 3...4 л клея ПВА. Каждый проклеенный слой должен хорошо просохнуть. По окончании склейки верхние и нижние неровные торцы цилиндра аккуратно обрезают. Затем ножовкой отрезают отсек 10. Перед сборкой громкоговорителя все внутренние стороны отсеков 10 и 15 необходимо оклеить слоем войлока 11. Последующие слои (их количество показано на рис.1) укрепляют небольшими гвоздями. Кроме того, весь внутренний объем отсека 10 равномерно заполняют разрыхленной ватой (100...150 г). Дальнейшая сборка ясна из рис.1. Стойки 12 в верхней части имеют хвостовики с резьбой М5, на которые надевается СЧ отсек 10. Под крепежные стойки 7 и 12 необходимо подложить резиновые шайбы. Отсек 10 также закрепляется через шайбы, для чего в его войлочном покрытии предварительно вырезают отверстия соответствующего диаметра (на рис.1 не показаны). Рассеивающие конусы 5 и 6 можно выточить из дюралюминия или изготовить из фанеры, как это рекомендовано в [1]. Их диаметры на 20...30 мм должны превышать диаметры диафрагм соответствующих головок. Угол между образующей конуса 6 и горизонтальной поверхностью составляет 45°. Стойки 4 имеют хвостовики с резьбой, на которые устанавливают конус 6 (конус 5 приклеивают). ВЧ головку 3 крепят на стойках 4 хвостовиками стоек 2. К этим же стойкам винтами крепят верхнюю панель 1 громкоговорителя. Корпус громкоговорителя (отсеки 10, 15 и 21) оклеивают каким-либо декоративным материалом, например, самоклеющейся пленкой или искусственной кожей. Отверстия для выхода звука затягивают упругой пластмассовой сеткой. Стыки между сеткой и декоративным материалом закрывают матерчатой или кожаной лентой 14.

В цилиндрическом отсеке 21, также склеенном из бумаги, размещаются разделительные фильтры. О них следует сказать подробнее. Часто в разделительных фильтрах между НЧ и СЧ головками включают фильтр первого порядка, состоящий только из конденсатора. Предполагается, что этого достаточно, поскольку в СЧ головке есть естественный спад АЧХ в области низких и высоких частот. Однако фильтр первого порядка (особенно при большой мощности сигнала) может привести к появлению интермодуляционных искажений, поскольку плохо отфильтрованный низкочастотный сигнал при попадании на СЧ головку нагревает ее звуковую катушку. Соответственно сопротивление катушки меняется с частотой колебаний неотфильтрованного низкочастотного сигнала. В результате ток, протекающий по катушке СЧ головки, будет промодулирован этим сигналом, что и повлечет за собой появление интермодуляционных искажений [5]. Поэтому в предлагаемых разделительных фильтрах применены не только ФНЧ и ФВЧ, но и полосовой фильтр, ограничивающий диапазон СЧ головки. Схема фильтров показана на рис.4. Частоты их раздела 500 и 5000 Гц. Фильтры смонтированы на печатной плате из стеклотекстолита. Конденсаторы C1 (К76П-1) и C2 (К73-16) для уменьшения вибрации изолированы от платы мягкими прокладками, а каркасы катушек индуктивности - резиновыми шайбами. Оси подстроечных резисторов (ППБ) выведены на нижнее основание отсека 21.

АЧХ отдельных звеньев громкоговорителя не снимались, поскольку возможности примененных головок и фильтров достаточно хорошо известны. Оценивалась лишь общая АЧХ громкоговорителя, особенно в областях раздела полос, с целью ее выравнивания с помощью подстроечных резисторов R2 и R4 (рис.4).

Оценочные измерения проводились на открытой лоджии с помощью микрофона МКЭ-3 и осциллографа. Микрофон размещался в точке, удаленной от НЧ и ВЧ головок на расстояние 1 м. В качестве источника сигнала использовался звуковой генератор. Измерения показали, что полученная АЧХ не отличается от типовой ЧХЧ (частотная характеристика чувствительности) микрофона: плавный спад ниже 40 Гц и выше 15 кГц. Предельная шумовая мощность громкоговорителя - 70 Вт, электрическое сопротивление - от 5 до 7 Ом.

Лучшей оценкой звучания любого звуковоспроизводящего комплекса является все же непосредственное прослушивание воспроизводимых им музыкальных программ, а оно показало, что несмотря на применение в громкоговорителе головок среднего качества стереофоническое звучание было чистым и естественным и не утомляло слух при длительном прослушивании, а это говорит об отсутствии заметных нелинейных и интермодуляционных искажений.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Шоров В., Янков В. Акустическая система для самостоятельного изготовления. Радио, 1997, № 4, стр.12.
2. Шоров В., Янков В. Трехполосная АС пространственного звука. Радио, 1998, №2, стр.20.
3. Громкоговоритель с круговым излучением. Радио, 1998, №7, стр.54.
4. Верховцев О. Г., Лютов К. П. Практические советы мастеру-любителю. Л.: Энергомашиздат, 1987, стр.89.
5. Агеев С. Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление? Радио, 1997, №4, стр.14.