Про гучномовці з подвоєними головками

Кілька років тому радіолюбитель А. Журенков запропонував для зниження нижньої межі діапазону відтворюваних динаміком частот використовувати подвоєні головки [1]. На жаль, у радіолюбительській практиці цей метод розширення діапазону в бік низьких частот широкого поширення не отримав. І пов'язано це, ймовірно, з відсутністю доступної методики розрахунку динаміків з подвоєними головками. У статті зроблена спроба заповнити утворений пробіл і дати радіолюбителям деякі рекомендації щодо розрахунку динаміків з подвоєними головками.

Відомо, що при розрахунку будь-якого динаміка виходять зазвичай з параметрів, що використовуються в ньому головки [2]. Подвоєння головок призводить до зміни тільки одного з цих параметрів ~ загального еквівалентного обсягу. Так, при подвоєнні головок з еквівалентними обсягами Vэ1 і Vэ2 їх загальний еквівалентний обсяг Vэ= (Vэ1i +Vэ2)/4. Уся методика подальшого розрахунку динаміків з подвоєними головками не відрізняється від розрахунку динаміків з одинарними головками як для закритого ящика, так і для фазоінвертора [2].

Для точного визначення еквівалентного обсягу головки рекомендують використовувати вимірювальний ящик. Якщо підходящий вимірювальний ящик дістати не вдалося, для визначення еквівалентного обсягу головки (в літрах) можна скористатись наближеною формулою: Vэ=0,875 *Сг* Dэ4 де Сг - гнучкість коливальної системи головки, см/г, виміряна за методикою, запропонованою в [3]; Dэ - діаметр дифузора без гофра, см.

Знайдене значення Vэ можна використовувати при розрахунку ящика динаміка, а після його виготовлення провести більш точні вимірювання.

Кілька слів про ККД динаміка з подвоєними головками. Залежність його від параметрів описується виразом [2]: ККД=

де с - швидкість звуку, К - безрозмірна величина, постійна для даного типу головки та акустичного оформлення. V - заданий обсяг ящика динаміка.

Наводена формула показує, що платою за зниження нижньої граничної частоти відтворюваного динаміком діапазону є зменшення його ККД.

Це, однак, з лишком окупається тим, що при подвоєнні головок зменшуються всі види спотворень відтворюваного ними сигналу. Окрім причин, на які вказувалось у [1], цьому сприяє ще одне немаловажне обставина. Справа в тому, що нерівномірність звукового поля всередині ящика динаміка призводить до сильної нерівномірності його АЧХ. Нерівномірне розподіл звукового тиску всередині ящика може, крім того, стати причиною деформації дифузора (особливо легкого та тонкого) головки, що, у свою чергу, сприяє виникненню нелінійних та інтермодуляційних спотворень.

У випадку використання подвоєних головок усі ці неприємні явища виникають лише на внутрішній головці, на зовнішній же, завдяки демпфуючій дії, що знаходиться між головками повітря, значно послаблюються.

Для усунення джерела цих спотворень частотний спектр коливань, що подаються на внутрішню головку, залежно від розмірів динаміка рекомендується обмежити до 100...300 Гц. Ослабити шкідливий вплив внутрішніх резонансів ящика на якість відтворення можна й установкою між головками або на тильній стороні внутрішньої головки панелей акустичного опору (ПАО). У обох випадках ПАО рекомендується розміщати в отворах дифузоротримачів головок. Слід також мати на увазі, що ПАО знижує добротність головки, а це може виявитися вельми до речі, оскільки в деяких випадках дозволить використовувати підсилювач НЧ без ПС по току.

Відомо, що якість звучання динаміка залежить від рівномірності не тільки АЧХ, але й ФЧХ, Згладжування ФЧХ досягають як в електричному (шляхом вибору відповідних розділових фільтрів), так і в акустичних трактах (керуючись рекомендаціями, наведеними в [4]).

Визначеного вирівнювання фаз, що випромінюються головками звукових коливань, можна досягти, наприклад, розташуванням звукових котушок головок в одній площині, перпендикулярній акустичній осі динаміка. Однак зазначена міра часто виявляється недостатньою, особливо при використанні головок зі значно відмінними масами рухомих систем і з дифузорами з матеріалів різної щільності. В першому випадку це пояснюється тим, що фазові зсуви, що вносяться головками на середніх і високих частотах, при інших рівних умовах тим більше, чим більша маса рухомої системи, а в другому - тим, що фазові зсуви залежать від швидкості розповсюдження звукових хвиль по поверхні дифузора.

Ці обставини змушують висувати вперед низькочастотну головку відносно середньочастотної, а середньочастотну - відносно високочастотної. Необхідне додаткове зміщення головок можна знайти експериментально, подавши на вхід підсилювача, з яким працює динамік, напругу прямокутної форми частотою 0,7fр (тут fp - частота поділу) і спостерігаючи перехідний процес сигналу, знятому з вимірювального мікрофона, встановленого на акустичній осі головок.

Беручи до уваги викладені вище міркування, подвоєні головки, що працюють у низькочастотному звені, слід встановлювати, керуючись малюнком. Якщо ж вирішено використовувати подвоєні головки і в середньочастотному звені, то їх потрібно розташувати дифузорами один до одного, як рекомендовано в [1].

Практичним прикладом застосування подвоєних головок може слугувати розроблений автором двосмуговий динамік, виконаний у вигляді фазоінвертора. У його низькочастотному звені використовуються подвоєні головки 6ГД-2, а в середньовисокочастотному - головка ЗГД-42 (можна і ЗГД-32). Працює він спільно з двосмуговим підсилювачем, номінальна вихідна потужність низько- і високочастотного каналів якого 20 і 10 Вт відповідно. Розділовий фільтр (частота поділу 500 Гц) аналогічний наведеному в [4]. Вихідний опір низькочастотного каналу підсилювача негативне - 1,5 Ом. Номінальний діапазон відтворюваних динаміком частот - 30... 18000 Гц, нерівномірність АЧХ - не більше 6 дБ.

Корпус динаміка (700Х400х360 мм) виготовлений з ДСП товщиною 20 мм. Передня стінка склеєна з двох листів ДСП, її товщина - 40 мм. Такою ж є товщина і циліндричної накладки діаметром 300 мм з того ж матеріалу, закріпленої з зовнішньої сторони передньої панелі. Отвір у накладці діаметром 230 мм збігається з отвором у передній панелі під низькочастотні головки.

Одна з них закріплена з внутрішньої сторони передньої панелі, інша - з зовнішньої сторони накладки. Головка ЗГД-42 зміцнена з зовнішньої сторони передньої панелі над низькочастотним вузлом великою віссю вертикально. З внутрішньої сторони вона закрита ковпаком, об'єм якого (близько 2 літрів) заповнений ватою. Для збільшення жорсткості ящика між передньою і задньою, а також між бічними стінками встановлені металеві розпірки. Внутрішні стінки ящика оклеєні войлоком товщиною 20 мм.

Труба фазоінверсного отвору (установлена на передній панелі) має внутрішній діаметр 80 і довжину 160 мм, враховуючи і товщину передньої стінки.

Динамік можна виконати і в вигляді закритого ящика. У цьому випадку гладка АЧХ на низьких частотах отримується при нульовому вихідному опорі смугового підсилювача, а нижня межа відтворюваного динаміком діапазону частот підвищується до 40 Гц. Якщо в такий динамік встановити роздільні фільтри з частотою розділу 400...500 Гц, то його можна використовувати практично з будь-яким підсилювачем, що працює на навантаження 4 Ом.

Вірність відтворення музичних програм динаміка в обох виконаннях дуже висока.

ЛІТЕРАТУРА
1. Журенков А. Подвоєні динамічні головки. Радіо. 1979. № 5. с. 48.
2. Виноградова Е. Л, Конструювання динаміків зі згладженими частотними характеристиками.- М.. Енергія, 1978.
3. Ефруссі М. Розрахунок динаміків.- Радіо 1977 № 3. с. 36-37.
4. Валентин і Віктор Лексини. Однополосний чи багатополосний? Радіо, 1981. № 4, с.35-38.

(РАДІО 2, 1983 р.)