Трисмугова АС із фазоінвертором. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Акустичні системи

 Коментарі до статті

Автор уже багато років професійно займається конструюванням та виробництвом ексклюзивних акустичних систем. У цій статті він розповідає про конструкцію трисмугового стереокомплекту АС, де встановлено високоякісні динамічні головки відомих зарубіжних виробників. У кросовері застосовані також високоякісні компоненти, що покращують вірність відтворення музичних записів різних жанрів.

Ця акустична система була одним з експонатів виставки "Російський Hi-End 2015", де викликала інтерес багатьох відвідувачів та заслужила високі оцінки фахівців та аматорів при демонстраційних прослуховуваннях.

Проект цієї акустичної системи (АС) було розпочато давно, але доробити першу пару вдалося лише до 15-ї виставки "Російський Hi-End" у листопаді 2015 р. Нещодавно було зроблено другу пару з невеликими змінами: спрощено корпус і трохи змінено кросовер за результатами прослуховування та вимірювань.

В АС застосовані динамічні головки: високочастотна Morel ET338-104 [1], середньочастотна Scan-Speak 15M/4531K00 [2] та низькочастотна SEAS H1215 [3].

ВЧ-головка ізраїльської фірми з м'яким куполом відрізняється дуже потужною магнітною системою та малими нелінійними спотвореннями. Незважаючи на наявність магнітної рідини в зазорі, вона має динамічне звучання і добре передає звучання мідних і ударних інструментів.

СЧ-головка діаметром 15 см датської фірми Scan-Speak у серії Reve-lator стала однією з найкращих серед СЧ-головок усіх виробників. Її рухома система відрізняється великим лінійним ходом (саме для СЧ-головки) і допускає відносно низьку частоту поділу. Нелінійні спотворення в робочій смузі частот дуже малі: магнітна система має два мідні кільця, що лінеаризують. Паперовий дифузор має спеціальні надрізи, що забезпечують більш рівну АЧХ наприкінці поршневого режиму.

НЧ-головки діаметром 18см (6,5 дюйма) норвезької фірми SEAS - звичайні з паперовим дифузором, просоченим із зовнішнього боку. Просочення забезпечує рівний спад АЧХ вище за робочу смугу частот. У кожній АС встановлені дві головки в загальному обсязі. Акустичне оформлення – з фазоінвертором (ФІ).

Дві головки розміром 6,5 дюйма мають площу дифузора трохи більше ніж одна восьмидюймова головка. Також у H1215 область поршневого режиму тягнеться до частоти 800 Гц, а у головки розміром 8 дюймів тієї ж фірми поршневий режим закінчується на частотах вище 600 Гц. У H1215 параметр прискорення Bl/M_ms = 496, а у восьмидюймової головки він зазвичай не перевищує 350.

Необхідний обсяг для НЧ-головок та частоту налаштування ФІ можна оцінити в програмі на Exel (freeware) Unibox (автор - данець Kristian Kougaard), заклавши в неї параметри головок із переліку характеристик (datasheet). Ця проста та зручна програма дозволяє врахувати багато параметрів головок, різні конфігурації та розрахувати різні оформлення. При розрахунках слід враховувати ймовірний активний опір котушки фільтра НЧ-ланки.

Для двох H1215, з'єднаних паралельно, розрахунки показують оптимальний обсяг приблизно 32 л, а при діаметрі труби фазоінвертора 66 та довжині 116 мм частота налаштування ФІ - близько 43 Гц. Ці розміри відповідають розмірам готового фазоінвертора AH-4 китайського виробництва. Згодом труба ФІ була обрізана до довжини 100 мм. Реальна частота налаштування стала близько 44 Гц.

У прототипі АС НЧ-головки були встановлені кожна у свій відсік, що дозволило коректно провести вимірювання.

Креслення корпусу та його деталей (рамка для тканини – гриль) показано на рис. 1 та 2.

Рис. 1. Креслення корпусу та його деталей (натисніть , щоб збільшити)

Рис. 2. Креслення корпусу та його деталей

Корпус виконаний з матеріалу MDF (іноді застосовують трансліт МДФ – дрібнодисперсійна фракція з деревини). Передня панель та основа мають товщину 25 мм, інші панелі – 16 та 20 мм. Корпус оброблений шпоном і кріпиться до знімної основи, пофарбованої в чорний колір. АС рекомендується встановлювати на шипи, для чого в основі передбачені сталеві втулки з різьбленням.

Коли акустична система проектується з нуля, можуть знадобитися макетні корпуси для відпрацювання конструкції, але в цьому випадку (до виставки) було вирішено замовити одразу чистовий корпус у шпоні.

Похильна перегородка між відсіками СЧ і НЧ Ас зроблена для часткового придушення вертикальної стоячої хвилі в корпусі і для зменшення обсягу відсіку СЧ. При горизонтальній перегородці цей відсік виходив занадто великим, а для отримання необхідного об'єму відсіку нЧ доводилося збільшувати загальну висоту АС, яка і так була більша за метр (1052 мм без шипів). Відсік СЧ заповнений синтепоном більш ніж на 50%, але простір біля СЧ-головки вільний від синтепону.

Фільтр акустичної системи не можна розрахувати коректно, не маючи виміряних АЧХ по звуковому тиску та імпеданс кожної голівки, встановленої в корпус.

Для акустичних вимірювань потрібний вимірювальний комплекс. У найпростішому вигляді це мікрофон, звукова карта комп'ютера і комп'ютерна програма для електроакустичних розрахунків. Я використовую вимірювальний комплекс LMS американської фірми LINEARX. Він не випускається нині, але дуже зручний вимірювань і дозволяє вимірювати АЧХ в непідготовленому приміщенні. Комплекс включає мікрофон, плату для комп'ютера та програмне забезпечення.

Існують й інші засоби вимірювань, наприклад, Clio італійської фірми Audiomatica SRL або MLSSA. Проте для аматорських вимірювань подібні системи дуже дорогі.

Простішим засобом є програма LoudSpeaker LAB 3 шведського автора, але вона не безкоштовна. Програма дозволяє використовувати звукову карту комп'ютера з відповідним для цього мікрофоном.

Закінченим та відносно недорогим рішенням є ATB PC PRO німецької фірми Kirchner. Незважаючи на трохи примітивну реалізацію, ця комп'ютерна програма дозволяє проводити вимірювання, достатні для виготовлення якісних АС.

На рис. 3 показані АЧХ динамічних головок, виміряні по звуковому тиску, але в рис. 4 – характеристики їх імпедансу. АЧХ виміряно з відстані 0,5 м по осі випромінювання відповідних головок. Пунктирна лінія – для ВЧ-головки, штрихпунктирна – для СЧ-головки, суцільна – для НЧ-головки.

Рис. 3. АЧХ динамічних головок, виміряні за звуковим тиском

Рис. 4. Характеристики імпедансу динамічних головок

АЧХ по звуковому тиску згладжені для зручності застосування. Система не тарована для вимірювання абсолютного значення звукового тиску, тому графіки відповідають заявленої чутливості головок. Рівень сигналу вибирається виходячи із зручності вимірювань так, щоб не заважали шуми системи та не було великих спотворень.

Після вимірювань графіки експортуються до програми-симулятора, яка дозволяє змоделювати АЧХ та інші параметри системи з урахуванням фільтра. Програма також дозволяє розрахувати елементи фільтрів кросовера та оптимізувати АЧХ. Я користуюсь програмою LspCAD 5.25 автора Ingemar Johansson. Вона досить потужна, але не дуже складна в освоєнні. Існує пізніша версія, але вона недостатньо зручна.

Є ще дуже потужна програма LEAP того ж LINEARX, що робив LMS. Вона досконаліша, але важка у використанні.

Готовий результат моделювання подано на рис. 5. Верхній графік – сумарна АЧХ на осі ВЧ-головки в нескінченності (товста лінія) та АЧХ головок зі своїми фільтрами (тонкі лінії). АЧХ не можна назвати рівною, але це не критично, тому що симулятор показує більш рівну АЧХ на осі на 5 град. вище за осі ВЧ-головки. Нижній графік – характеристика імпедансу АС та головок з відповідними фільтрами.

Рис. 5. Результат моделювання

Схема фільтрів кросовера одного каналу АС показано на рис. 6.

Рис. 6. Схема фільтрів кросовера для одного каналу АС

У кросовері на НЧ використано фільтр першого порядку (котушка індуктивності L4). Смуга СЧ також обрізана зверху та знизу фільтром першого порядку (C2 та L2). Для лінії ВЧ застосований фільтр другого порядку (dL1).

Акустичний та електричний порядки спаду фільтрів зазвичай не збігаються, тому що у смузі затримання фільтра АЧХ головок мають власні нерівномірності. Тому реальні спади поблизу частот поділу в смугах НЧ і близькі до першого, в смугах СЧ зверху та ВЧ - ближче до третього через власні спади АЧХ головок, які додаються до спаду, що забезпечується електричним фільтром.

У АС всі головки підключені синфазно. Зазвичай басові головки не вдається звести фільтром першого порядку і без переполюсування – частіше застосовується другий порядок. Тут це вдалося ціною більшої нерівномірності сумарної АЧХ. Низький порядок фільтрів означає ширші області спільної роботи головок та пелюсткові діаграми спрямованості у вертикальній площині з вузькими центральними пелюстками. Але АС з фільтрами низьких порядків звучить більш природно, разом і живо.

Ланцюг R6C5 спільно з котушкою L4 утворюють фільтр-пробку, що вирізує невеликий викид на АЧХ басових головок, який чути, якщо не вжити спеціальних заходів. Одночасно цей ланцюг трохи зменшує нахил АЧХ вище частоти поділу, тому, щоб компенсувати це зменшення нахилу, введено ланцюг R7C6.

Контур L5C7 (як режектор) усуває підйом в імпеданс басової ланки на частотах близько 75 Гц. Це потрібно для усунення піку на АЧХ гучномовця, який маскує нижній бас. Це явище називається "накачуванням", термін запропонований С. Д. Батем. Більшість виробників АС не враховують це явище, хоча існують проекти АС, де застосовується подібний ланцюг, що вирівнює імпеданс.

У кросовері застосовані поліпропіленові конденсатори, причому С1 і С2 - Mundorf Supreme (дорогі, чорного кольору - див. далі). Ціна конденсаторів С2, C3 (складання з чотирьох штук) можна порівняти з ціною СЧ-головки, але в хорошому тракті різниця в звучанні АС з такими конденсаторами помітна. Для економії його можна замінити іншим – Mundorf МСар (білого кольору). Можна використовувати частково Supreme, а частково MCap (як C4). Конденсатор С7 – неполярний оксидний (Mundorf Bipolar).

Котушки - звичайні з обмотувального дроту, крім L2 (Mundorf CFC16), яка намотана стрічковим обмотувальним (JBSPL дротом. Діаметри дроту для котушок L1 та L3 (Mundorf L100) - 1 мм, для L4 (Mundorf L140) - 1,4 мм, L5 (Mundorf L71) - 0,71 мм (опір близько 4,5 Ом).Котушка L5 може бути на феромагнітному сердечнику, і її опір може відрізнятися, в цьому випадку сума опору котушки L5 та додаткового резистора (на схемі не показаний) повинна Приблизно дорівнює 4,5 Ом. Резистори в кросовері - металооксидні (Mundorf MResist MOX).

На фото рис. 7 кросовер показаний у зборі. Деталі монтують на висновках навісним монтажем і кріплять термоклеєм до панелі МДФ, фанери або іншого матеріалу товщиною 3...6 мм. Фільтри зібрані на двох панелях: разом для СЧ-ВЧ та окремо – для НЧ. Панель фільтра НЧ кріпиться до бічної стінки АС у відсіку нижньої НЧ-головки, а панель фільтрів для СЧ та ВЧ головок – до бічної стінки у відсіку верхньої НЧ-головки. Отвори, через які проходять дроти від фільтрів до СЧ-і ВЧ-головок, повинні бути загерметизовані пластиліном.

Рис. 7. Кросовер у зборі

Подивимося, які реальні імпеданс та АЧХ забезпечує даний кросовер.

На рис. 8 показана АЧХ АС в кімнаті, знята з відстані 1 м по осі головки ВЧ. Видно, що вона схожа на продукт моделювання (див. рис. 4), але виявилася більш рівною, ніж передбачав симулятор. Таке часто буває через те, що динамічні головки за умовчанням при моделюванні та вимірах вважаються мінімофазовими, а насправді, за межами поршневого режиму, це може не виконуватися.

Рис. 8. АЧХ АС

Тому одразу змоделювати "правильний" фільтр не вийде. Потрібні зміни у фільтрах та додаткові вимірювання та прослуховування.

Реально АЧХ (згладжена у третину октави) укладається у відхилення ±3 дБ, якщо не звертати уваги на АЧХ нижче 300 Гц, де помітно впливає приміщення.

Зокрема, через інтерференцію прямого від АС та відбитого від статі сигналів у мікрофона фіксується спад АЧХ в області близько 200 Гц. При віддаленні від АС цей ефект нівелюється. Локальні максимуми на частотах 34 і 60 Гц зумовлені стоячими хвилями, які сприймає мікрофон у цій точці (на 34 Гц - між стінами, на 60 Гц - між підлогою та стелею). Максимум в області 140 Гц виник через відбиття від меблів, що близько стоять.

Враховуючи незначне згладжування характеристики, результат – цілком гідний. 

На рис. 9 показано частотну характеристику імпедансу АС. Вона практично збігається з розрахованою під час моделювання. Невеликий пік на 180 Гц – непригнічена вертикальна стояча хвиля у відсіку НЧ. Мітки на 100 Гц та 1 кГц генеруються програмно, насправді їх немає.

Рис. 9. Частотна характеристика імпедансу АС

Видно, що імпеданс у робочій області частот не падає нижче 3,3 Ом і не перевищує 7,2 Ом (крім низькочастотного горба фазоінвертора). Систему можна вважати номінально четырехомной, і може використовуватися з ламповим підсилювачем, оскільки має досить рівний імпеданс і досить високу чутливість.

Технічні характеристики АС

• Номінальний опір, Ом ....... 4
• Рекомендована потужність підсилювача, Вт.......25...70
• Чутливість при 2,83, дБ .......88
• Смуга відтворюваних частот при нерівномірності ±3 дБ, Гц.......40...20000

На фото рис. 10 показаний перший стереокомплект АС (корпусу по краях стенду), виготовлений та представлений на виставці "Російський Hi-End" у 2015 р. На думку багатьох відвідувачів, за середньої вартості комплектуючих та виготовлення якість обробки корпусів досить висока, а звучання АС оцінено як збалансоване і природне на багатьох музичних жанрах, хоча, треба визнати, фонограмами "важкого металу" або "року" автор там не мав...

Мал. 10. Стереокомплект АС

Примітка. У схемі фільтра друкарська помилка. R6 не 2.2Ом, а 22. Володимиру: котушка L3 намотана дротом 1мм. Усі котушки Мундорф. Сумарний опір R5L3 близько трьох Ом.

література

1. Morel ET338-104. - URL: morelhifi.com/product/et-338-104/.
2. Scan-Speak 15M/4531K00. - URL: scan-speak.dk/datasheet/pdf/15m-4531k00.pdf.
3. SEAS H1215 CA18RNX. - URL: seas.no/index.php?option=com_content&view=article&id=340:h1215-08-ca18rnx&catid=44&Itemid=461.

Автор: Г. Крилов

Дивіться інші статті розділу Акустичні системи.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Лазерний проектор Optoma UHZ50 Smart 4K UHD 12.11.2021 Optoma представила новий проектор UHZ50 Smart 4K UHD для домашніх розваг та ігор. Він підтримує виведення зображення роздільною здатністю 4K при 60 к/с, а також режим 1080p із частотою 240 Гц та часом відгуку 4 мс. Проектор має вертикальне зсув об'єктива, 1,3-кратний зум і корекцію по чотирьох кутах. Рідне співвідношення сторін складає 16:9, при цьому підтримує співвідношення 4:3. Діагональ зображення, що проектується, становить від 34,1 до 302,4 дюйма. Існує підтримка 3D. Optoma UHZ50 Smart 4K UHD має два вбудовані динаміки потужністю по 10 Вт. Крім того, Optoma заявляють, що її проектор розрахований на безшумну роботу при 26 дБ. Лазерний проектор підтримує HDR10 та HLG, має контрастність 2500000:1, яскравість 3000 ANSI люмен, а час гарантованої виробником роботи складає 30000 годин. Він отримав два порти USB для підключення мультимедійних пристроїв, два порти HDMI 2.0 (включаючи версію eARC) та підтримку HDCP 2.2. Ціна проектора Optoma UHZ50 Smart 4K UHD складає $2800.

Інші цікаві новини:

▪ Наймання роботів замість людей

▪ Омолодження шкіри на 30 років

▪ Місткість літієво-іонних акумуляторів збільшиться на третину

▪ Робот-кажан

▪ Драйвер світлодіодного дисплея MAX6957

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Радіоелектроніка та електротехніка. Добірка статей

▪ стаття Загальна історія. Шпаргалка

▪ стаття Хто носить туфлі на високих підборах, у яких ці підбори відсутні? Детальна відповідь

▪ стаття Карта поясного часу. Поради туристу

▪ стаття Контроль змінного струму розжарювання в підсилювачі потужності. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Стабілізований регулятор частоти обертання двигуна постійного струму. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024