На этот раз мы знакомим Вас с конструкцией АС закрытого типа, разработанной

нашим автором, которая позволяет более эффективно использовать головки громкоговорителей в области низких частот.

Уровень звукового давления, развиваемого АС, определяется ее чувствительностью
(КПД) и подводимой электрической мощностью:
L=S+20·1g·\/?P=S+10·1g·Р,

где: L — уровень звукового давления, дБ, относительно порога слухового восприятия — 2 х
105 н/м2; S — характеристическая чувствительность (звуковое давление, развиваемое АС на
расстоянии 1 м от рабочего центра при подводимой электрической мощности, равной 1
Вт, выраженное в дБ*\/?Вт); Р — подводимая мощность, Вт.
Основная масса отечественных АС имеет чувствительность около 86 дБ*\/?Вт («Амфитон
50АС-022″, «35АС-018″, «25АС-027″, «S-90″ и др.) и лишь некоторые — «S-90B», «S-90D»,
«S-100В», «Кливер 75АС-001″ — 89-91 дБ*\/?Вт. При большей (на 3-5 дБ) чувствительности
требуется в 2-3 раза меньшая мощность для создания такого же уровня звукового давле-
ния, или уровень давления будет на столько же дБ выше при равной подводимой к АС
мощности. Например, для получения уровня звукового давления — 100 дБ к «35АС-018″
нужно подвести 25 Вт, к «S-90B» — 12,5 Вт, а к «75АС-001″ — всего 8 Вт электрической
мощности. При конструировании АС представляет интерес применение головок громко-
говорителей с высоким КПД и чувствительностью — 90 дБ*\/?Вт и более, таких как 6ГД-2,
10ГДШ-1, 4А-32, 100ГДН-З и др.
Головка 6ГД-2, а до нее головка 5ГД-3, разработанные на Рижском радиозаводе (РРЗ) бо-
лее 35 лет назад, применялись в АС ламповых радиол «Симфония». Многие любители зву-
ка отмечают их приятное звучание и высокую «отдачу», однако в области самых низких
частот ощущается явный спад.

333Усредненная АЧХ нескольких АС «Симфония» в диапазоне частот ниже 250 Гц показана
на рис.1 (кривая 1). Измерения проводились в «ближнем поле» с использованием микро-
фона МКЭ-3 с неравномерностью собственной АЧХ ±0,5 дБ в диапазоне частот 20-700 Гц.
Из графика видно, что АЧХ АС имеет крутой спад ниже 70 Гц, минимумы на частоте 100
Гц (около 4-5 дБ) и в области частот 180-250 Гц (около 3-4 дБ). Анализ конструкции АС
«Симфония» показал, что отдельный объем в нижней части корпуса с двумя отверстиями
диаметрами 23 и 31 мм в горизонтальной перегородке, часто ошибочно принимаемый за
конструкцию фазоинвертора (ФИ), на самом деле является низкодобротным двухчастот-
ным режекторным акустическим фильтром (резонаторы Гельмгольца), настроенным на
частоты 50 и 100 Гц для частичного подавления 1-й и 2-й гармоник сетевой частоты лам-
пового усилительного тракта. Кроме того, такая конструкция ликвидирует неизбежный
«горб» на АЧХ в области 60-80 Гц, образующийся из-за высокой (более единицы) доброт-
ности комплекса «усилитель-АС», вызванной малой гибкостью воздуха в объеме АС (V =
60 л), далеко не нулевым выходным импедансом УМ, а также активным сопротивлением
соединительных проводов АС и разделительного фильтра НЧ, включенных последова-
тельно с головкой. Спад АЧХ в области 180-250 Гц вызван особенностью конструкции
6ГД-2. Из-за недостаточной жесткости диффузоров «поршневой» диапазон работы голо-
вок (диффузор колеблется, как единое целое) простирается лишь до частот 140-160 Гц, а
дальше начинается область изломанной АЧХ, типичной для этого типа головок. АЧХ АС
закрытого типа в «поршневом» диапазоне горизонтальна на частотах выше резонансной
(fp), ниже fp имеет спад около 12 дБ/окт, а на самой резонансной частоте имеет коэффи-
циент передачи (относительно уровня горизонтального участка), численно равный полной
добротности АС — Qп на fp.
444



Когда Qп < 1, АЧХ «гладкая», при Qп > 1, на АЧХ имеется «горб» на fp. Если значение Qп
близко к единице и лежит в пределах 0,95 — 1,0; то наблюдается небольшой подъем АЧХ
(0,5-1,3 дБ) в области частот выше fp. Вышесказанное относится к случаю, когда внутри
АС отсутствует звукопоглощающий материал (ЗПМ). Для проектирования улучшенного
акустического оформления были проведены измерения основных электроакустических
параметров семи экземпляров 6ГД-2: резонансной частоты fp, полной добротности Qп,
гибкости подвижной системы С и эквивалентного объема Vэ. Полученные значения при-
ведены в табл.1, колонки «V = оо». Значения fp и Qn измерены по методике, приведенной
в [1]; С и Уэ — по методике, приведенной в [2, З]. Затем по методикам, приведенным в [2,
4, 6, 7], были определены объемы фазоинверторов для получения максимально «гладкой»
АЧХ, которые приведены в колонке «ФИ», табл.1. Как видно из табл.1, параметры голо-
вок имеют значительный разброс. В очень редких случаях любители звука могут позво-
лить себе АС объемом 200-300 л каждая, а для конструкции ФИ с приемлемым объемом
требуется специальный отбор головок или применение акустического демпфирования для
уменьшения Qп, что снижает КПД. Таким образом, конструкцию акустического оформле-
ния для 6ГД-2 в виде фазоинвертора нельзя считать оптимальной для повторения. Поэто-
му было решено выполнить АС в виде закрытого корпуса такого объема, чтобы полная
добротность системы не превышала единицы. Такому условию в подавляющем большин-
стве случаев удовлетворяет V = 100 л. Такой же объем имеют промышленные AC «100АС-
063″ и «50АС-061М». При размещении головки громкоговорителя в закрытом объеме зна-
чения fp и Qп увеличиваются. Их можно определить по формулам:
f’p=fp\/?1+Vэ/V
и Q’п=Qп\/?1+Vэ/V,
где: fp и Q’n — новые значения параметров головки в объеме V.

В колонках «V = 100 л» табл.1 приведены расчетные значения f’p и Q’п, и видно, что раз-
брос параметров значительно уменьшился, а максимальная добротность АС меньше еди-
ницы. Измеренные значения в реальных конструкциях оказались на 5-10% меньше из-за
наличия рыхлого звукопоглощающего материала (хлопчатобумажная вата) внутри оформ-
ления, который служит не только для уменьшения паразитных резонансных явлений в об-
ласти средних и высоких частот, но и увеличивает гибкость воздуха внутри корпуса АС,
что эквивалентно увеличению объема, а также повышает активные акустические потери.
Для того чтобы эти потери не были чрезмерными, количество ЗПМ не должно превышать
10-15 г/л (1 — 1,5 кг на 100 л).

111Рис.2

Вариант размещения головок в трехполосной АС с внутренними размерами 710х460х320
мм и с использованием 6ГД-2 на НЧ показан на рис.2. Корпус можно выполнить из фане-
ры или ДСП толщиной 18-20 мм. Головка СЧ-4ГД-4 закрыта с внутренней стороны пла-
стмассовым колпаком (V = 4 л) с ЗПМ. Электрическая схема разделительных фильтров
показана на рис.3, в качестве СЧ головки можно применить недефицитную 5ГДШ-1 (ЗГД-
38Е), включив последовательно с ней резистор R = 2,2 Ом (5 Вт). Катушки L1 и L2 фильт-
ров намотаны проводом ПЭВ-1 диам.1,3 мм на деревянных каркасах диам. 85 мм с высо-
той намотки 20 мм, количество витков 150; катушки L3 и L4 — проводом ПЭВ-1 диам. 1,0
мм на каркасах диам. 14 мм с высотой намотки 15 мм, количество витков 97. Конденсато-
ры С1-С4 типов К73-16, К73-17 на напряжение 63 В или других типов с отклонением 5%
от номинала. Можно применить схему фильтров, приведенную в [8].

222
Рис.3

Параметры разработанной АС
Рабочий диапазон частот………………………………………………………………………………..35-20000 Гц
Уровень характеристической чувствительности………………………………………………..93 дБ\/?Вт
Номинальное электрическое сопротивление …………………………………………………………….8 Ом
Предельная шумовая (паспортная) мощность……………………………………………………………16 Вт
Максимальный уровень звукового давления на расстояния 1 м……………………………….105 дБ
Для сравнения, чтобы получить уровень звукового давления, равный 105 дБ, к AC «S-90″
нужно подвести около 90 Вт электрической мощности. Семейство АЧХ с использованием
различных экземпляров 6ГД-2 в НЧ диапазоне показано на рис.1 (кривые 2). Как видно,
разброс АЧХ в области частот выше 30 Гц и до конца «поршневого» диапазона оказался
менее 2 дБ, что свидетельствует о хорошей повторяемости параметров в предложенном
акустическом оформлении. Выигрыш по звуковому давлению в области самых низких
частот (по сравнению с «родным» применением головок в АС «Симфония») не менее 10
дБ, а расширение рабочего диапазона по уровню — 8…-10 дБ от величины среднего звуко-
вого давления — более чем на 2/3 октавы вниз.
Головка громкоговорителя 10ГДШ-1 (10ГД36К) разработана более 20 лет назад во
ВНИИРПА им.А.С.Попова и многие годы выпускается заводом «Акустика» в г. Знаменке
(Украина). Она предназначена для применения в однополосных АС, которые дешевле и
проще двух- и трехполосных и имеют меньшие фазовые искажения из-за отсутствия раз-
делительных фильтров. Головка 10ГДШ-1 одна способна воспроизвести практически весь
звуковой диапазон частот. Эффективная работа в области НЧ обеспечивается применени-
ем специального гибкого подвеса из пенополиуретана и жесткого диффузора с криволи-
нейной образующей, а в области ВЧ — вторым диффузором. Применение этих головок в
малогабаритных АС типа 15АС-223 и им подобным с внутренним объемом около 14 л не
позволяет в полной мере реализовать возможности 10ГДШ-1 в области самых низких час-
тот. На рис.4 (кривая 1) изображена типовая АЧХ 15АС-223 в области частот до 250 Гц.
На частотах выше 80 Гц АЧХ практически линейна («поршневой» диапазон данного типа
головок простирается до 400-500 Гц и выше), ниже частоты 75 Гц (-3 дБ) — крутой спад,
достигающий -12 дБ на частоте 50 Гц. В табл.2 приведены параметры нескольких головок
10ГДШ-1 (колонки «V = ∞»), а также головок в корпусе объемом 60 л, вычисленном из
условия получения полной добротности системы меньше единицы (колонки «V = 60 л»).
000
Разброс параметров оказался меньше, чем у 6ГД-2, значения Qп («V = ∞») в среднем нахо-
дятся в пределах 0,7-0,8, т.е. вычисленный объем АС в 3-4 раза больше Vэ. В качестве
корпусов были использованы ящики от АС «Симфония» с подходящим объемом (V = 60
л), внутренними размерами 710х325х260 мм и удаленной перегородкой с отверстиями ре-
зонаторов. Количество использованного ЗПМ 0,6-1 кг на весь объем. Размещение головки
на передней панели показано на рис.5. На рис.4 (кривые 2) приведено семейство АЧХ не-
скольких АС. Разброс в области частот выше 30 Гц менее 2 дБ (как и в предыдущей кон-
струкции), выигрыш по звуковому давлению в области самых низких частот более 12 дБ, а
расширение рабочего диапазона по уровню — 8…-10 дБ почти на октаву (в два раза) вниз.

555Параметры АС с использованием 10ГДШ-1
Рабочий диапазон частот……………………………………………………………………………..31,5-20000 Гц
Уровень характеристической чувствительности ……………………………………………….90 дБ\/?Вт
Номинальное электрическое сопротивление……………………………….. ……………………………4 Ом
Предельная шумовая (паспортная) мощность……………………………………………………………10 Вт
Максимальный уровень звукового давления на расстоянии 1м…. ……………………………100 дБ
Головки 10ГДШ-1 имеют хороший запас по линейному перемещению подвижной системы.

Радиолюбителям, имеющим опыт ремонта головок громкоговорителей, можно
рекомендовать перемотку звуковых катушек термостойким проводом ПЭТ-155

на каркасах из тонкого (расслоенного) стеклотекстолита, а также замену полиуретанового подвеса

диффузора резиновым, что позволит увеличить пиковую мощность до 30 Вт,
предельную шумовую -до 20 Вт, а максимальный уровень звукового давления — до
103 дБ. Для уменьшения объема АС можно рассчитать акустическое оформление в виде
ФИ по методикам, приведенным в [6, 7] для
Qп = 0,707. Ориентировочные результаты:
Vф = 40 — 45 л; диаметр туннеля — не менее 60 мм, длина его определяется частотой настройки ФИ f = 25 — 30 Гц.

Разработанные конструкции подтверждают возможность более эффективного использования головок
громкоговорителей в области самых низких частот (ниже резонансной частоты АС) даже
в простом акустическом оформлении — закрытой АС.

Литература:
1. Алдошина И.А. и др. Бытовая электроакустическая аппаратура. Справ.-М.: КУбК-а,
1996.
2.. Акустика. Спров./ Под ред. М- А. Сапожково.-2-е изд.-М.: Радио и связь, 1989.
3. Эфрусси М. Расчет громкоговорителей//Радио -1977.-№3-4.
4. Эфрусси М. Еще о расчете и изготовлении громкого-ворителя//Радио. — 1984.-№10,
5. Салтыков О. Расчет характеристик громкоговорите-ля//Радио.- 1981.-№10.
6. Терещук P.M. и др. Полупроводниковые приемно-уси-лительные устройства. Справ,-К.:
Наук. думка, 1989.
7. Иоффе В.К., Лизунков М.В. Бытовые акустические си-стемы.-М.: Радио и связь, 1998.
8. Дли Ю, Трехполосный громкоговоритель//Радио.-1989-№3.
П. А. Борщ, г. Киев
РАДИОАМАТОР № 9, 2001