Простые громкоговорители
В тех случаях, когда громкоговоритель с требуемыми характеристиками приобрести не представляется возможным, его придется изготовить самостоятельно. Для этого потребуется одна или несколько однотипных динамических головок и сравнительно несложное акустическое оформление - деревянный ящик. В любительских условиях лучше всего использовать широкополосные динамические головки. Громкоговорители с широкополосными динамическими головками проще в изготовлении, чем громкоговорители, в которых используют несколько различных головок. Правда, самодельные громкоговорители на базе широкополосных головок имеют рабочий интервал воспроизводимых частот уже, примерно от 50-60 Гц до 14-16 кГц.
В последнее время разработаны и выпускаются промышленностью широкополосные головки, на базе которых можно построить однополосные громкоговорители с очень широким рабочим интервалом частот. Тут кстати можно
громкоговоритель купить недорого.
Внешне громкоговорители как промышленного изготовления, так и самодельной чаще всего оформляют в виде .параллелепипеда. Лицевую панель драпируют неплотной хлопчатобумажной или синтетической тканью. Ящик громкоговорителя изготовляют из досок или древесностружечных плит толщиной 15-20 мм.
Для самодельных громкоговорителей можно использовать динамические головки, перечень и характеристики которых приведены в таблице. Первые цифры в обозначении головки указывают на ее номинальную мощность.
Выбор головок и их числа в громкоговорителе определяется его назначением и требуемой номинальной мощностью. При этом необходимо иметь в виду и номинальное сопротивление головки, и сопротивление громкоговорителя в целом. Если в нем предполагается использовать только одну головку, ее номинальная мощность должна быть не меньше номинальной мощности усилителя НЧ, с которым громкоговоритель будет работать, а сопротивление головки должны быть не меньше минимального сопротивления нагрузки усилителя. Как показывает практика, лучше всего для такого громкоговорителя подходит четырехваттная головка 4ГД-4, 4ГД-35 или 4ГД-36. В крайнем случае можно использовать головку ЗГД-38Е.
Нужно отметить, что динамические головки выдерживают значительные перегрузки по подводимой мощности. Так, головки новых разработок ЗГД-38Е, 4ГД-35, 4ГД-36 в паспорте имеют и такой параметр, как паспортная мощность. Паспортная мощность головки ЗГД-38Е - 5 Вт, а головок 4ГД-35 и 4ГД-36 - по В Вт. За рубежом аналогом паспортной мощности головок является их максимальная мощность.
Но несмотря на имеющийся запас механической прочности, не следует перегружать головку, поскольку при этом уровень нелинейных искажений звукового сигнала заметно повышается. Обычно коэффициент нелинейных искажений головки на номинальной мощности не превышает 5-10%. При достижении паспортной мощности коэффициент нелинейных искажений может достичь значения, когда они становятся заметными на слух.
В тех случаях, когда требуется создать громкоговоритель номинальной мощностью большей, чем допускает одна головка, устанавливают несколько одинаковых головок (обычно две - четыре), электрически соединенных между собой последовательно, параллельно или смешано. Номинальная мощность такого громкоговорителя равна сумме номинальных мощностей головок.
Было бы ошибкой считать, что наличие даже самых лучших головок гарантирует высокое качество громкоговорителя. Для этого необходимо еще подобрать соответствующее акустическое оформление, т. е. оптимальную для этих головок конструкцию ящика громкоговорителя. Кроме лицевой панели, на которую устанавливают головку или несколько головок, боковых, задней, нижней и верхней панелей, конструкция ящика может включать в себя и внутренние перегородки, различные поглощающие покрытия и другие детали. Существует несколько разновидностей акустического оформления громкоговорителя, имеющих свои особенности конструкции, достоинства и недостатки.
В первую очередь общая конструкция громкоговорителя определяется числом его головок. Если головок в нем несколько и они размещены близко одна к другой, то такой громкоговоритель называют групповым излучателем. Название это означает, что на низших частотах и частично на средних диффузоры головок колеблются почти синфазно, из-за чего акустическая отдача громкоговорителя увеличивается. На самых низких частотах увеличение отдачи кратно числу головок.
Эту особенность групповых излучателей давно и эффективно используют в профессиональной звукоусилительной технике, например, в кинотеатральных установках, а в последнее время и в любительских конструкциях. Рабочий интервал воспроизводимых частот таких громкоговорителей расширен снизу по сравнению с громкоговорителями с одной головкой. Вместе с этим эффективность воспроизведения низших частот .во многом зависит от размеров и конструкции ящика громкоговорителя. В среднем можно считать, что для понижения нижней границы рабочего интервала воспроизводимых частот нужно увеличивать размеры ящика.
Тем не менее известны конструкции громкоговорителей, которые при относительно небольших внешних размерах ящика имеют весьма малое значение низшей воспроизводимой частоты. На рис.1 представлены различные варианты конструкции акустического оформления для одной головки. Громкоговорители с несколькими головками могут быть устроены подобным образом. Самый простой вариант представляет собой ящик без задней стенки (рис. 1,а). Головка установлена на передней панели ящика раскрывом диффузора вперед, по направлению к слушателю. Звуковые колебания, возбуждаемые тыльной поверхностью диффузора, находятся в противофазе с колебаниями от передней его поверхности. Для того, чтобы полезные акустические колебания от передней поверхности диффузора не были подавлены в результате наложения на них колебаний от тыльной поверхности, ящик должен быть глубоким настолько, чтобы акустические волны от тыльной стороны диффузора достигали плоскости передней панели с определенной задержкой по сравнению с прямыми волнами, т. е. со сдвигом по фазе. На самой низкой воспроизводимой частоте этот сдвиг должен составлять 90°, для более высокой частоты он будет большим.
Громкоговорители без задней стенки хорошо реализуют энергетические возможности головки, но имеют один недостаток: на качество их работы влияет наличие стен и других предметов, находящихся вблизи заднего отверстия ящика. Поэтому такие громкоговорители приходится устанавливать не ближе 30- 40 см от стены.
От указанного недостатка свободны громкоговорители с задней стенкой или замкнутые громкоговорители. Громкоговоритель может представлять собой герметизированный ящик, на передней панели которого установлена динамическая головка (рис. 1,б). Во избежание нежелательных отражений звука от внутренней поверхности ящика, ее покрывают толстым слоем звукопоглощающего материала (натуральной или минеральной ваты, шерсти, войлока и др.). Но такому громкоговорителю присущ другой недостаток-повышение резонансной частоты примерно в 2-3 раза и связанное с этим сужение рабочего интервала частот. Этот недостаток устраняют применением специальных компрессионных головок, имеющих очень низкую собственную резонансную частоту, всего 15-25 Гц. После установки в замкнутый ящик их резонансная частота увеличивается до приемлемого значения: 50-60 Гц.
Компрессионные головки, кроме того, что они относительно дороги и дефицитны, имеют еще один большой недостаток-низкий КПД. Лучшие компрессионные головки развивают стандартное звуковое давление не более 0,1 Па т. е. их КПД примерно в 4 раза меньше, чем у обычных головок со стандартным давлением 0,2 Па. Для работы таких громкоговорителей требуются большие мощности, обычно не менее 10-20 Вт, а громкость звучания при этом будет не больше, чем у громкоговорителя на 3-4 Вт с обычными головками. Но зато такой громкоговоритель будет иметь сравнительно малые размеры.
А нельзя ли сделать громкоговоритель, свободный от указанных недостатков? Можно! Это-громкоговоритель с фазоинвертором, устройство которого показано на рис. 1,в. В передней панели этого громкоговорителя имеется еще одно отверстие сечением, близким к площади раскрыва диффузора головки или несколько меньшим. Это отверстие по форме может быть круглым или прямоугольным. Отверстие является устьем трубы-тоннеля, прикрепленного изнутри ящика к передней панели.
Основным достоинством фазоинвертора является то, что акустические колебания, возбуждаемые тыльной поверхностью диффузора, на выходе из отверстия нa определенных частотах оказываются в фазе с колебаниями, создаваемыми передней поверхностью диффузора. В результате эффективность работы громкоговорителя существенно увеличивается. Обычно подбирают размеры ящика (точнее-его внутренний объем), сечение отверстия фазоинвертора и длину тоннеля таким образом, чтобы поворот фазы на 180° тыльного излучения головки соответствовал частоте, близкой к резонансной частоте головки. При выполнении этого условия происходит расширение рабочего интервала воспроизводимых частот вниз.
Раньше рабочую длину тоннеля фазовращателя выбирали равной толщине передней панели ящика, поэтому динамическую головку согласовывали с фазоинвертором выбором площади отверстия фазоинвертора и внешних размеров ящика. В результате громкоговорители были очень громоздкими. Сейчас широко используют в фазоинверторе тоннель, удлиняющий путь акустических волн перед выходом из ящика. Меняя длину тоннеля, можно весьма точно подобрать параметры ящика громкоговорителя применительно к конкретной головке даже при сравнительно небольших его размерах.
Следует указать, что точный расчет размеров ящика громкоговорителя с фазоинвертором очень сложен. Поэтому в любительских условиях удобно пользоваться номограммой, приведенной на рис. 2. Она однозначно связывает между собой внутренний объем ящика громкоговорителя, резонансную частоту динамической головки, площадь отверстия фазоинвертора и длину тоннеля. О том, как пользоваться номограммой, будет рассказано ниже, при рассмотрении конструкций самодельных громкоговорителей.
Наиболее сложны по устройству громкоговорители с лабиринтом (см. рис. 1,г) и с рупором (см. рис. 1,д). Здесь так же, как и в фазоинверторе, использованы колебания, возбуждаемые тыльной стороной диффузора для увеличения отдачи на самых низких частотах. Лабиринт увеличивает длину пути, пробегаемого акустической волной внутри ящика. Характерной особенностью лабиринта является то, что площадь его поперечного сечения на всем протяжении остается почти постоянной. При этом общая длина пути звуковой волны должна быть равна четверти длины волны на самой низкой частоте рабочего интервала частот, обычно равной частоте собственного резонанса головки. Расчет показывает, что при резонансной частоте 80 Гц длина лабиринта должна быть равна 1 м, при 40 Гц-2 м, при 20 Гц-4 м. Таким образом, на самых низких частотах длина лабиринта получается значительной.
В громкоговорителе с рупором также установлено несколько перегородок для увеличения длины пути, проходимого акустической волной, возбуждаемой тыльной поверхностью диффузора, но при этом поперечное сечение лабиринта не остается неизменным, а увеличивается по мере приближения к выходному отверстию. Такая конструкция лабиринта позволяет сравнительно плавно согласовать относительно высокое давление за головкой с атмосферным давлением на выходе рупора, что дает повышение эффективности преобразования электрической мощности в акустическую на низших частотах. Длина рупора должна быть возможно большей.
В радиолюбительской литературе можно найти описания различных конструкций громкоговорителей, но подавляющее большинство из них выполнено в в виде либо закрытого ящика с фазоинвертором, либо закрытого ящика с фазоинвертором, либо группового излучателя. Громкоговорители с лабиринтом и рупором сложны в изготовлении, требуют проведения сложных расчетов под конкретную головку, что затрудняет их повторение в любительских условиях. Ниже описаны самодельные громкоговорители с различным числом головок, способные реализовать энергетические возможности усилителей НЧ, описания которых приведены были выше.
