Малогабаритная двухполосная АС

Представлено описание самодельной малогабаритной 2х-полосной акустической системы (АС), изготовленной по оригинальному проекту с применением низкочастотного динамика 15ГД-17 и высокочастотной изодинамической головки 10ГИ-1.

ХАРАКТЕРИСТИКИ  АКУСТИЧЕСКОЙ  СИСТЕМЫ

Номинальная (паспортная) мощность: 15 (25) Вт

Рабочий диапазон частот: 40 – 25000 Гц

Сопротивление: 4 Ом

Чувствительность: 87 дБ

Тип акустического оформления: фазоинвертор

Объём ящика: 20 л

Габариты (высота х ширина х глубина): 470х250х250 мм

Масса: 9,5 кг

ПАРАМЕТРЫ  ИСПОЛЬЗУЕМЫХ  ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ

*  –  обозначение динамика по новому ГОСТу.
** – нижняя граница рабочего диапазона после доработки головки.

ДОРАБОТКА  ВЧ-ГОЛОВКИ

Если на задней стенке ВЧ-головки «пропилить» такие же пазы, как на лицевой панели (см. фото), то нижняя граница диапазона головки понизится примерно на октаву, т.е. с 2,5 кГц до ≈1,2 кГц. Это позволяет применить изодинамическую головку в качестве средне-частотной в диапазоне от 1,2 кГц. Доработанную таким способом головку, следует закрыть изнутри ящика герметичным боксом, заполненным ватой, как это делается, обычно, для традиционных СЧ-головок.

Пазы на задней стенке следует пропиливать на предварительно разобранной ВЧ-головке; причём, разборку и сборку головки надлежит выполнять строго предусмотренным сборочной технологией способом.

КОНСТРУКЦИЯ  ЯЩИКОВ

Ящики имеют неразъёмную конструкцию, т.е. с несъёмной задней стенкой – это усложняет процесс сборки акустической системы, но зато упрощает изготовление ящиков. Стенки ящиков изготовлены из плиты МДФ: передняя панель толщиной 16 мм, все остальные стенки – 12 мм. Место расположения ВЧ-головки изолировано от общего объёма ящика герметичным коробом из плиты МДФ толщиной 10 мм. Внешние поверхности ящиков отделаны декоративным шпоном «под орех» и покрыты полуглянцевым лаком.

На передней панели АС выполнены два отверстия: одно – круглое с выборкой под установочный фланец для низкочастотного динамика 15ГД-17, и второе – прямоугольной формы для ВЧ-головки 10ГИ-1. На одной из боковых стенок сделано отверстие для трубы фазоинвертора (ФИ), диаметр этого отверстия ØD* – следует предварительно уточнить «под диаметр» конкретной (купленной) трубы.

Отверстия для ФИ в ящиках сделаны симметричными, а именно: в одном ящике – на правой стенке, во втором ящике – на левой стенке. Таким образом, при размещении колонок в комнате прослушивания можно расположить АС таким образом, чтобы трубы ФИ были направлены к центру комнаты, либо – направить их к стенам помещения, если поменять колонки местами. Если колонки размещены трубами ФИ к стенам, то размещать их следует так, чтобы расстояние от стен комнаты до колонок было бы не менее 7…10 см. На схеме колонок пунктиром отмечен герметичный объём для доработанных изодина-мических ВЧ-головок, который изолирован от основного ящика.

Для данных колонок были приобретены готовые трубы фазоинвертора «Audiocore PTUBE004» (Ø44-40 мм, L=110 мм), см. эскиз ФИ.

На задней стенке ящиков в нижней части сделано отверстие для клеммной колодки (терминала); в верхней части задней стенки установлены ушки для крепления колонок на стенах жилой комнаты.

НАСТРОЙКА  АКУСТИЧЕСКОГО  ОФОРМЛЕНИЯ

При анализе статистических данных отмечено, что НЧ-динамик 15ГД-17-40 выпускался в двух исполнениях: у динамиков более ранних годов выпуска применялся относительно мягкий резиновый подвес, у динамиков более поздних годов выпуска – подвес был более жёсткий.

Первый (основной) вариант исполнения – это динамик с относительно мягким подвесом, обеспечивающим резонансную частоту около 40 Гц (±5 Гц, что точно соответствует паспортным данным); типовые ТС-параметры для такого исполнения головки следующие: резонансная частота fs=40 Гц, эквивалентный объём Vas=24 л, полная добротность Qt≈0,38. Математическое моделирование акустического оформления показывает возможность получения частоты среза около 37 Гц (по уровню –3 db и гладкой АЧХ) в ящике объёмом V=20 л с фазоинвертором при частоте настройки fb=40 Гц.

Однако, довольно часто встречается и второй вариант исполнения динамика – с более жёстким подвесом, в результате чего резонанс динамика оказывается на уровне 50-65 Гц. При изготовлении данных АС оказалось, что динамики были именно такие. Вот измеренные ТС-параметры такого динамика : резонансная частота fs=62 Гц, эквивалентный объём Vas=10л, полная добротность Qt=0,55;  разница по резонансу в паре динамиков была менее 1 Гц.

Как оказалось, даже с жёсткими подвесами данные динамики обеспечивают примерно такую же частоту среза(!) Отмечено, что с жёсткими подвесами вместе с резонансом растёт также и полная добротность, однако эквивалентный объём – снижается. Математическое моделирование амплитудно-частотных характеристик оформления с таким динамиком (fs=62 Гц, Vas=10 л, Qt=0,55) в том же объёме ящика (V=20 л), но с разными частотами настройки ФИ представлены далее:

В итоге: наиболее гладкая АЧХ оформления для динамика 15ГД-17, но с жёстким подвесом, получается при другой частоте настройки фазоинвертора fb=44 Гц; частота среза при этом получается 38 Гц (по уровню –3 db) – практически столько же, как и с мягким подвесом, нужно только по-другому настроить ФИ.

В данном конкретном случае объяснение этому такое : при использовании более жёсткого подвеса – увеличивается резонанс динамика fs, но также и заметно снижается его эквивалентный объём Vas; в итоге: «проигрыш» от увеличения резонансной частоты динамика компенсируется «выигрышем» от уменьшения эквивалентного объёма.

При установке купленной трубы ФИ «Audiocore PTUBE004» в изготовленный ящик (со звукопоглощающим материалом) была измерена частота его настройки, которая оказалась равной fb≈38 Гц.  Для обеспечения требуемой частоты настройки fb=43-44 Гц – пришлось укоротить трубу на ≈22 мм (перед окончательной установкой ФИ в ящик был аккуратно отпилен кусок пластиковой трубы с внутренней стороны).

Возможно также выполнить акустическое оформление в виде «Закрытого Ящика» (не всем нравится «Фазоинвертор»). Только следует учитывать, что в объёме ящика V=20 л без ФИ  частота среза будет на уровне 60-75 Гц.

РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ  ФИЛЬТРЫ

В схеме разделительных фильтров использованы: в низкочастотном звене – фильтры 2-го порядка и в высокочастотном звене – фильтры 3-го порядка, частота раздела fр=1,6 кГц. Далее показана электрическая схема фильтров и плата с размещением элементов фильтров; плата закреплена на задней стенке ящика с помощью шурупов, установка платы выполнена через отверстие для НЧ-динамика.

ВОЗМОЖНЫЕ  ВАРИАНТЫ  ФИЛЬТРОВ

Существенной особенностью изодинамической высокочастотной головки 10ГИ-1 является использование нетрадиционного излучателя с ничтожно малой массой излучателя, что обеспечивает высокое качество звука в рабочем диапазоне головки. Предложенный выше способ доработки указанной головки (см. 1 стр.) снижает нижнюю частоту диапазона с 2,5 кГц до 1,2 кГц; что позволяет «передать» часть среднечастотного диапазона АС безинерционному излучателю. Для этого нужно снизить частоту раздела до 1,2-1,6 кГц, а доработанную таким способом головку 10ГИ-1 закрыть изнутри герметичным боксом, заполненным звукопоглощающим материалом. Далее в таблице приведены номиналы элементов фильтров для соответствующих частот раздела.

Для конкретного исполнения АС была выбрана частота раздела fр=1,6 кГц – это позволяет немного снизить нагрузку на ВЧ-головку, и, тем самым, увеличить надёжность при возможных перегрузках.

СБОРКА  ЯЩИКОВ

1. В ящиках нужно разместить звукопоглощающий материал: в основном объёме – так называемый «ватный валик» (при размещении ватного валика не допускать перекрытия трубы ФИ), а в СЧ-боксе – небольшой лист войлока или поролона, толщиной 10 мм, приклеенного клеем «88-Н» к стенке бокса.

2. Плата с фильтрами закреплена на задней стенке ящика с помощью шурупов или саморезов; установку платы нужно осуществить через отверстие для низкочастотного дина-мика в лицевой панели (плата из ламината, элементы фильтра приклеены к плате эпоксидкой).

3. Для подвода проводов к ВЧ-головке в стенке бокса просверлены отверстия по диаметру примерно равные наружному диаметру проводов; дополнительную герметизацию подвода проводов выполнить пластилином.

4. Поскольку ящик неразъёмный, то установка изодинамической головки 10ГИ-1 осуществляется особым способом.

Для этого нужно сделать следующее:

1. положить ящик задней стенкой на ровную поверхность (лицевой панелью кверху);
2. в «блок головки» 10ГИ-1 закрутить два технологических винта М4х80 (см. фото);
3. припаять провода;
4. взять блок головки за винты и задвинуть его короткой стороной в прямоугольное отверстие в лицевой панели, перемещая головку слева направо в бокс;
5. за технологические винты развернуть головку внутри бокса на угол 90⁰ таким образом, чтобы прорези головки встали вертикально;
6. выкрутить технологические винты;
7. положить сверху на лицевую панель решётку и декоративный фланец от головки 10ГИ-1;
8. закрутить один технологический винт обратно и поднять за этот винт головку максимально кверху;
9. затянуть в свободное отверстие в декоративном фланце штатный крепёжный винт;
10. удалить технологический винт;
11. установить второй штатный винт головки. Перед установкой головки 10ГИ-1 важно не забыть поставить резиновую уплотнительную прокладку.  Чтобы вынуть изодинамическую головку 10ГИ-1 из ящика перечисленные процедуры следует выполнить в обратном порядке.

5. Крепёжные отверстия на фланце низкочастотного динамика 15ГД-17 имеют необычно большой диаметр (Ø10 мм), поэтому фиксировать динамик с помощью шурупов или саморезов приходится через специальные переходные втулки, которые нужно изготовить на токарном станке (см. чертеж).

6. Втулки можно изготовить из алюминиевого сплава, латуни или из любой стали. Для крепления одного динамика 15ГД-17 нужны четыре переходные втулки, для двух колонок – 8 штук.

7. Для герметизации и уплотнения мест соединений клеммной колодки (терминала) на задней стенке ящика, а также посадочного места под фланец динамика 15ГД-17 на лицевой панели рекомендуется использовать простой детский пластилин.

8. Старые советские динамики (в т.ч. и 15ГД-17), к сожалению, имеют не слишком «приличный вид», поэтому на лицевых панелях АС такие динамики лучше закрывать декоративными фланцами. В данном конкретном случае были изготовлены фланцы в количестве двух штук (см. чертёж ниже).

Декоративные фланцы можно изготовить механической обработкой из алюминиевого сплава (или из любого другого металла), а затем покрасить краской; цвет краски по желанию можно подобрать каким угодно.

В данном конкретном случае была применена «технологическая новинка», а именно : декоративные фланцы были изготовлены с помощью компьютерных технологий из пластика на 3D-принтере. В качестве материала был использован пластик чёрного цвета, который довольно точно совпал по цвету с «родным» декоративным фланцем изодинамической головки 10ГИ-1; дополнительная покраска фланца даже не потребовалась.

С. Зотов, 2021 г.