Хороший НЧ/СЧ динамик. Ода динамику 4 ГД-5

Как-то попросили меня подобрать хороший НЧ/СЧ динамик для самодельного полочника. И приблизительно сформулировали такие требования:

1. чтобы нижняя граница была бы от 40-45 Гц в объеме 30 литров;
2. чтобы верхняя граница была бы примерно 4-6 кГц (предполагалась двухполосная АС с частотой раздела 4-6 кГц);
3. чтобы качество звучания было бы ОЧЕНЬ высоким (пожалуй, это было главное требование);
4. чтобы динамик мог хорошо работать от лампового усилителя.

По сопротивлению и чувствительности каких-либо ограничений не было.

Ну, поискал я в каталоге на сайте «Самоделка.Ru» нужные динамики. И обнаружил, что на первый взгляд подходящих динамиков вроде бы много, но если условно ввести ограничение на массу подвижной системы <не более 12-15 грамм> (чтобы минимизировать инерционность излучателя), то оказывается, что по-настоящему хороших динамиков класса НЧ-СЧ совсем не так уж и много!

Подобрал я тройку динамиков на выбор для поставленной задачи. Но закрался в голову вопрос: «Как же грамотно сделать хороший НЧ-СЧ динамик?» Имеется в виду – под сформулированные требования.

Данная статья – это подробное описание эксперимента по акустике, результатом которого явилось создание нового динамика, на мой взгляд, удачного. Никакой подгонки результатов под заранее заданные параметры не было, что получилось, то и получилось. Расскажу только правду, все как было…

1. Общие рассуждения

На первый взгляд задача кажется простой, возьмите систему 10МАС-1М, выньте из нее басовик 10ГД-30Е – и все! У этого НЧ-динамика резонансная частота 32 Гц, рабочая полоса 60-5000 Гц, достаточно поставить этот динамик в ящик объемом 30 литров и нижняя граница будет около 40 Гц.

Однако в этом случае не будет выполнено главное требование – <высокое качество звучания в области средних частот>. Так что, «с наскока» эту задачу решить не получается.

Попробуем проанализировать все нюансы проблемы, постараемся найти оптимальное сочетание всех факторов и, все-таки, решить задачу…

2. Выбор размеры динамика

Для начала, желательно, определиться с габаритным размером динамика. Но здесь большого выбора нет. Для ящика скромного размера (V=30 л) получить нижнюю границу 40-45 Гц на НЧ-динамике размером 10” практически невозможно. Так что остаются только динамики размером 8” или 6,5”.

Практика показывает, что самые простые промышленные динамики 8”, например, 10ГД-30Е или 25ГД-26, могут обеспечить частоту среза 40 Гц в объеме 30 литров (в качестве прототипа можно рассмотреть промышленные системы «25АС-2» от электрофона «Арктур-001»).

Также практика подтверждает, что на динамике 6,5” можно обеспечить частоту среза 40-45 Гц в объеме 16-20 литров. Это, разумеется, если грамотно спроектировать ящик и удачно подобрать динамик (например, наш 15ГД-17 или по новому ГОСТу 25ГДН-4-4).

Из сказанного следует, что для заданного объема (V=30 л) целесообразно остановить свой выбор на динамике 8”. По крайней мере, первые впечатления складываются такие, что на динамике 8” можно решить поставленную задачу.

3. Инерционность

Инерционность излучателя, на мой взгляд, самая существенная составляющая часть проблемы. В первую очередь имеют значение: масса диффузора, масса колпачка и масса звуковой катушки; в меньшей степени: масса подвеса и центрирующей шайбы.

Не будем «зацикливаться» на импортных дорогих динамиках, проанализируем три распространенных отечественных динамика размером 8”: 10ГД-30Е, 10ГД-36К и 4ГД-5.

Басовик 10ГД-30Е имеет резонанс 32 Гц, рабочий диапазон частот 60-5000 Гц, чувствительность 87 дБ, сопротивление 8 Ом, максимальный осевой ход диффузора Xmax=5 мм, масса диффузора около 10 грамм. Если этот динамик установить в «Закрытый Ящик» объемом V=30 л, то нижняя частота среза будет около 40 Гц (проверено). Однако качество звучания средних частот у этого динамика оставляет желать лучшего, главным образом, из-за большой массы диффузора.

Динамик 10ГД-36К (по новому ГОСТу 10ГДШ-1) относится к широкополосным динамикам, имеет резонанс 40 Гц, рабочий диапазон частот 60-20000 Гц, чувствительность 90 дБ, сопротивление 4 Ом, максимальный осевой ход диффузора Xmax=1,5 мм, диффузор составной, масса основного диффузора 6,2 грамма плюс масса высокочастотного конуса около 1,0 грамма. Этот динамик имеет высокое качество звучания, особенно на средних частотах, но динамик не способен дать хороших басов (из-за малого осевого хода).

Динамик 4ГД-5 нельзя назвать <распространенным> динамиком, это скорее редкий динамик, формально относится к низкочастотным динамикам. Имеет резонанс 45 Гц, рабочий диапазон частот 60-5000 Гц, чувствительность 93 дБ, сопротивление 8 Ом, максимальный осевой ход диффузора Xmax=5 мм, масса диффузора составляет 3,7 грамма. Этот динамик имеет ОЧЕНЬ высокое качество звучания, особенно на средних частотах.

Совершенно очевидно, что масса диффузора оказывает очень сильное влияние на качество звучания. У динамика 10ГД-30Е масса диффузора около 10 грамм, и – «середина» практически никакая(!), а чувствительность самая низкая из указанных динамиков. У динамика 10ГДШ-1 масса диффузора около 6-7 грамм – «середина» уже хорошая. Динамик 4ГД-5 имеет массу диффузора 3,7 грамма – в результате «середина» ОЧЕНЬ хорошая, а чувствительность самая высокая!

У динамика 4ГД-5, кроме всего прочего, еще и бумага высокого качества, так что играет этот динамик по-настоящему отменно, сравнить его можно, пожалуй, даже с легендарным динамиком 6ГД-2 Рижского радиозавода (кстати, 4ГД-5 изготавливался тоже на РРЗ). Кроме того, у динамиков 4ГД-5 и 6ГД-2 много общего: одинаковые конструкции магнитных систем и звуковых катушек, эти динамики отличаются только размерами диффузоров и корзин. Можно сказать, что 4ГД-5 – это уменьшенная копия 6ГД-2. Динамик 4ГД-5 даже более редкий, чем 6ГД-2, тем не менее, его можно достать на радиорынках и «барахолках»…

4. Постановка задачи

Не имеет смысла пытаться адаптировать для поставленной задачи динамик 10ГД-30Е, т.к. масса диффузора у него самая большая. Динамик, конечно, неплохой, но только как басовик с частотой раздела около 500 Гц.

Если исходить из главного требования (о высоком качестве звучания), то нужно остановить свой выбор динамике с самым легким диффузором. Поэтому возьмем в качестве исходного динамик, что называется, самый-самый(!), т.е. 4ГД-5. С точки зрения «звука» – это самое лучшее из троицы (10ГД-30Е, 10ГД-36К, 4ГД-5). И будем его модернизировать под поставленную задачу:

1. чтобы качество звучания было бы очень высоким,
2. чтобы нижняя граница была бы от 40-45 Гц в объеме 30 литров,
3. чтобы верхняя граница была примерно 4-6 кГц,
4. чтобы динамик мог работать от лампового усилителя.

Что касается <высокого качества звучания> и <верхней границы диапазона 4000-6000 Гц>, то эти требования в случае применения 4ГД-5 получаются автоматически. Высокое качество звучания у 4ГД-5 предопределено использованием очень легкого диффузора из бумаги высокого качества, а верхняя граница диапазона (5000 Гц), также во многом определяется диффузором.

Остается решить проблемы оптимизации акустического оформления, учета влияния высокого выходного сопротивления лампового усилителя и главное – как изменить конструкцию динамика, чтобы «ВСЕ ЭТО ЗАРАБОТАЛО»!

5. Выбор акустического оформления

При решении поставленной задачи нельзя рассматривать динамик отдельно от конструкции ящика. И если исключить экзотические виды акустического оформления, типа «Лабиринт» и т.п, то остаются три самых распространенных: так называемое «Открытое Оформление», «Закрытый Ящик» и «Фазоинвертор».

Многие фанаты акустики предпочитают только ЗЯ и считают такую конструкцию самой лучшей! Когда на каком-нибудь форуме спрашиваешь: «А почему не хотите сделать ФИ?», то иногда ответ бывает таким: «ФИ сложно настраивать…» – хороший аргумент, не так ли?

С моей точки зрения, нет ПЛОХОГО или ХОРОШЕГО оформления, а есть случаи, когда тот или иной тип оформления неграмотно спроектирован. Более того, для каждого типа оформления желательно подбирать динамик с ТС-параметрами, подходящими для данного типа оформления. Мне кажется, что большое количество отрицательных отзывов о ФИ – это результат неграмотно выполненных проектов.

ОТКРЫТОЕ ОФОРМЛЕНИЕ иногда еще называют ЭКРАНОМ. Представляет собой лист фанеры или ДСП, в котором установлен динамик, и этот Экран разделяет звуковые волны, излучаемые передней и задней сторонами диффузора НЧ-динамика. С точки зрения качества звучания следует признать, что Экраны обладают, пожалуй, самым высоким качеством звучания.

Однако нужно также иметь в виду, что нижняя граница частотного диапазона у Экрана определяется габаритными размерами самого Экрана! Дело в том, что на низких частотах происходит так называемое акустическое замыкание, т.к. звуковые волны от передней и задней сторон диффузора излучаются в противофазе и на НЧ начинают ослаблять друг друга. Для примера скажем, что на частоте 40 Гц длина волны составляет около 8 метров – представляете, какого размера нужно сделать Экран, чтобы исключить акустическое замыкание!?

Так что в малых габаритах, соответствующим объему ящика V=30 л, нереально сделать Экран с частотой среза 40-45 Гц.

ЗАКРЫТЫЙ ЯЩИК – это конструкция оформления, в которой звуковая волна, излучаемая тыльной стороной диффузора «не выходит наружу», а остается внутри закрытого объема ящика. В этом случае акустическое замыкание исключается полностью! Однако не так все просто и здесь нужно понять, как же «работает» ЗЯ…

При колебаниях диффузора НЧ-динамика в ЗЯ возникает поочередно избыточное давление или разрежение. И это избыточное давление замкнутого объема в дальнейшем передает свою энергию обратно диффузору – с точки зрения «физики» процесса вроде бы все ясно, но это только видимая часть айсберга…

При установке динамика в ЗЯ возрастает его резонансная частота, это происходит из-за влияния гибкости объема воздуха ящика. Скажем простыми словами: замкнутый объем ящика препятствует колебаниям диффузора динамика и по этой причине возрастает резонансная частота динамика! Представьте себе, что динамик имеет резонансную частоту в свободном пространстве fs=45 Гц и эквивалентный объем Vas=50 л (это параметры близкие «родному» динамику 4ГД-5). Если поместить этот динамик в ящик объемом V=30 л, то его резонансная частота в этом ЗЯ станет:

fs’ = fs √ (1 + Vas/V ) = 45 √ (1 + 50/30) = 73 Гц

Кроме этого, полная добротность динамика Qt в ЗЯ также возрастает, и в такой же пропорции, как и резонансная частота. А для получения гладкой АЧХ в этом случае нужно, чтобы полная добротность с учетом объема ящика Qt’ составляла бы 0,7-0,8.

Более подробно с методикой расчета акустического оформления типа «Закрытый Ящик» можно ознакомиться в статье О. Салтыкова «Расчет характеристик громкоговорителя», ж. Радио № 10, 1981 г, с. 32-34.

Что же получается – в ЗЯ объемом V=30 л и динамиком 8” невозможно получить частоту среза 40-45 Гц? А как же система «25АС-2» с нижней частотой диапазона 40 Гц?

На самом деле ситуация простая! И математически тут все понятно и логично… Чтобы частота среза в ЗЯ была около 40 Гц нужно, чтобы резонансная частота динамика в свободном пространстве была бы на уровне 30 Гц или ниже! Тогда при установке динамика в ЗЯ его резонанс возрастет до 40-45 Гц и ЭТОТ НОВЫЙ РЕЗОНАНС будет определять частоту среза АС.

Понизить резонансную частоту динамика можно двумя путями: уменьшить жесткость подвеса или увеличить массу диффузора (точнее общую массу подвижной системы).

Уменьшение жесткости (или увеличение гибкости) подвеса ничего не дает в ЗЯ. Дело в том, что при снижении жесткости, действительно, понижается резонансная частота динамика fs, но одновременно возрастает эквивалентный объем динамика Vas! Также очевидно, что резонансная частота динамика в ЗЯ fs’ возрастает в зависимости от соотношения (Vas/V), см. приведенную выше формулу.

Вот и получается, чтобы понизить частоту среза для ЗЯ (при неизменном объеме V) нужно увеличивать массу подвижной системы динамика – а это входит в противоречие с качеством звучания! Но именно так и получается частота «40 Гц» в акустике «25АС-2».

Перейдем к динамику 4ГД-5. У него очень легкий диффузор – и поэтому получается относительно завышенная резонансная частота (по паспорту 45 Гц). И это при очень мягком подвесе! Если поместить такой динамик в ЗЯ объемом V=30 л, то резонанс станет около 70-75 Гц. Частоту среза 40-45 Гц при такой ситуации получить нереально! Только не ниже 60-65 Гц…

Можно сформулировать сказанное выше очень коротко: в «Закрытом Ящике» объемом V=30 л с динамиком 8” частоту среза 40-45 Гц можно получить только на динамике с тяжелым диффузором (10ГД-30Е), а если диффузор легкий (4ГД-5), то частота среза будет около 60-65 Гц.

ФАЗОИНВЕРТОР (иногда такую конструкцию называют «Резонатором Гельмгольца») – это вариант конструкции оформления, в котором энергия, излучаемая тыльной стороной диффузора НЧ-динамика, если можно так сказать, «полезно используется». Совершенно очевидно, что это обстоятельство приводит к увеличению КПД громкоговорителя на низких частотах.

И если в ЗЯ частота среза получается на уровне 60-65 Гц, то, применив ФИ в том же объеме и с тем же динамиком, теоретически можно поднять уровень на самых низких частотах…

Опять-таки, на первый взгляд кажется все очень простым и элементарным. Предварительный анализ показывает, что для того, чтобы получить частоту среза 40-45 Гц в объеме V=30 л на динамике с легким диффузором, нужно (вроде как) применить ФИ. Однако здесь есть свои «заморочки»!

Дело в том, что, наверное, можно сказать, существует так называемая «оптимальная» полная добротность динамика Qtопт, т.е. такая, при которой получается гладкая АЧХ громкоговорителя на низких частотах. И для разных типов акустического оформления эта оптимальная добротность разная! Не будет секретом, если сказать, что для оформления «ФИ» оптимальная Qtопт составляет 0,3-0,5, для «ЗЯ» оптимальная Qtопт составляет 0,4-0,7, а для «Экрана» оптимальная Qtопт составляет 0,6-1,0 (значения приблизительные).

Если для выбранного типа акустического оформления применить динамик с «нехорошей» (для данного оформления) добротностью, то конечный результат получится отрицательный – это можно утверждать с большой вероятностью.

6. Параметры и возможности динамика 4 ГД-5

Познакомимся с динамиком 4ГД-5 немного поближе… Что же он из себя представляет? Номинальная мощность 4 вт, это немного, но зато у него достаточно высокая чувствительность – 93 дБ, диапазон частот 60-5000 Гц, полное сопротивление 8 Ω, индуктивность звуковой катушки составляет примерно 0,5 иГн, резонансная частота 45±10 Гц, габарит Ø202х73 мм. В магнитной системе применен кольцевой феррит-бариевый магнит К85х35х15, ширина магнитного зазора 1,0 мм, высота зазора 6 мм, магнитная индукция в зазоре около 1,0 Тл.

Диффузор бумажный, бумага очень высокого качества, с тыльной стороны диффузор имеет «пупырышки», т.е. структура поверхности очень рифленая. Диффузор изготовлен за одно целое с синусоидальным подвесом, который с внешней стороны пропитан не засыхающей мастикой (как у 6ГД-2). Пылезащитный колпачок изготовлен из легко-проницаемой ткани и установлен непосредственно на звуковую катушку. Высота намотки звуковой катушки равна 11 мм, максимальный осевой ход Xmax=5 мм.

Динамик изготавливался на рижском радиозаводе. Скажу, однако, что мне попадались динамики 4ГД-5, в которых подвес был без пропитки демпфирующей мастикой (!) и на этих динамиках была маркировка завода «ВЭФ». Я сталкивался как с динамиками «РРЗ», так и с динамиками «ВЭФ», поэтому могу обосновано утверждать, что играют они практически одинаково!

Вообще динамик 4ГД-5 давно снят с производства, так что достать НОВЫЙ динамик практически невозможно. Однако, на барахолках вполне реально достать такой динамик в хорошем или даже в очень хорошем состоянии. У меня нового 4ГД-5 не было (чтобы выложить в статье его фотографию), только «убитые» с сильными механическими повреждениями. Поэтому я обратился на нескольких форумах по акустике с просьбой «достать фотографию 4ГД-5», и мне участники форумов помогли! Большое им спасибо! На фотографии слева показаны динамики 4ГД-5 Рижского радиозавода (в комплекте с пищалками 1ГД-3), а на правой фотографии – динамик 4ГД-5 радиозавода «ВЭФ». Можно обратить внимание, что на динамике завода «ВЭФ» подвес без пропитки демпфирующей мастикой.

Насчет ТС-параметров – информация скудная, т.к. динамик очень редкий! Тем не менее, можно сказать, что приблизительно параметры такие: резонансная частота 45-50 Гц, эквивалентный объем около 50 л, полная добротность 0,75-0,85.

Иногда встречаются динамики 4ГД-5 откровенно старые, а именно с «усохшими» подвесами. В таких случаях, резонанс, как правило, составляет 60-70 Гц, эквивалентный объем занижен до 25-35 л, а полная добротность, напротив, завышена до 0,9-1,2. Для такого динамика можно рекомендовать следующее: обильно смазать подвесы бензином «Калошей» и приработать затем несколько дней подвес на звуковом генераторе. Это позволит в какой-то мере привести ТС-параметры динамика к норме.

Раньше я уже проводил «опыты» с динамиками 4ГД-5, о чем делал сообщение на форуме «ВегаЛаб»: http://www.vegalab.ru/forum/showthread.php/19676

В той работе я восстановил «убитые» динамики 4ГД-5. Мне удалось достать пару новых диффузоров идентичного размера и массой, подвесы я применил из прорезиненной ткани в виде тора. Звуковую катушку и магнитную систему сохранил без изменения. К своему удивлению обнаружил тогда, что доработанные динамики имели очень близкие ТС-параметры к «родным» 4ГД-5, объяснить это можно было тем, что, вероятно, гибкости тканевых подвесов оказались очень близки к «родным» бумажным подвесам.

Итак, приблизительные (среднестатистические) ТС-параметры динамика 4ГД-5 такие: резонансная частота fs=45 Гц, эквивалентный объем Vas=50 л, полная добротность Qt=0,8. Разумеется, эти параметры ориентировочные, но для предварительного математического анализа задачи этого вполне достаточно.

Рассмотрим четыре варианта акустического оформления с «родным» динамиком 4ГД-5:

1. Экран бесконечного размера;
2. ЗЯ объемом V=30 л;
3. ФИ объемом V=30 л с частотой настройки fb=40 Гц;
4. Также ФИ и тоже в объеме V=30 л, но с оптимизированными параметрами динамика и оформления (fs=45 Гц, Vas=50 л, Qt=0,38, V=30 л, fb=47 Гц).

Амплитудно-частотные характеристики акустических оформлений получены расчетным способом по методике, изложенной в книге Э.Л. Виноградовой «Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками», М, Энергия, 1978 г.

Результаты расчетных АЧХ всех четырех вариантов приведены в таблице:

Для «родного» 4ГД-5 Экран обеспечивает идеально гладкую АЧХ. Здесь приведена теоретическая АЧХ для случая Экрана бесконечного размера: частота среза составляет 40 Гц по уровню -3 дБ и 32 Гц по уровню -6 дБ. Совершенно ясно, что для Экрана ОГРАНИЧЕННОГО ГАБАРИТА нижняя граничная частота будет определяться размерами Экрана.

В случае Закрытого Ящика (V=30 л) динамик 4ГД-5 обеспечивает частоту среза 53 Гц по уровню -3 дБ и 46 Гц по уровню -6 дБ, но на АЧХ в области «верхнего баса» наблюдается «горб» (+2,1…+2,9 дБ на частотах 80-120 Гц).

В случае применения Фазоинвертора (V=30 л, fb=40 Гц) динамик 4ГД-5 обеспечивает частоту среза 49 Гц по уровню -3 дБ и 41 Гц по уровню -6 дБ, однако на АЧХ в области «верхнего баса» наблюдается ОГРОМНЫЙ «горб» (+3,4…+5,6 дБ на частотах 80-120 Гц).

Приведенные теоретические расчеты только подтверждают уже сказанное выше: для определенного типа акустического оформления параметры динамика также должны быть строго определенные. И в первую очередь это касается добротности динамика! Для высокодобротного динамика (Qt=0,8) оптимальным типом оформления является Экран, а ЗЯ и ФИ с такими динамиками дают на АЧХ большой «горб» в области верхнего баса.

Для оформления типа ФИ нужен динамик с добротностью в пределах 0,3-0,5. Я выполнил несколько предварительных расчетов (для случая Vas=50 л и V=30 л) и пришел к мнению, что хорошо бы иметь добротность в районе Qt=0,38. Естественно, частоту настройки ФИ тоже нужно оптимизировать – у меня получилось в районе fb=47 Гц. Действительно, если бы динамик 4ГД-5 имел бы полную добротность Qt=0,38(!), то в ящике объемом V=30 л с ФИ (fb=47 Гц) получится гладкая АЧХ с частотой среза 49 Гц по уровню -3 дБ и 42 Гц по уровню -6 дБ.

Конечно, это не ожидаемая частота среза 40-45 Гц (по уровню -3 db), но нужно иметь в виду, что это гипотетические математические расчеты, которые всего лишь показывают путь, по которому следует идти, чтобы решить таки поставленную задачу.

Для наглядности далее приведены графические иллюстрации расчетных АЧХ, о которых было рассказано выше:

7. Как же грамотно «употребить» 4 ГД-5?

Конечно, ЭТА ТЕМА не имеет прямого отношения к решаемой задаче (о «хорошем НЧ-СЧ динамике»), но раз уж зашел подробный разговор о динамике 4ГД-5, то имеет смысл рассказать несколько слов о том, как же грамотно следует применять этот динамик (в «родном» исполнении).

Формально это низкочастотный динамик, но следует признать, что глубоких басов он не может воспроизвести. Хотя – как знать?.. Как знать?.. Очень многое зависит от типа оформления, если поместить этот динамик в «Закрытый Ящик» объемом 25-30 л, то естественно – ничего хорошего не получится…

Теоретические расчеты показывают, что хорошие результаты (в полной полосе) динамик 4ГД-5 «дает» в оформлении типа Экран(!) или ЗЯ, но очень большого объема (V=60-100 л). Оба этих варианта – большого габарита.

Вообще, динамик высокодобротный и Открытое Оформление для него – это естественное техническое решение. Очень хорошо 4ГД-5 подойдет для старинной ламповой радиолы, в которой задняя стенка закрыта листом оргалита с большим количеством отверстий (это можно считать одним из вариантов Открытого Оформления).

Есть еще один вариант удачного использования головки 4ГД-5 – это в качестве среднечастотной в трехполосной АС! Когда я проводил свои самые первые «опыты» с головкой 4ГД-5, то полученные тогда динамики представляли собой модернизированные головки и по параметрам почти точно копировали «родные» 4ГД-5.

Примерно в то же время ко мне обратился один товарищ с просьбой помочь подобрать динамики для самодельной АС высокого класса. Также нужно было помочь ему с проектом ящика и с расчетом фильтров.

В результате мною были изготовлены (на заказ) басовики на тонком кевларе 50ГДН-3-8 (с легким диффузором) на сопротивление 8 Ом, «заточенные» под ламповый усилитель, и «восстановленные» головки 4ГД-5. Пищалки были закуплены Заказчиком – ленточные фирмы «Fountek» типа «NeoCD3.0». Вот этот набор динамиков:

Не вдаваясь в подробности той работы, скажу, что частоты раздела фильтров были выбраны 350 Гц и 4,5 кГц. Подробную схему разделительных фильтров приводить, как мне кажется, здесь не имеет смысла, но коротко ее можно прокомментировать.

НЧ-звено: фильтр первого порядка на частоту 350 Гц с крутизной 6 дБ на октаву, плюс режекторный фильтр, настроенный на частоту 2300 Гц (частота резонанса кевларового диффузора головки 50ГДН-3). Фактическая крутизна спада АЧХ фильтра будет больше 6 дБ на октаву из-за влияния режектора.

Максимально упрощено СЧ-звено. Частоту 350 Гц «режет» фильтр первого порядка (конденсатор) с крутизной 6 дБ на октаву, а частота 4500 Гц – вообще не фильтруется! После проверки на звуковом генераторе оказалось, что у головки 4ГД-5 «реальный» завал АЧХ как раз и начинается с частоты примерно 4500 Гц. Применение простейшего СЧ-фильтра позволяет получить минимальные фазовые сдвиги в СЧ-звене.

ВЧ-звено: разделительный фильтр третьего порядка с крутизной 18 дБ на октаву на частоту 4500 Гц.

Габариты колонки – 1390х350х325 мм. Ящик имеет два отсека – низкочастотный и среднечастотный. НЧ-отсек – ящик с Фазоинвертором объемом V=80 л. ФИ представляет собой трубу с внутренним диаметром Ø90 мм и длиной 200 мм (такая труба обеспечивает резонанс в объеме 80 л fb=30 Гц). На упрощенном чертеже этих АС (см. далее) условно не показан звукопоглощающий материал.

СЧ-отсек ящика представляет собой ящик без задней стенки, иными словами его можно считать Открытым Оформлением! Точнее – на задней стенке СЧ-отсека установлен лист оргалита с большим числом просверленных отверстий (как в старинных радиолах). В этом же отсеке установлена ленточная пищалка и плата с фильтрами.

В данной АС расчетная частота среза составила 29 Гц по уровню -3 дБ и 26 Гц по уровню -6 дБ, АЧХ на НЧ максимально гладкая, чувствительность 90 дБ, сопротивление 8 Ω, но, несмотря на кевларовый басовик, главной «изюминкой» проекта являлось среднечастотное звено на «восстановленной» головке 4ГД-5!

ПОДВЕДЕМ ИТОГИ… Для динамика 4ГД-5 самое лучшее – это оформление типа Экран, или ЗЯ, но очень большого размера (60-100 л)! Возможен другой вариант применения – в качестве СЧ-головки в многополосной АС. И все ЭТО будет успешно работать!

8. Что нужно изменить в 4 ГД-5, чтобы решить задачу?

Предыдущую главу можно вполне принять за некое «лирическое отступление», хотя и полезное… Займемся теперь главной задачей: как же сделать «ХОРОШИЙ НЧ-СЧ ДИНАМИК»?

В принципе, в главе 6 уже были указаны ТС-параметры, близкие к оптимальным… Имеется в виду, что речь там шла о динамике 4ГД-5 (т.е. с «родным» диффузором), у которого резонанс составляет примерно 45 Гц, но добротность каким-то искусственным способом занижена в 2 раза.

Короче, очевидно, что нужно уменьшить добротность динамика 4ГД-5 в 2 раза. И тогда можно будет решить поставленную задачу, решить полностью или максимально приблизится к нужным характеристикам АС (это уж как получится).

Кстати, было бы неплохо в этом эксперименте еще дополнительно уменьшить эквивалентный объем динамика Vas раза в полтора…

Вот с этими «ЦУ» и приступаем к эксперименту…

9. Поиск оптимальной конструкции

Про добротность динамика можно говорить бесконечно… Скажу, что на добротность влияет буквально все! В какой-то мере я уже говорил об этом в статье «САБ’овый динамик, заточенный под Лампу»: http://hiend.borda.ru/?1-4-40-00000009-000-0-0-1194729367

Есть статья Андрея Елютина с общим названием «Вспомнить все». Вот там, действительно, про добротность динамика рассказано ВСЁ! Кто интересуется – рекомендую почитать…

9.1. Магнитная система и звуковая катушка

Для нашего случая решение напрашивается само собой – выполнить намотку звуковой катушки в четыре слоя (вместо традиционных двух слоев).

Существует обоснованное (на первый взгляд) мнение, что лишние два слоя намотки катушки увеличивают ВДВОЕ так называемую «мощность мотора» динамика. Тем не менее, это совсем НЕ очевидно!!!

И я постараюсь это объяснить… Последнее утверждение (про увеличение мощности мотора) справедливо с одной существенной оговоркой: «При прочих равных условиях»! Иными словами, если длина провода увеличится в 2 раза, но при этом сохранятся без изменения общая масса, индукция в зазоре и т.п, то выигрыш действительно будет в 2 раза. Но вот этого то, как раз, и не выполняется при перемотке катушки на 4 слоя (или 6 слоев).

Покажем это на конкретном примере. Возьмем за исходный тот же динамик 4ГД-5: ширина зазора 1,0 мм, магнитная индукция в зазоре 1,0 Тл, ферритовое магнитное кольцо К85х35х15. Ширина зазора такова, что штатная катушка с двумя слоями туда еле-еле умещается! Чтобы «уложить» в этот зазор катушку с двумя ЛИШНИМИ слоями провода нужно увеличить ширину зазора (т.е. придется расточить керн или фланец магнитной системы). И если мотать тем же проводом в 4 слоя, то нужно увеличить зазор до величины примерно 1,60-1,65 мм. А дальше совсем просто – если оставить магнит «родной», то при таком увеличении зазора индукция в зазоре снизится с 1,0 Тл до примерно 0,75-0,80 Тл. Скажем также так, между прочим, что КПД динамика зависит от магнитной индукции <в квадрате>!

Вот и получается, что ожидаемого улучшения параметров динамика <в 2 раза> даже близко не будет, из-за снижения магнитной индукции в зазоре при расточке керна или фланца. А там еще – общая масса подвижки возрастет (медного провода ведь становится как минимум в 2 раза больше). И в лучшем случае суммарный выигрыш будет примерно 30%…

Чтобы перемотка катушки на два лишних слоя действительно дала бы результат <в 2 раза> НУЖНО УВЕЛИЧИТЬ МОЩНОСТЬ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ! Короче, нужно изменить конструкцию магнитной системы таким образом, чтобы, несмотря на увеличение зазора, индукция в зазоре осталась бы без изменения (а лучше, чтобы еще и возросла) – вот тогда можно будет получить действительно хороший результат!

Стандартные магнитные ферритовые кольца имеют типоразмеры: К85х35х15 (4ГД-5, 6ГД-2, 10ГД-34, 15ГД-11), К110х45х16 (10ГД-30Б, 25ГДН-3, 35ГДН-1), К134х57х12 (75ГДН-1 и др.), на 75-ках установлено по два магнитных кольца.

В принципе для перемотки динамиков типа 4ГД-5 или 6ГД-2 на катушку с 4-мя слоями подойдет «родная» МС от динамика 25ГДН-3 (с более мощным магнитом) – там зазор в аккурат 1,60 мм… Скажу больше, даже крепежные отверстия совпадают!

Но если бы было все так просто…

Дело в том, что есть еще одно обстоятельство, которое обязательно следует учитывать! Звуковая катушка динамика имеет определенную индуктивность, в результате этого полное сопротивление динамика складывается из омического и индуктивного сопротивления. С ростом частоты сигнала индуктивная доля в сопротивлении динамика возрастает, еще и фазовый сдвиг с ростом частоты также растет. И совершенно очевидно, что чем больше индуктивность звуковой катушки динамика, тем больше индуктивная доля в сопротивлении и тем больше фазовый сдвиг, особенно на частотах выше 2-3 кГц!

Так вот, перемотка катушки динамика на 4 слоя неизбежно приведет к росту индуктивности нагрузки (со всеми «вытекающими последствиями»). Для «чистого» басовика такое вполне можно допустить, но для НЧ-СЧ динамика – такое решение можно считать рискованным, т.к. излишняя индуктивность звуковой катушки может сильно навредить качеству звучания на средних и тем более на высоких частотах.

Тут можно дискутировать до бесконечности, но факт проверенный. Вопрос в другом – можно ли с этим бороться? Существует два способа, которые могут уменьшить рост индуктивности катушки при перемотке на 4 слоя.

Во-первых, можно уменьшить высоту намотки звуковой катушки! Кто-то спросит: «А как же с осевым ходом Xmax?» Если речь идет о НЧ-динамике, то максимальный осевой ход динамика можно определить, как разницу между высотой намотки катушки и высотой магнитного зазора. Если нужно уменьшить высоту намотки катушки, но при этом оставить без изменения Xmax, то следует ОДНОВРЕМЕННО УМЕНЬШИТЬ высоту намотки катушки и высоту магнитного зазора.

Приведем пример. Два динамика: первый – высота намотки катушки 15 мм, высота магнитного зазора 10 мм, получается: Xmax=5 мм; второй динамик – высота намотки катушки 10 мм, высота магнитного зазора 5 мм, осевой ход получается такой же: Xmax=5 мм. Так вот, у второго динамика индуктивность звуковой катушки будет существенно меньше (при намотке одинаковым количеством слоев и на одинаковое сопротивление).

Кстати, Дмитрий Рутковский также рекомендовал при намотке звуковой катушки в 4 или 6 слоев уменьшать высоту намотки с ОДНОВРЕМЕННЫМ уменьшением высоты магнитного зазора (это было, если не ошибаюсь, на форуме «Аудиопортал»).

Во-вторых, можно применить так называемый коротко-замкнутый виток на керне, иными словами, на керн следует надеть тонкий медный колпачок – это также существенно уменьшает индуктивность катушки динамика. Обычно толщина такого колпачка составляет 0,25-0,35 мм – очевидно, что применение колпачка приведет к еще большему увеличению зазора и снижению магнитной индукции в зазоре. Действительно, если нам нужен геометрический зазор 1,60-1,65 мм, то с медным колпачком на керне реальный магнитный зазор составит уже около 2,0 мм! В итоге – применение медного колпачка приводит к дополнительному снижению магнитной индукции в зазоре!

Получается так: «Хвост вытянул из трясины, но голова увязла, голову вытянешь – хвост увязнет…»

Улучшение какого-то одного параметра динамика, как правило, приводит к ухудшению других параметров. В который раз убеждаешься, что конструирование динамика – это постоянный поиск компромиссов!

9.2. Максимальный осевой ход