Трехполосный громкоговоритель с головкой W21 ЕХ 001. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Аудиотехника

 Комментарии к статье

Целью разработки описываемой конструкции было создание пригодного для повторения в любительских условиях громкоговорителя относительно небольшого размера с высокими электроакустическими характеристиками. При выборе динамических головок учитывались их электроакустические параметры, а также опыт конструирования нескольких громкоговорителей, разработанных автором ранее. Для низких частот выбрана динамическая головка SEAS W21EX 001 К началу разработки имелся положительный опыт использования W21ЕХ 001 в двухполосном громкоговорителе закрытого типа, который обеспечивал достаточно высокое качество воспроизведения низких частот. Для средних частот выбрана головка SEAS Н143 с бумажным диффузором, для высоких частот - PEERLESS 810665 без магнитной жидкости, с куполом из пропитанной ткани.

Чертеж корпуса громкоговорителя показан на рис. 1. Корпус имеет полезный объем 28 л для головки НЧ и 2,7 л - для головки СЧ. Эти объемы заполнены синтепоном низкой плотности. С целью снижения вибраций внутренняя поверхность корпуса покрыта гидростеклоизолом.

(нажмите для увеличения)

Для дополнительного демпфирования боковых стенок использованы накладки. В накладках имеются круглые выборки, в которые вложены резиновые шайбы, по толщине превышающие глубину выборок на 0,5 мм. Накладки прикрепляют к боковым стенкам винтами-саморезами. По мере прижима накладок происходит деформация шайб, и они плотно прилегают к боковой стенке корпуса.

Наружная поверхность корпуса оклеена шпоном вишни, накладки покрашены черной акриловой краской. Темные накладки на фоне светлого шпона подчеркивают форму конструкции, придавая корпусу более гармоничный внешний вид.

Описанию кроссовера целесообразно уделить особое внимание, поскольку он является важным узлом трехполосного громкоговорителя.

Начнем с уточнения некоторых понятий. Интервал частот, в котором обе головки участвуют в формировании результирующей АЧХ по звуковому давлению, является областью совместного излучения динамических головок, и частота раздела расположена внутри этой области. При симметричных спадах АЧХ по звуковому давлению частота раздела может быть вычислена как среднее геометрическое значение частот, определяющих границы области совместного излучения. Зависимости модуля полного сопротивления от частоты динамических головок и громкоговорителя для краткости (ввиду частого упоминания) будем называть Z-характеристиками.

При разработке кроссовера ставилось целью обеспечить получение минимальной неравномерности АЧХ громкоговорителя по звуковому давлению. Для моделирования кроссовера использована программа LEAR которая позволяет работать с измеренными АЧХ и Z-характеристиками динамических головок. Это дает возможность просмотреть предварительно работу разных схем фильтров, получая достаточно наглядные результаты, и выбрать для реализации наиболее приемлемый вариант. Программа LEAP имеет оптимизатор, позволяющий в автоматическом режиме рассчитать любой элемент фильтра по заданному критерию (например, по минимальной неравномерности АЧХ в заданном интервале частот).

Исходными данными для разработки кроссовера являются АЧХ чувствительности и Z-характеристики динамических головок. Все эти характеристики измеряются в корпусе громкоговорителя после настройки акустического оформления. Для выбора оптимальных частот раздела были проведены измерения АЧХ всех головок с помощью микрофона, расположенного вдоль оси головки на расстоянии 0,5 м, а результаты усреднены в интервалах 0,2 октавы. Z-характеристики измерены в режиме генератора тока. Определим ориентировочно частоты раздела на основе анализа АЧХ динамических головок.

АЧХ головки НЧ (рис. 2) имеет неравномерность 3 дБ в диапазоне частот 60...500 Гц; дальше с увеличением частоты следует подъем с максимумом на частоте 1,3 кГц. Такой характер АЧХ не является проблемой, поскольку в трехполосном громкоговорителе можно использовать головку НЧ в диапазоне частот не выше 600 Гц, где неравномерность АЧХ достаточно мала.

АЧХ головки СЧ (рис. 3) в диапазоне частот 600...4000 Гц имеет неравно мерность 4 дБ. Неравномерность АЧХ характеризуется подъемом на частоте 1 кГц и провалом в диапазоне от 1,5 до 3 кГц. При разработке фильтров кроссовера желательно уменьшить неравномерность АЧХ головки СЧ. Для этого желательно выбрать частоту раздела недалеко от провала в ее АЧХ. Выберем частоту раздела равной 3 кГц и проверим, как это согласуется с параметрами головки ВЧ.

АЧХ этой головки (рис. 4) в диапазоне 3...20 кГц имеет неравномерность 3 дБ, а резонансная частота - около 950 Гц. При разработке фильтра необходимо учесть, что для защиты головки ВЧ от перегрузки средними частотами придется обеспечить ослабление сигнала на частоте 950 Гц не меньше 20 дБ. При частоте раздела 3 кГц необходимое ослабление можно обеспечить с помощью ФВЧ третьего порядка.

Схема кроссовера показана на рис. 5. Сигналы НЧ поступают на динамическую головку W21EX001 через ФНЧ второго порядка L4C7, обеспечивающий спад АЧХ по звуковому давлению 3 дБ на частоте 500 Гц. Цепь R5C8 компенсирует увеличение полного сопротивления головки с ростом частоты. Симметричный спад АЧХ головки СЧ формирует ФВЧ первого порядка, в котором работает конденсатор C3.

Использование фильтра первого порядка при требуемом спаде АЧХ с наклоном 12 дБ на октаву оказалось возможным из-за того, что начало естественного спада АЧХ головки СЧ оказалось близким к частоте раздела. Формирование спада АЧХ произошло как результат взаимодействия передаточной характеристики фильтра и естественного спада АЧХ головки СЧ. Резонансный пик на Z-характеристике этой головки скомпенсирован последовательным контуром L3C6R4. Элементы R3 и С5 компенсируют увеличение сопротивления головки СЧ с ростом частоты. В компенсирующем контуре R4 подбирается так, чтобы в сумме активное сопротивление катушки индуктивности и резистора R4 составило 9 Ом.

На рис. 6 показаны результаты компенсации нелинейности, присущей Z-характеристике головки СЧ. Фильтр низких частот второго порядка L2C4 формирует спад АЧХ головки СЧ, который начинается с 2,5 кГц.

Совместно с головкой ВЧ работает ФВЧ третьего порядка, который на частоте 2,5 кГц обеспечивает ослабление 5 дБ. Делитель R1R2 согласует головку ВЧ по уровню звукового давления с головками СЧ и НЧ.

Параметры элементов кроссовера подобраны с помощью оптимизатора программы LEAP по критерию минимальной неравномерности АЧХ громкоговорителя по звуковому давлению.

На рис. 7 показаны АЧХ динамических головок, работающих совместно с фильтрами, и результирующая АЧХ громкоговорителя. Для наглядности уровень АЧХ динамических головок уменьшен на 1 дБ.

Область совместного излучения головок НЧ и СЧ находится в интервале 400...900 Гц, располагаясь симметрично относительно 600 Гц. Их АЧХ по звуковому давлению пересекаются на частоте 550 Гц. Область совместного излучения головок СЧ и ВЧ лежит в интервале 2,5...4 кГц, располагаясь симметрично относительно 3,16 кГц. АЧХ по звуковому давлению головок СЧ и ВЧ пересекаются на частоте 2,9 кГц. На рис. 8 показаны передаточные характеристики фильтров.

Рассмотрим их характерные особенности.

Фильтр, работающий совместно с головкой НЧ, создает небольшой спад в области низких частот. Спад начинается с 50 Гц и на 20 Гц составляет 1 дБ. Так сказывается влияние изменения полного сопротивления головки НЧ: полное сопротивление уменьшается с 30 до 8 Ом при изменении частоты с 50 до 20 Гц.

Фильтр для головки СЧ используется помимо ограничения полосы рабочих частот и для корректировки АЧХ по звуковому давлению, в связи с этим его передаточная характеристика в полосе прозрачности практически не имеет плоского участка. В результате в полосе частот 1...3 кГц неравномерность АЧХ громкоговорителя составляет 1,5 дБ, тогда как головка СЧ в этом диапазоне имеет неравномерность АЧХ 4 дБ.

Фильтр, защищающий головку ВЧ от внеполосных низкочастотных сигналов, обеспечивает на частоте 950 Гц ослабление 24 дБ.

В кроссовере используются металлопленочные керамические резисторы на мощность 5 Вт. Конденсаторы С1, С2, С4 - с полипропиленовым диэлектриком на рабочее напряжение 250 В фирмы Solen. Конденсаторы C3, С5, С7, С8 - пленочные с лавсановым диэлектриком (MKT axial) на рабочее напряжение 160 В. С6 - неполярный оксидный конденсатор Jamicon на рабочее напряжение 35 В.

Катушки индуктивности намотаны на каркасах, изготовленных из оргстекла. На схеме указаны максимально допустимые значения активных сопротивлений катушек индуктивности. Намоточные данные катушек сведены в таблицу. В ней приняты следующие обозначения: D - диаметр каркаса; H - высота намотки; Т - ширина намотки; N - число витков; d - диаметр провода.

На рис. 9 показана Z-характеристика громкоговорителя. Минимальное значение модуля полного сопротивления громкоговорителя составляет 4,3 Ом на частоте 300 Гц. Выше частоты 3 кГц происходит увеличение сопротивления, достигая максимума 18 Ом на частоте 7 кГц.

Этот рост полного сопротивления может привести к подчеркнутому воспроизведению высоких частот при работе громкоговорителя с ламповым усилителем, имеющим повышенное выходное сопротивление. Для компенсации подъема параллельно входным клеммам громкоговорителя можно включить последовательный контур R6L5C9 (см. рис. 5). Z-характеристика с компенсацией подъема показана на рис. 10.

Любители сокращать число элементов кроссовера могут исключить компенсацию резонансного пика головки СЧ. На рис. 11 показано изменение АЧХ по звуковому давлению этой головки, которое получается в результате исключения компенсирующего контура R4L3C6. Без компенсации на уровне 12 дБ спад АЧХ приобретает небольшую "полку" в диапазоне 150...300 Гц. Изменение спада АЧХ происходит в основном за пределами области взаимного излучения и не приводит к заметным изменениям АЧХ громкоговорителя. На слух с трудом удается заметить некоторое ухудшение звучания, связанное с исключением компенсирующего контура.

Прослушивание громкоговорителя проводилось с транзисторным усилителем мощности. Все участвовавшие в прослушивании дали положительные отзывы, отметив хорошую артикуляцию басов и нейтральное звучание на средних и высоких частотах. Звучание громкоговорителя на низких частотах было признано адекватным его размерам, но недостаточным для высококачественного воспроизведения программ, где существенную роль играют частоты ниже 60 Гц. Расширить частотный диапазон громкоговорителя вниз до 35 Гц можно введением фазоинвертора для динамической головки W21ЕХ 001.

Автор: С.Бать, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Аудиотехника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Сплетни полезны для коллектива 16.11.2020 Ученые из Нидерландов подтвердили, что сплетни на работе приносят пользу для коллектива. Чтобы проверить теорию, исследователи опросили 220 студентов. Среди вопросов: сплетничали ли о них, сплетничали ли они, по какой причине студенты это делали, о ком бы они не стали сплетничать. Как результат, ученые заявили, что сплетни позволяют людям непринужденно собирать и проверять информацию о той или иной личности. Также с помощью сплетен работники делят коллектив на "своих" и "чужих". "Часто распространение сплетен рассматривается как корыстное и вредное поведение, направленное на манипулирование другими", - заявляет исследователь Бианка Бершма из университета Амстердама. На самом деле, сплетни могут повышать производительность того или иного работника, стимулируя его к работе, открывая его слабые места. А опасения человека, о котором могут разговаривать, лучше стимулируют к работе.

Другие интересные новости:

▪ Перемещение объектов звуком

▪ Автоматические считыватели для биометрических паспортов

▪ Нейрон из кожи

▪ Датчик осанки

▪ Передача видео 4K на расстояние до 30 м

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Культурные и дикие растения. Подборка статей

▪ статья Я царь, я раб, я червь, я бог! Крылатое выражение

▪ статья Какое астрономическое открытие ХХ века было засекречено? Подробный ответ

▪ статья Плавающий шезлонг. Личный транспорт

▪ статья Крашение тканей и пряжи субстантивными красителями. Простые рецепты и советы

▪ статья Остающиеся деньги. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026