3-х полосная АС (6ГД-2 + 4ГД-4 + 6ГД-13). Акустическая система с повышенным КПД
Уровень звукового давления, развиваемого АС, определяется ее чувствительностью (КПД) и подводимой электрической мощностью:
L = S + 20lg · √P = S + 10lg · Р, где
- L– уровень звукового давления, дБ, относительно порога слухового восприятия – 2 ∙ 10 -5 н/м 2;
- 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 давления, 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 громкоговорителей с высоким КПД и чувствительностью – 90 дБ√Вт и более, таких как 6ГД-2, 10ГДШ-1, 4А-32, 100ГДН-3 и др.
Головка 6ГД-2, а до нее головка 5ГД-3, разработанные на Рижском радиозаводе (РРЗ) более 35 лет назад, применялись в АС ламповых радиол “Симфония”. Многие любители звука отмечают их приятное звучание и высокую “отдачу”, однако в области самых низких частот ощущается явный спад.
Усредненная АЧХ нескольких АС “Симфония” в диапазоне частот ниже 250 Гц показана на рис.1 (кривая 1). Измерения проводились в “ближнем поле” с использованием микрофона 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 двухчастотным режекторным акустическим фильтром (резонаторы Гельмгольца), настроенным на частоты 50 и 100 Гц для частичного подавления 1-й и 2-й гармоник сетевой частоты лампового усилительного тракта. Кроме того, такая конструкция ликвидирует неизбежный “горб” на АЧХ в области 60-80 Гц, образующийся из-за высокой (более единицы) добротности 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 последовательно с головкой.
Спад АЧХ в области 180-250 Гц вызван особенностью конструкции 6ГД-2. Из-за недостаточной жесткости диффузоров “поршневой” диапазон работы головок (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 коэффициент передачи (относительно уровня горизонтального участка), численно равный полной добротности АС – Qп на fp. Когда Qп 1, на АЧХ имеется “горб” на fp. Если значение Qts 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 приведены в таблице 1, колонки “V=∞”.
Были определены объемы фазоинверторов для получения максимально “гладкой” АЧХ, которые приведены в колонке “ФИ”, таблицы 1.
Как видно из таблицы 1, параметры головок имеют значительный разброс. В очень редких случаях любители звука могут позволить 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 оформления для 6ГД-2 в виде фазоинвертора нельзя считать оптимальной для повторения. Поэтому было решено выполнить АС в виде закрытого корпуса такого объема, чтобы полная добротность системы не превышала единицы. Такому условию в подавляющем большинстве случаев удовлетворяет V=100 л. Такой же объем имеют промышленные AC 100АС-063 и 50АС-061М.
При размещении головки громкоговорителя в закрытом объеме значения 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’п – новые значения параметров головки в объеме V.
В колонках “V=100 л” таблицы 1 приведены расчетные значения f’p и Q’п, и видно, что разброс параметров значительно уменьшился, а максимальная добротность АС меньше единицы.
Измеренные значения в реальных конструкциях оказались на 5-10% меньше из-за наличия рыхлого звукопоглощающего материала (хлопчатобумажная вата) внутри оформления, который служит не только для уменьшения паразитных резонансных явлений в области 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).
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 фанеры или ДСП толщиной 18-20 мм. Головка СЧ – 4ГД-4 закрыта с внутренней стороны пластмассовым 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 сопротивлением 2,2 Ом (5 Вт). Катушки L1 и L2 фильтров намотаны проводом ПЭВ-1 диаметром 1,3 мм на деревянных каркасах диаметром 85 мм с высотой намотки 20 мм, количество витков 150; катушки L3 и L4 – проводом ПЭВ-1 диаметром 1,0 мм на каркасах диаметром 14 мм с высотой намотки 15 мм, количество витков 97. Конденсаторы С1-С4 типов К73-16, К73-17 на напряжение 63 В или других типов с отклонением 5% от номинала.
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 звукового давления – более чем на 2/3 октавы вниз.
Автор: Борщ П.А., г. Киев (журна “Радиоаматор” №9 2001 г.)
7 комментариев: 3-х полосная АС (6ГД-2 + 4ГД-4 + 6ГД-13). Акустическая система с повышенным КПД
Продвинутые эти ребята с Украины были и остались…. Удивляюсь,что и трудное время на них не действует. А у нас в Сибири полный застой в радиолюбительстве хотя универов достаточно….. Не раз делал я подобную конструкцию приятелям и всем пришлась по душе. А дины 6гд-2 ещё имеются и в хорошем состоянии,но их молодые не знают или плюют на них. Считают это дедовский динамик из промокашки….. В муз. магазинах мужики по 45 лет не знают даже КИНАП А-32 . Я одурел от таких продавцов!
Интересная статья с точки зрения акустического оформления. При расчете добротности НЧ динамика не учтено влияние сопротивления УМ, соединительных проводов и катушки фильтра, плюс 15…20% к добротности. Потому объём требуется на 30% больше авторского… Или увеличить количество заполнителя, до получения добротности порядка 0,8 в авторских 100 литрах. Иначе – бубним. По номиналам деталей фильтра: автор считал калькулятором, исходя из чисто активных сопротивлений динамиков. Соответственно, реальную АЧХ никто в глаза не видел. Возможно, к лучшему.
4гд-4 как самый громкий, перекричит соседей. В нормальной трехполоске средник всегда присажен отдачей, иначе баланс рухнет.
Ещё одно подтверждение догадки, что живую АЧХ никто не видел.
Я даже в АС “Симфонии” придавил чувстительность 3гд-1 двумя резисторами. Делал давно, году в 1999-2001, приносил с работы микрофон МЛ-19…
Небольшой чертеж данной АС:
Я бы не стал использовать 6ГД-2 в качестве НЧ излучателя. Он довольно приятно играет, не напрягает ухо, создает некую атмосферу, но детальности ноль! Но это чисто мое мнение.
Источник
3-х полосная АС на сдвоенных 6 ГД-2
Акустические системы со сдвоенными головками заинтересовали в свое время немало радиолюбителей. Многие из них остановили свой выбор именно на таких АС и, судя по отзывам, довольны их звучанием. Интерес к сдвоенным головкам проявили и некоторые зарубежные фирмы. Например, в 1985 г. фирма “Jamo” рекламировала ряд новых АС, утверждая в рекламном проспекте, что их большая мощность и высокая верность воспроизведения при относительно небольших габаритах достигнуты благодаря применению сдвоенных головок. Однако отсутствие глубокого анализа и, главное, практических рекомендаций по конструированию АС с такими головками, а также появление в продаже современных низкочастотных компрессионных излучателей несколько снизили интерес радиолюбителей к сдвоенным динамическим головкам. Исследования последних лет позволили выявить новые достоинства этого вида излучателей. Кстати, оказалось, что его оптимальная конструкция та, в которой головки обращены диффузорами одна к другой, поэтому в дальнейшем речь пойдет только об этом варианте. Основные достоинства сдвоенной головки (по сравнению с одиночной) – более гладкая АЧХ, меньшие нелинейные искажения и меньший требуемый объем ящика акустического оформления. АЧХ сглаживается благодаря взаимному демпфированию головок, из которых составлена сдвоенная. Каждая одиночная головка в пределах допускаемых отклонений имеет свою, обусловленную технологией производства, неравномерность АЧХ, поэтому частоты пиков и провалов на их АЧХ не совпадают. В сдвоенной головке часть этих пиков и провалов взаимно компенсируются. Нелинейные искажения уменьшаются из-за того, что сдвоенная головка (в отличие от одиночной) представляет собой симметричную электромеханоакустическую систему. По этой причине сопротивление воздушной среды с ее обеих сторон практически одинаково, обусловленное конструктивными особенностями и свойствами материала различие гибкости подвеса у головок некоторых типов при движении диффузора вперед и назад отсутствует. Наконец, асимметрия распределения магнитной индукции в зазоре магнитной системы, отрицательно влияющая на уровень второй гармоники, в сдвоенной головке не проявляется.
Конечно, существуют и другие способы снижения нелинейных искажений АС. Для уменьшения четных гармоник шведская фирма “Audio-Pro”, например, в низкочастотном блоке AC B4-2000 устанавливает две (из четырех) низкочастотные головки магнитными системами наружу. Однако рассредоточение излучателей порождает интерференцию звуковых волн и сужает диаграмму направленности АС. Фирма “Jamo” нашла более совершенное решение. В низкочастотном звене она применила одну мощную сдвоенную головку, поместив ее на горизонтальной доске (см. рис. 1,а), под которой расположен рупор, направляющий звук в сторону слушателя и согласовывающий механическое сопротивление подвижной системы головки с воздушной средой. Что же касается объема ящика, то он уменьшается благодаря тому, что результирующая гибкость подвеса сдвоенной головки по сравнению с одиночной снижается вдвое. Масса же подвижной системы сдвоенной головки возрастает во столько же раз, поэтому частота основного механического резонанса не изменяется.
Для сохранения расчетной резонансной частоты сдвоенной головки в акустическом оформлении требуется ящик объемом, вдвое меньшим, чем для одиночной головки того же типа, что видно из следующих соотношений:
fя и fг – резонансные частоты головки соответственно в ящике и открытом воздушном пространстве,
Сг и Ся – гибкость подвеса головки и воздуха в ящике,
Dэфф – эффективный диаметр диффузора.
Поскольку значение Dэфф сдвоенной головки такое же, как и одиночной, для выполнения приведенных соотношений при уменьшении гибкости Сг в 2 раза необходимо уменьшить гибкость Ся, а следовательно, и объем V во столько же раз (по сравнению с двумя головками, установленными отдельно, объем уменьшится в 4 раза). Казалось бы, увеличивая число головок, работающих на одно отверстие АС, можно еще в большей степени уменьшить ее габариты. Однако на практике головки не удается сблизить настолько, чтобы их геометрические размеры не сказались на фазовых сдвигах звуковых волн, излучаемых крайними головками. В этом случае длина пути распространения звуковых волн от крайней внутренней головки до крайней наружной становится соизмеримой с длинами излучаемых волн, что в конечном счете приводит к вычитанию и искажению звуковых сигналов (вот почему нельзя сдваивать средне- и высокочастотные головки). Кроме того, снижение КПД в этом случае станет ощутимым.
Предлагаемая вниманию читателей АС представляет собой громкоговоритель-фазоинвертор с полезным внутренним объемом 50 л. В качестве низкочастотного излучателя применена сдвоенная головка, составленная из 6ГД-2, в качестве средне- и высокочастотного – соответственно 15ГД-11 и 6ГД-13. Сдвоенная головка установлена на наклонной доске (см. рис. 1, б), образующей вместе с боковыми и нижней стенками ящика рупор, который, по мнению автора, удачней направлен на слушателя, чем в АС фирмы “Jamo” (рис. 1, а). Кроме того, при таком расположении доски со сдвоенной головкой более рационально используется объем ящика, что позволило уменьшить габариты и массу АС.
Основные технические характеристики АС
Номинальная мощность: 12 Вт
Паспортная мощность: 30 Вт
Номинальное электрическое сопротивление: 4 Ом
Номинальный диапазон частот: 30 – 18000 Гц
Благодаря применению высокоэффективных низкочастотных головок 6ГД-2 громкость звучания при сравнительно небольшой номинальной мощности (12 Вт) не уступает промышленным АС типа S-90 при подводимой к ним мощности 30 Вт. Что же касается качества звучания, то большинство слушателей отдает предпочтение описываемой ниже АС.
Принципиальная схема изображена на рис. 2, конструкция показана на рис. 3. Ящик АС 3 изготовлен из древесно-стружечной плиты толщиной 20 мм, обклеенной бумагой, имитирующей ценные породы древесины. Сдвоенная головка 17 закреплена на доске 10, среднечастотная (12) и высокочастотная (16) головки – на передней стенке 4. Задняя стенка 15 – съемная.
Среднечастотная головка изолирована от остального объема ящика боксом 13, изготовленным из фанеры толщиной 10 мм и закрепленным на стенке 4 с помощью уголков 11 и шурупов. Туннель фазоинвертора 14 внутренним диаметром 50 и длиной 100 мм склеен из четырех слоев электрокартона толщиной 0,5 мм. В отверстии передней стенки 4 он закреплен с помощью клея. Выходное отверстие рупора сдвоенной головки 17 закрыто решеткой (дет. 1, 2), отверстия напротив средне- и высокочастотной головок – соответственно выпуклыми металлическими сетками 6 и 8 с кольцевыми декоративными обрамлениями 5 и 7. Рамка 1 согнута из полосы сечением 5х20 мм из алюминиевого сплава, прутья 2 диаметром 4 мм изготовлены из нержавеющей стали и вставлены на клею в отверстия, просверленные с шагом 20 мм в верхней и нижней сторонах рамки. Кольцевые обрамления отверстий под остальные головки, а также отверстия под туннель фазоинвертора согнуты из полосы сечением 5х10 мм из того же материала. Для крепления обрамления среднечастотной головки 5 предусмотрены четыре шпильки с резьбой М3, вставленные на клею в отверстия диаметром 3,2 и глубиной 7 мм, просверленные в торце кольца со стороны, обращенной к панели 4. До вырезания отверстия под головку 12 в передней стенке по наружному диаметру обрамления 5 с помощью кругореза с резцом и стамеской необходимо выбрать канавку шириной 20 и глубиной 2…3 мм. При сборке вначале закрепляют головку 12, затем с помощью п роволочных скобок или гвоздей – сетку 6 и, наконец, устанавливают на место обрамление 5, которое дополнительно прижимает сетку к панели 4. 
Обрамление 7 высокочастотной головки 16 закрепляют в проточке передней панели клеем. Для придания АС соответствующего вида наружные торцы рамки 1 и обрамлений 5, 7 и 9 необходимо отполировать до зеркального блеска, а их боковые поверхности (как внутренние, так и наружные) – окрасить черной краской. В такой же цвет следует окрасить металлические сетки 6 и 8, внутренние поверхности туннеля фазоинвертора, рупора сдвоенной головки и всю площадь круга под сеткой 6, диффузородержатель нижней головки 6ГД-2, обращенную к слушателю часть диффузородержателя головки 12 и головки крепящих ее винтов. Катушки L1 и L2 разделительного фильтра намотаны проводом ПЭВ-2 1,3 на каркасах диаметром 35 и длиной 100 мм. Каждая из них содержит примерно по 460 витков (шесть слоев по 75-76 витков). Конденсаторы С1-С3 – МБГП, МБГО и т. п. При монтаже АС следует обратить особое внимание на полярность подключения головок 6ГД-2, так как в случае ошибки возникнет акустическое короткое замыкание. Наружная головка – ВА1. Для улучшения демпфирования сдвоенной головки внутреннюю поверхность ящика АС можно обклеить или обить звукопоглощающим материалом. Возможна замена головок 6ГД-2 на 8ГД-1, 15ГД-11- на 4ГД-8 или 5ГДШ-5-4, а 6ГД-13 – на 3ГД-2. Размеры ящика при такой замене сохраняются.
Автор проекта: А. ЖУРЕНКОВ, г. Запорожье
7 комментариев: 3-х полосная АС на сдвоенных 6 ГД-2
6ГД-2 даже без сдваивания отлично звучит в диапазоне 20-1000гц. Мягкий , чистый бас , а не грохот. Высокая чувствительность. Единственный минус – мощность. Он чисто домашний. Для аудиофила и небольшой его компании. К стерео из двух таких колонок никто не придерётся. Объём ящика можно и побольше , басов будет ещё больше.
Это правда. Сдваивал 35гдн, 50гдн и еще несколько пробовал. Никакого улучшения не получил.
Чистая правда-сам пытался сдвоить динамики-и ничего путнего,лучше два этих дина на лицевой!Юрий
Видимо Бокарёв против спаривания динамиков будет. Или я не прав? Давайте спросим его пор этой теме ?
Современные телевизоры LED , OLED имеют отвратительную акустику и слабенький усилитель. Я сразу отключил родные динамики , сделал выводы наружу и подключил к тумбочке с динамиками 6ГД-2 на НЧ. Они идеально согласуются с телевизором по всем параметрам. Звук стал великолепным + большой экран , лучше всякого домашнего кинотеатра с ресиверами.
Спаренные динамики= забудь про средину, она там типа жуть, звук как из, все резонансы внутри корзины – ваши. Только бас, отрезанный низко. То есть, красивую средину 6ГД-2 похоронить и заменить на что-то похожее, скажем, 3 ГД-32, 5ГД-1 , 1ГД-4
Сдвоенные динамики в моем понимании- на боковых стенках колонки не сильно широкой, но глубокой- по динамику- лопуху, работающих навстречу, моменты уравновешиваются, направленность круговая из-за низкого среза, кпд высокий из-за площади, отклик быстрый из-за тонкой мембраны.
Прочее укладывается плохо. Бутерброд с двойной колбасой .
Ясно,что сдваивание пойдёт только на НЧ. Предлагали сдваивать и в СЧ,но сделав понял,что какая то ерунда получилась и теперь ещё лежат и трудно их куда то сунуть.Динамики стояли друг за другом..
Источник