6 АС-2 – делаем акустику круговой направленности
Меломаны знают, что многие пространственные стереоэффекты недоступны обычным фронтальным колонкам. Отличительная особенность данной системы в том, что она излучает звуки на 360° вокруг себя. Отражаясь затем со всех сторон, они создают объемную звуковую среду. Даже давно знакомые записи звучат теперь по-новому, получив совсем иную окраску, насыщенную различными оттенками.
Я давно присматривался к колонкам системы пространственного звучания. Изучал специальную литературу и провел целое исследование в Интернете по ключевым словам «пространственная акустика 360°», «акустика круговой направленности», «акустическая система пространственного звучания» и прочим словосочетаниям этой тематики. И решил сделать такую систему самостоятельно, взяв за основу колонки 6 АС-2. Этими излучателями в советские времена комплектовались популярные проигрыватели «Мелодия 103м». У колонок хорошие корпуса из качественной фанеры, литые каркасы низкочастотных динамиков и резиновые подвесы диффузоров, что выделяет их на фоне современной «пластмассовой» китайской акустики. Недорого приобрести их можно на вторичном рынке (а если не получится купить готовые, то изготовить ящики по указанным на чертежах размерам тоже не такая большая проблема). Предлагаемая модернизация позволит дать старым коаксиальным колонкам «новую жизнь» и порадовать себя качественным звуком.
Начинаем с доработок корпуса. Для этого колонка полностью разбирается, за исключением внешнего клееного фанерного ящика. Все швы по стыкам соединений стенок и дополнительных деревянных уголков изнутри промазываются клеем ПВА. После просушки внутренние стенки колонки оклеиваются тонким войлоком (подойдет материал от солдатской шинели).
Нижняя часть
На нижней панели устанавливается фазоинвертор. В качестве туннеля фазоинвертора я использовал отрезок картонной гильзы от бумаги для рулонного принтера (плоттера). Ее диаметр оказался как раз подходящим. Одним концом он вклеен в заднюю стенку, а другой его конец закрыт куском капрона, который крепится резиновым кольцом, отрезанным от велосипедной камеры. Таким образом, осуществляется демпфирование и защита от попадания внутрь ящика мусора и насекомых. Перед закрытием фазоинвертора капроном задняя стенка и труба фазоинвертора были окрашены черной матовой нитрокраской из баллончика.
Кроссовер (блок частотных фильтров):
- основание (фанера или ДСП);
- монтажный лепесток (10 шт.);
- стяжка ФС-16 (оцинк.);
- саморез 3×14 (10 шт.);
- хомут-стяжка (пластик);
- площадка под винт для крепления стяжек.
Подключение элементов частотного фильтра (кроссовера) и динамиков показано на принципиальной схеме. Так как НЧ-динамики устанавливается в колонки в перевернутом состоянии и воспроизводят обратной стороной диффузора, то относительно первоначальной схемы их полярность меняется на обратную, а полярность ВЧ-динамиков остается прежней.
Для удешевления конструкции кроссовера были применены: конденсатор С1 9 мкФ/250 В, компенсационный от светильников с люминесцентными лампами; конденсаторы С2 и С3 – составлены из двух конденсаторов МБМ 1 мкФ/160 В. В качестве провода для намотки бескаркасных катушек индуктивностей L1 и L2 использован двойной провод-бифиляр, извлеченный из примерно 20-метрового куска компьютерного кабеля Ethernet UTP с толщиной медной жилы 0,5 мм. При разборке кабеля получается четыре отрезка сдвоенных проводов, которыми мотаются четыре (две на каждую колонку системы) одинаковых катушки индуктивности по 150 витков.
Акустическая система круговой направленности на базе 6 АС-2:
- колпак;
- винт М5х60;
- саморез 3×20 (4 шт.);
- уголок (дерево, 12 шт.);
- кроссовер (блок частотных фильтров);
- гайка врезная М6 (4 шт.);
- саморез 3×20 (4 шт.);
- шпилька М6х90 (4 шт.);
- стойка (муфта полипропиленовая, 4 шт.);
- гайка колпачковая М6 и гайка (4 компл.);
- нижняя панель 149x149x12 мм (фанера);
- ВЧ-динамик 3 ГД-2;
- конус (лиственница);
- НЧ-динамик 10 ГД-34;
- стенка колонки (фанера, S11 мм, 4 шт.);
- фазоинвертор;
- шильдик;
- верхняя панель 140x140x15 мм (фанера);
- подставка (фанера);
- саморез 4х13 (4 шт);
- шайба (Ст., 4 шт.);
- площадка под винт крепления стяжек;
- гайка М5 и шайба (8 компл.);
- винт М4 и шайба (4 компл.).
А – вид сверху со снятым колпаком;
Б – вид сверху со снятой верхней панелью.
Принципиальная схема подключения динамиков и элементов частотного фильтра:
Монтаж кроссовера на нижней панели:
Разборная оправка для намотки катушек индуктивности:
Для намотки катушек индуктивности изготавливается разборная оправка из фанеры. Она крепится в патрон дрели или в другом подходящем устройстве. Перед намоткой в прорези оправки нужно вставить обрезки проводов, которыми затем будут стянуты витки катушки.
Наматывать катушки следует аккуратно, стараясь укладывать виток к витку. После намотки оправка разбирается, витки плотно фиксируются изолентой, а вспомогательные провода убираются. Готовые катушки индуктивности L1 и L2 имеют такие параметры: внутренний диаметр – 40 мм; внешний диаметр – 60 мм; высота – 34 мм; сопротивление – 0,7 Ом; индуктивность – 0,38 мГн.
Монтаж схемы кроссовера выполнен на основании из ДСП. Катушки индуктивностей закреплены на нем пластиковыми хомутами-стяжками. Конденсатор С1 притянут стяжкой к заранее установленной на саморезе площадке. С боков основания, а также сверху него установлены монтажные лепестки. К ним подпаяны конденсаторы С2, С3 и провода, идущие к динамикам. Все соединения выполнены проводом ШВВП 2×0,75.
Собранный кроссовер закреплен на нижней панели колонки с помощью стальных мебельных уголков. Чтобы саморезы не вышли наружу, под них подложены дистанционные шайбы. Провода для подключения колонок (ШВВП 2×0,75) припаяны к соответствующим монтажным лепесткам и выведены в отверстие «Ввод кабеля от УНЧ».
Также в нижней панели сделаны отверстия под врезные гайки, к которым крепится подставка. После установки этих гаек панель притягивается к корпусу колонки саморезами.
Подставка изготовлена из двух склеенных между собой фанерных пластин толщиной по 15 мм. Она покрыта шпаклевкой и окрашена в коричневый цвет. К колонке подставка крепится шпильками М6, пропущенными через трубчатые стойки из полипропилена. Нижние концы шпилек закрыты колпачковыми гайками, которые служат ножками.
Верхняя часть
Каждая колонка акустической системы 6 АС-2 укомплектована двумя динамиками: низкочастотным 25 ГДН-1-4 (10 ГД-34-80) и высокочастотным 6 ГДВ-1-16 (3 ГД-2). Перед использованием их необходимо обследовать на предмет целостности и работоспособности.
Поскольку НЧ-динамики будут стоять перевернутыми, то для придания презентабельного вида, и чтобы они не блестели через декоративную ткань, их каркасы и магниты нужно покрасить в черный матовый цвет. Для защиты диффузоров в процессе окраски отверстия в каркасе заклеиваются малярным скотчем, а непрокрашенные места замазываются черным маркером.
Если НЧ-излучателю в данной системе звукорассеивающий конус не нужен – его роль выполняет диффузор, то для ВЧ-динамика он необходим. Существует несколько возможных способов его изготовления – они описаны в литературе, я же использовал собственную технологию. Выпилил из доски лиственницы толщиной 20 мм два диска диаметром 50 и 100 мм, которые склеил (соблюдая соосность) между собой. В основании будущего конуса сверлом Форстнера сделал выборку диаметром 35 мм и глубиной 5 мм – она необходима, чтобы в последующем конус лег на выступающие части магнита НЧ-динамика. Затем из заготовки на токарном станке был выточен конус в соответствии с указанными на чертеже размерами. Четыре резьбовых отверстия М5 служат для установки винтов-стоек, на которых будет расположен ВЧ-динамик. Конус обработан акриловой шпаклевкой и окрашен из баллончика в черный глянцевый цвет.
Установка ВЧ-динамика на конусе:
В верхней панели имеются отверстия для вывода проводов:
ВЧ-динамик крепится к звукорассеивающему конусу на четырех винтах. С помощью гаек расстояние между острием конуса и куполом диффузора динамика выставляется равным примерно 3 мм. После этого винты-стойки окрашиваются в черный цвет.
Верхняя панель колонки выпилена из фанеры и обработана так же, как и нижняя панель. НЧ-динамик крепится к ней винтами магнитом вверх. Конус с ВЧ-динамиком фиксируется на магнитной системе НЧ-динамика двухсторонним скотчем.
В верхней панели есть два отверстия для вывода проводов. Крепится панель к корпусу на саморезах.
Блок динамиков в сборе:
Колпак излучающей части колонки изготовлен по приведенному чертежу. Каркас из четырех стенок, основания и четырех брусков собран на клее ПВА, обработан напильником, наждачной бумагой, зашпаклеван и окрашен в черный цвет. После чего он был обтянут черным капроном средней плотности (использовались колготки 40 den). Сверху капрон зафиксирован с помощью степлера скобами, а снизу – подвернут вовнутрь и приклеен.
Колпак:
- крышка (фанера);
- капрон;
- основание (фанера);
- стенка (фанера, 4 шт.);
- брусок 11×11 мм (сосна)
Процесс изготовления каркаса колпака:
Каркас колпака обтянут черным капроном средней плотности:
Финальная операция – установка крышки. Она сделана из фанеры, окрашена в коричневый цвет и крепится к колпаку саморезами.
Колонка круговой направленносги:
Полученная в результате модернизации акустическая система имеет круговую характеристику направленности в горизонтальной плоскости для всего рабочего диапазона частот и следующие технические характеристики:
Рабочее положение АС: вертикальное
Номинальное сопротивление: 4 Ом
Номинальная мощность: 6 Вт
Номинальный диапазон частот: 63 – 18000 Гц
Габариты до модернизации: 157x157x300 мм
Габариты после модернизации: 157x157x545 мм
Масса: 4,7 кг
Ну и вместо заключения хочу привести цитату из «Воспоминаний» Сергея Давыдовича Батя – автора книги «Любительские громкоговорители», которая вдохновляла меня и очень помогала в работе. Надеюсь, пригодится она и другим самодельщикам.
«Построение громкоговорителей бытового назначения, как мне кажется, является стремлением создать приемлемую иллюзию звучания музыки. Я не знаю, как по-другому определить попытки заставить несколько кусочков бумаги (фольги, полипропилена, керамики, пропитанного шелка и тому подобное) звучать подобно симфоническому оркестру. Создание иллюзии, обеспечивающей эмоциональную вовлеченность слушателя, мне кажется, кроме инженерных средств, требует еще чего-то, близкого к искусству. Завязка на эмоциональный мир слушателя при попытке создания приемлемой иллюзии приводит в область индивидуальных предпочтений, которая может показаться инженеру весьма странной. Иррациональный мир индивидуальных предпочтений с одной стороны, требует от разработчика громкоговорителей внимания и уважения, с другой стороны, может удивить странной терминологией, свойственной узкому кругу любителей, ориентированных на своего собственного гуру, который сформулировал все основные правила и рецепты «правильного подхода» типа: «Динамик должен дышать», «Фильтры можно применять только первого порядка», «Усилитель должно строить только на лампах» и т.п. Чтение «антинаучной» литературы и посещение лекций по сходной тематике дало мне представление о том, что есть немало людей, способность восприятия которых сильно отличается от «среднего» уровня…»
Автор проекта: Анатолий Носовец, г. Новосибирск
Источники информации:
- Журнал «Моделист-конструктор» № 10-1985, И. Смирнов «Мелодия» звучит лучше.
- Журнал «Радио» № 02-1984, М. Корзинин «Пассивный излучатель в громкоговорителях 6АС-2».
- Журнал «Радио» № 03-2000, Р. Ку-нафин «Новое звучание 6АС-2».
- Журнал «Радио» № 04-1997, В. Шоров/В. Янков «Акустическая система для самостоятельного изготовления».
- С. Бать. Воспоминания. «Лига звука»
48 комментариев: 6 АС-2 – делаем акустику круговой направленности
Чудо чудное, 70 герцовое. Больше подошло бы название: “Акустическая система Шорова/Янкова – для тех, кому лень делать звукорассеивающие элементы “))))))
Источник
АС пространственное поля
Руководитель фирмы “Валанкон”, один из инициаторов проведения и активный участник выставки “Российский Hi-End”, рассказывает в статье об особенностях акустических систем с круговой диаграммой направленности, а также о вариантах их конструкции.
Основная задача электроакустического звуковоспроизведения (в самом идеализированном варианте) — обеспечить соответствие вторичного звукового поля в месте прослушивания первичному в месте, где происходит само действие. Находясь на улице, в лесу, в поле или в любом другом месте, прислушавшись, мы совершенно свободно можем локализовать источники этих звуков со всех сторон. Большинство источников звуков в окружающем нас мире близки к точечным (в сравнении с длиной волн звуковых колебаний).
От этих источников исходит динамически меняющийся спектр частот и, в зависимости от местоположения источника звука над уровнем пола или земли, формируется полусферическая или сферическая волна. Возможно, мне возразят, приведя пример колеблющейся струны, но давайте возьмём электрогитару, на которой звукосниматель размещён ближе к концу струн. Вроде должны быть только высокие частоты, но звукосниматель передаёт широкий спектр частот. С каждого участка струны можно снять практически весь спектр частот колебаний.
Мысленно представим себе следующий эксперимент: в стене комнаты без окон на расстоянии, например, 2 м вырезаны два выходящих на улицу отверстия диаметром, равным диффузору громкоговорителя. Таким образом, мы получим эквивалент акустической системы, обладающей разной диаграммой направленности для различных частот, причём для высоких частот диаграмма будет уже. Мы сидим в комнате и стараемся понять, что происходит на улице. А теперь выйдем на улицу — звуки будут окружать нас.
Именно к воссозданию пространственного звукового поля и направлены усилия разработчиков акустических систем пространственного поля (АСПП). Большинство существующих систем — векторные, т. е. направленного излучения хотя бы в части полосы звуковых частот. Задача озвучивания помещения состоит в том, чтобы наполнить его равномерным звуковым полем (давлением) во всех его точках без максимумов и провалов. Представим такой эксперимент — зеркальная комната, и её надо равномерно осветить.
Если мы возьмём фонари направленного света (векторные излучатели), то получим отдельные лучи света, отражённые от зеркальных стен, будут максимумы и провалы. Если мы возьмём ненаправленную матовую лампу (или две разнесённые лампы), то получим заполненное более равномерно светом помещение. Из этого эксперимента мы получим вывод: менее направленное излучение звука от АС создаёт более равномерное звуковое поле.
Применяемые динамические головки, как источники звука, не позволяют воспроизвести весь слышимый диапазон частот без заметных искажений. Для решения этой проблемы выпускают полосовые головки, оптимизированные для своей полосы частот. Таким образом, АС состоят из нескольких головок, разнесённых на передней панели громкоговорителей, и на каждую из полосовых головок подаётся только часть спектра звукового сигнала, причём каждая из этих головок имеет свою диаграмму направленности.
В многополосных АС с разнесёнными динамическими головками существуют некоторые проблемы: разное время задержки сигналов в полосах из-за задержки в фильтрах кроссовера, неточечность излучения спектра звука, что приводит к смещению диаграммы направленности в области разделения полос. Различная диаграмма направленности полосовых излучателей, в зависимости от места размещения слушателей, приводит к тембральной окраске звучания музыкальных инструментов.
Вывод: вторичное звуковое поле принципиально не может соответствовать первичному — рис. 1. Возникает неизбежный вопрос — что делать? Сначала немного истории. В 1898 г. Оливером Лоджем изобретён динамический громкоговоритель, конструкция которого в основном сохранилась до сих пор. В 1948 г. на Лондонском “Радио-шоу” был представлен первый громкоговоритель “DualConcentric” фирмы Таппоу, это первый двухполосный коаксиальный излучатель, эквивалентный точечному.
Это действительно был прорыв, который сохраняет свои преимущества до настоящего времени, однако у коаксиального громкоговорителя с рупорным высокочастотным излучателем очень невелика область комфортного прослушивания из-за обострения направленности с ростом частоты сигнала. В коаксиальной конструкции высокочастотный излучатель находится в вершине конуса низкочастотного излучателя, который выполняет функцию подвижного рупора, влияя на тембральную окраску в зависимости от положения слушателя.
Следующий шаг к созданию АСПП сделал инженер В. И. Шоров. Разработанная им акустическая система 30АС103П выпускалась заводом “Янтарь” и была описана в [1]. Это двухполосная АС, где две динамические головки установлены в горизонтальной плоскости и направлены каждая на свой рассеивающий конус, переводя векторное излучение в скалярное (ненаправленное). Так как высокочастотный излучатель (головка) установлен над низкочастотным, то абсолютно точечного источника мы не получаем, но в горизонтальной плоскости получается источник с круговой диаграммой направленности.
Ещё одним шагом к созданию точечного всенаправленного (точнее, с диаграммой излучения) источника звука явилась конструкция (рис. 2), предложенная Ю. Грибановым и А. Клячиным.
В ней на шести гранях корпуса АС установлены шесть пар головок. Эту АС нельзя назвать АСПП, так как присутствует векторная составляющая излучения. Но она является точечным всенаправленным источником звука. Есть ещё один недостаток: одинаковый сигнал излучается несколькими головками и невозможно добиться их синхронной работы и идентичности параметров. Это может приводить к потере тончайших нюансов звучания фонограммы.
Более полно идеологии АСПП соответствует так называемая контрапертурная АС (рис. 3), предложенная А. Виноградовым и А. Гайдаровым. Создаётся виртуальный точечный всенаправленный источник звукового давления в полной полосе 34. Вертикальная составляющая звуковой волны несколько подавлена. Но мы опять возвращаемся к той же проблеме, что и в предыдущем случае, — не получается абсолютно симметричной структуры. На высоких частотах звуковые волны, излучаемые двумя головками, могут не совпадать по фазе, и возникшая интерференция приведёт к искажению исходного тембра.
Искажения, конечно, меньше, чем в предыдущем способе (меньше головок), но проблема остаётся. Есть ещё одна проблема, связанная с подобной конструкцией. Использование двух широкополосных головок не всегда позволяет воспроизвести необходимый диапазон частот, даже если использовать коаксиальные (двухполосные). Необходимую трёхполосность в такой структуре реализовать не представляется возможным.
Принцип работы третьего типа АСПП легко понять из конструкции, условно изображённой на рис. 4.
Исключение половины комплекта громкоговорителей контрапертурной АС позволяет избежать свойственных ей недостатков. Здесь также излучаются звуковые волны с круговой диаграммой направленности во всём диапазоне частот. В настоящее время наша фирма, имеющая ряд патентов на подобные АС. выпускает АСПП по двум структурам. Двухполосные, изготовленные по рис. 5, выпускаются в трёх объёмах: 5, 10 и 40 л для бытового использования в жилых комнатах.
Для небольших кинозалов выпускается специальная АСПП мощностью 1000 Вт, обеспечивающая высокое звуковое давление. Структура АСПП, изображённая на рис. 6, реализует трёхполосный принцип разделения спектра, что существенно упрощает проблему подбора головок. Среди изделий фирмы есть и АСПП с объёмом корпуса 70 л, она рассчитана на высококачественное воспроизведение стереофонических фонограмм.
Если говорить об особенностях АСПП, то в сравнении с АС прямого излучения можно предположить некоторое ослабление атаки в звучании инструментов, так как звук излучается во все стороны, а не направленно на слушателей. Но что даёт использование подобных АС в реальных помещениях? Создаётся ровное пространственное звуковое поле — где бы вы ни находились, везде звук тембрально одинаков. Стоите вы перед АС или сбоку — звук не меняется, вас окружает однородное звуковое поле. Получается очень комфортное озвучивание больших площадей: необыкновенное ощущение комфортности и эмоциональной вовлечённости создают среду, недостижимую с обычными АС. Показанные здесь три типа АСПП не исчерпывают всего многообразия различных вариантов.
Утверждать однозначно, что какой-то звук лучше или хуже другого при превышении некоего порога качества, в значительной степени бессмысленно: восприятие — это область эмоций, а они разные, поэтому есть множество усилителей и акустических систем. Но что однозначно — этот звук ближе к окружающему нас естественному (эти эффекты достигаются в многоканальных системах пространственного звучания. — Ред.).
В качестве примера рассмотрим выпускаемую нашей фирмой акустическую систему АС200. Эта система изготавливается в настольном и подвесном варианте с применением динамических головок, выпускаемых ООО “Лаборатория АСА” [2]. Мы используем в качестве НЧ-головки модель В 1602.8, а в качестве ВЧ-головки — Т252.4. На рис. 7 приведён упрощённый чертёж АС. Подобная вертикальная конструкция АС позволяет использовать в качестве корпуса трубу, что выгодно отличает её от стандартных кубических корпусов.
В качестве корпуса 11 (рис. 8) выбрана пластиковая труба ПВХ 200×4,9×2000, используемая, в частности, в канализационных системах. Одной трубы длиной 2 м достаточно для двух АС. Кольца 1,2, 6, 10 изготавливают из МДФ толщиной 16 мм. На рис. 9 приведён чертёж деталей 2, 6. Детали крепят к корпусу потайными саморезами 3×19 мм (3—4 шт.).
На деталь 2, установленную в нижней части корпуса, крепится фильтр 9, она имеет отверстие для вывода сигнального провода. Деталь 6, на которой установлены динамические головки, крепится в корпусе 11 с условием, что верхняя плоскость кольца установлена заподлицо с нижним краем окон корпуса 11.
Для прокладки провода, идущего к ВЧ-головке 4, в одно из крепёжных отверстий НЧ-головки 5 не устанавливают саморез, а пропускают провод на ВЧ-головку, которую закрепляют любым способом (на бонках, на конструкции, спаянной из медной проволоки диаметром 1…1.5 мм) и фиксируют саморезами, которые крепят НЧ-головку.
Основное требование — это обеспечение необходимого зазора между диффузором ВЧ-головки и рассеивающим конусом 3. Конус, показанный на рис. 10. можно изготовить из МДФ или толстого пластика. Для придания жёсткости пластиковый конус можно запенить. Желательна глянцевая, лакированная поверхность конуса для уменьшения потерь на высоких частотах. Конус фиксируется на детали 2 с помощью клея.
В качестве звукопоглотителя используется тонкий синтепон, который набивают плотно; критерием плотности набивки является отсутствие бубнения в низкочастотном регистре. Можно попробовать насыпать слой толщиной 5… 10 см мелкого активированного угля, который обязательно сверху закрыть синтепоном. Детали 1 и 10 определяют внешний вид, их можно покрасить или фанеровать.
Деталь 1 крепится к детали 2 на шкантах или мелкими саморезами, а деталь 10 — саморезами, с выпуском соединительного кабеля. Для придания АС товарного вида можно пошить “чулок” из тонкой синтетической ткани и прикрепить её степлером к верхней и нижней детали 2.
Схема разделительного фильтра показана на рис.11.
Катушку индуктивности L1 наматывают эмалированным проводом диаметром 0,5…0,8 мм на пластиковую трубу диаметром 25 мм, ширина намотки — 20 мм. 120 витков провода длиной 10,2 м создают индуктивность 0,3 мГн. Конденсатор С1 — К73-17 или К78-2 (лучше).
Резистор R1 сопротивлением 0,2 Ом изготавливают из высокоомной проволоки: берут кусок длиной несколько метров, измеряют его сопротивление и откусывают соответствующую нужному сопротивлению часть. Диаметр проволоки должен быть не менее 0,2 мм. Фазу (полярность) включения головок определяют опытным путём. Здесь на схеме показана полярность, оптимизированная при измерении на “розовом” шуме.
Источник