Уроки труда,
Или методика создания акустических систем. Часть II

В прошлый раз мы научились рассчитывать акустическое оформление с фазоинвертором и начали экспериментально определять зависимость полного электрического сопротивления динамических головок от частоты. Сегодня мы попробуем осмыслить результаты измерений, после чего рассмотрим способы амплитудной и частотной коррекции излучателей.

Если вы обнаружите минимумы импеданса около 3 Ом, не расстраивайтесь. Некоторые модели АС известных фирм имеют провалы до 2,6 Ом, а иногда даже до 2 Ом! Ничего хорошего в этом, конечно, нет — усилители перегреваются, работая на такую нагрузку, особенно на большой громкости, растут искажения.

Для ламповых триодных усилителей особенно опасны минимумы в области низких частот и нижней середины. Если импеданс здесь падает ниже 3 Ом, возможен выход из строя оконечных ламп, а вот пентоды этого не боятся.

Важно помнить, что выходное сопротивление усилителя участвует в настройке фильтра АС. Например, если сделать подъем на 1 дБ области Fc, подключив АС к транзисторному усилителю почти с нулевым выходным сопротивлением, то при работе с ламповым (типовое значение Rвых = 2 Ом) от форсажа не останется и следа. Да и вся АЧХ будет другой. Чтобы получить те же результаты, придётся создать другой фильтр.

Слушатель, не останавливающийся в развитии, со временем приходит к пониманию ценности хороших ламповых усилителей. По этой причине я обычно настраиваю акустику с ламповым оконечником, а при подключении к транзисторному ставлю последовательно с АС 10-ваттный безындукционный (не более 4 — 8 mН) резистор сопротивлением 2 Ом.

Если имея транзисторный усилитель, вы не исключаете возможность приобретения в будущем лампового, то при настройке и последующей эксплуатации подключайте ваши АС через такие резисторы. При переходе на лампы не потребуется настраивать АС заново, достаточно лишь удалить резисторы.

При отсутствии генератора подойдет тестовый CD с записью испытательных сигналов для оценки АЧХ. При этом вы не сможете плавно менять частоту и, скорее всего, пропустите самый минимум импеданса. Тем не менее, даже приблизительная оценка модуля Z будет полезна, причем для этого псевдошумовые сигналы в третьоктавных полосах даже удобнее, чем синусоидальные. Такие сигналы есть на тестовом CD журнала «Салон AV» (№7/2002). В крайнем случае, можно обойтись без измерений импеданса, если ограничить форсаж отдачи на частоте среза фильтра величиной 1 дБ. При этом импеданс вряд ли упадёт более чем на 20%. Например, для 4-омной АС это соответствует минимуму в 3,2 Ом, что допустимо.

Учтите, что «поймать» параметры элементов фильтра, необходимые для коррекции АЧХ, вам придётся самостоятельно. Предварительный расчёт нужен, чтобы изначально не промахнуться «на километр». В простой фильтр НЧ/СЧ-головки добавляются резисторы для некоторых манипуляций с АЧХ, которые могут потребоваться при настройке ваших АС. Если средний уровень звукового давления этого динамика выше соответствующего параметра ВЧ-головки, необходимо включить последовательно с динамиком резистор.

Варианты включения — на рис. 6 а) и б).

Величину необходимого снижения отдачи НЧ/СЧ-головки, выраженную в дБ, обозначим N. Тогда:

где Rд — среднее значение импеданса динамика.

Вместо расчётов можно воспользоваться таблицей 1.

Таблица 1

1 дБ — = 10%, или изменение уровня в 1,1 раза.

2 дБ — = 25% — » — в 1,25 раза.

3 дБ — = 40% — » — 1,4 раза.

4 дБ — = 60% — » — 1,6 раза.

5 дБ — = 80% — » — 1,8 раза.

6 дБ — = 100% — » — 2 раза.

где Vус — действующее значение напряжения на выходе усилителя. Vд — то же, на динамике. Vд меньше, чем Vс, благодаря ослаблению сигнала резистором R1. Кроме того, N = Nвч — Nнч, где Nнч и Nвч — уровень звукового давления, развиваемый, соответственно, НЧ и ВЧ-головками.

Эти уровни — усреднённые по полосам, воспроизводимым НЧ и ВЧ-головками. Естественно, Nнч и Nвч измеряются в дБ.

Пример быстрой оценки необходимой величины R1:

Для N = 1 дБ; R1 = Rд (1,1 — 1) = 0,1 Rд.

Для N = 2 дБ; R1 = Rд (1,25 — 1) = 0,25 Rд.

…

Для N = 6 дБ; R1 = Rд (2 — 1) = Rд.

Более конкретный пример:

Rд = 8 Ом, N = 4 дБ.

R1 = 8 Ом (1,6 — 1) = 4,8 Ом.

Как рассчитать мощность R1?

Пусть Рд — паспортная мощность НЧ/СЧ-громкоговорителя, PR1 — допустимая мощность, рассеиваемая R1.

Тогда:

Не следует затруднять отвод тепла от R1, то есть не надо обматывать его изолентой, заливать термоклеем и т.п.

Особенности предварительного расчёта фильтра с R1.

Для схемы на рис. 6 б) значения L1 и C1 рассчитываются на воображаемый динамик, суммарное сопротивление которого: RS= R1 + Rд.

При этом L1 получается больше, а C1 — меньше, чем у фильтра без R1.

Для схемы на рис. 6 а) — всё наоборот: введение в схему R1 требует уменьшения L1 и увеличения С1. Проще рассчитывать фильтр по схеме на рис. 6 б). Пользуйтесь именно этой схемой.

Дополнительная коррекция АЧХ при помощи резистора.

Если для улучшения равномерности АЧХ необходимо уменьшить подавление фильтром сигналов выше частоты среза, можно применить схему, приведённую на рис. 7

рис. 7

R2 в этом случае дает уменьшение отдачи в Fс. Выше Fc отдача, напротив, растёт по сравнению с фильтром без R2. Если необходимо восстановить близкую к исходной АЧХ (измеренной без R2), следует уменьшить L1 и увеличить C1 в одинаковой пропорции. На практике диапазон R2 находится в пределах:

R2 = (0,1Е1) і Rд.

Коррекция АЧХ

Простейший случай. На достаточно равномерной характеристике имеется зона завышенной отдачи («презенс») в области средних частот. Можно применить корректор в виде резонансного контура (рис. 8).

рис. 8

На частоте резонанса

Контур имеет некоторое значение импеданса, в соответствии с величиной которого сигнал на динамике ослабляется.

Вне частоты резонанса ослабление уменьшается, таким образом, контур может избирательно подавлять «презенс».

Ориентировочно рассчитать значения L2 и C2 в зависимости от Fp и степени подавления N2 (в дБ) можно так:

Удобно воспользоваться таблицей 1a:

Пример: необходимо подавить «презенс» с центральной частотой 1600 Гц. Импеданс громкоговорителя — 8 Ом. Степень подавления: 4 дБ.

Конкретная форма АЧХ громкоговорителя может потребовать более сложной коррекции.

Примеры — на рис. 9.

Случай на рис. 9 а) — самый простой. Легко подобрать параметры корректирующего контура, так как «презенс» имеет форму «зеркальную» возможной характеристике фильтра.

На рис. 9 б) показан другой возможный вариант. Видно, что простейший контур позволяет «разменять» один большой «горб» на два маленьких с небольшим провалом АЧХ в придачу.

В таких случаях нужно сначала увеличить L2 и уменьшить С2. Это расширит полосу подавления до нужных пределов. Затем следует зашунтировать контур резистором R3, как показано на рис. 10. величина R3 выбирается исходя из необходимой степени подавления сигнала, подаваемого на динамик в полосе, определяемой параметрами контура.

Рис.10

R3 = Rд (D — 1)

Пример: надо подавить сигнал на 2 дБ. Динамик — 8 Ом. Обращаться к Таблице 1.

R3 = 8 Ом (1,25 — 1) = 2 Ом.

Как в этом случае происходит коррекция, показано на рис. 9 в).

Для современных громкоговорителей характерно сочетание двух проблем: «презенс» в области 1000 — 2000 Гц и некоторый избыток верхней середины. Возможный вид АЧХ приведен на рис. 11 а).

рис. 11

Наиболее свободный от вредных «побочных» эффектов способ коррекции требует небольшого усложнения контура.

Корректор показан на рис. 12:

Резонанс контура L2, С2 нужен, как обычно, для подавления «презенса». Ниже Fp сигнал почти без потерь проходит на динамик через L2. Выше Fp сигнал идёт через С2 и ослабляется резистором R4.

Оптимизируется корректор в несколько этапов. Так как введение R4 ослабляет резонанс контура L2, C2, то изначально следует выбрать L2 больше, а C2 меньше. Это обеспечит избыточное подавление на Fp, которое нормализуется после введения R4.

R3 = Rд (D — 1), где D — величина подавления сигналов выше Fp.

D выбирается в соответствии с избытком верхней середины, сверяясь с таблицей 1.

Этапы коррекции условно проиллюстрированы на рис. 11 б).

В редких случаях требуется обратное воздействие на наклон АЧХ при помощи корректирующей цепи. Ясно, что для этого R4 должен переместиться в цепь L2.

Схема — на рис. 13.

Проблемная АЧХ и её коррекция для этого случая показаны на рис. 14.

При определённом сочетании величин L2, C2 и R4 корректор может не иметь особенного подавления на Fp.

Пример, когда необходимо именно такая коррекция, — на рис. 15.

(Продолжение следует)

Практика AV #6/2003