Сабвуфер на динамической головке 50ГДН
В данной статье приведен полный цикл изготовления НЧ фильтра сабвуферного канала и, непосредственно, самого сабвуфера. Устройство предназначено для эксплуатации как в автомобиле, так и в домашних условиях в качестве НЧ звена при прослушивании музыкальных программ и просмотре видео. К достоинствам устройства можно отнести чистый, мягкий и ровный бас; наличие регулировки частоты среза НЧ фильтра и фазового сдвига сигнала. К недостаткам устройства относятся несколько большие габаритные размеры.
В настоящее время во всемирной паутине присутствует огромное количество всевозможных описаний и руководств по изготовлению сабвуферов различных и по конструкции и по техническим характеристикам [15], [17], [18]. После ознакомления с несколькими подобными описаниями автором была выбрана модель "Bandpass 6a" с применением головки бывшего отечественного производителя "Радиотехника" 50ГДН-3-4. Применять головку меньшей мощности автор не стал. У 35ГДН несколько мал диаметр диффузора. А это аргумент! Стало быть, либо 50ГДН либо 75ГДН. По своим параметрам обе головки почти идентичны, но 50ГДН дешевле. Импортные динамические головки в качестве головки сабвуфера автор не рассматривал - не хотелось покупать "китайского кота в мешке". Серьезные динамические головки импортного производителя и стоят не дешево. Другое дело динамические головки производства бывшего СССР. На каждой из динамических головок стоит знак качества - это хоть что-то, да значит (возможно, это просто условность). Да, и технические характеристики в глобальной паутине можно найти. Но дело в том, что эти динамические головки производил ряд заводов, и как следствие, характеристики одной динамической головки могут сильно варьироваться в зависимости от завода-изготовителя и, как следствие, отличаться от технических характеристик, найденных в интернете и справочниках по динамическим головкам. Сначала выберем акустическое оформление динамической головки. Существует несколько часто встречающихся типов акустического оформления динамических головок:
закрытый ящик (Closed). При этом мы получаем наименьший КПД акустической системы и необходимость подводить довольно высокую мощность, вследствие чего вероятен выход динамической головки из строя. При такой конструкции акустического оформления крепление стенок корпуса должно быть наиболее прочным, т.к. внутри ящика создается высокое давление, обусловленное движением диффузора, который будет пытаться сжимать упругий воздух в закрытом объеме.
фазоинвертор (далее по тексту ФИ) (Vented). Модель несколько лучше по характеристикам. Искажения, вносимые динамиком, минимальны. Сам ФИ увеличивает КПД динамической головки. Все трудности начинаются при расчете ФИ. Дело в том, что большой диаметр ФИ требует большой его длины, а маленький - как раз небольшой. Казалось бы, что все хорошо. Не спешите радоваться. Перемещаясь, диффузор головки двигает упругий воздух через тоннель ФИ. Объем воздуха в тоннеле постоянен, а значит, скорость движения воздуха через тоннель ФИ будет во столько раз больше колебательной скорости диффузора, во сколько раз площадь сечения тоннеля меньше площади диффузора. В силу этого, в тоннеле ФИ начнутся завихрения воздуха и ФИ начнет свистеть. Вот и получается, что при расчетах, как правило, длина тоннеля ФИ оказывается чрезмерно большой, но это можно обойти[20].
бандпасс (далее по тексту БП) (Bandpass). Динамическая головка заключена между двумя объемами воздуха. Настраивается в широких пределах путем выбора объемов передней и задней камер и частоты настройки двух ФИ. КПД самый высокий из всех рассмотренных выше. Недостаток один - БП наиболее сложен в изготовлении. Хотя, я бы не стал называть это недостатком, это скорее достоинство. Для расчета параметров ящика существует ряд специализированных программ: JBL SpeakerShop, Box Plot, Blaupunkt BlauBox. Автор воспользовался программой winisdbeta, как оставившей самые наилучшие впечатления при работе в оной. При моделировании конструкции легко убедиться в том, что ФИ проигрывает БП при одинаковом (небольшом) объеме ящика. А вот при большом объеме - наоборот, проиграет БП. Но, учитывая, что большинство из нас проживает в среднестатистических квартирах и ездит на среднестатистических машинах - большой объем это не наш метод. С другой стороны, не стоит увлекаться его уменьшением - лучше не станет. Поэтому придется искать некий компромисс. Это так же Вы можете увидеть при моделировании своего сабвуфера в программе winisdbeta - поварьируйте параметрами объемов обеих камер БП, частотами настройки и длиной ФИ и Вы сразу увидите, как это отражается на АЧХ Вашего будущего детища.
Для проектирования и изготовления корпуса сабвуфера необходимо знать некоторые характеристики динамической головки:
Необходимые параметры для расчета:
Fs - частота резонанса в открытом пространстве, Гц;
Qts - полная добротность динамической головки;
Qms - механическая добротность;
Qes - электрическая добротность;
Vas - эквивалентный объем, л;
Sd - эффективная излучающая поверхность диффузора, м2.
Собираем схему согласно рис. 1.
Рис. 1.
Вместо генератора удобно использовать выход звуковой карты компьютера и при помощи соответствующего программного обеспечения генерировать синусоидальные сигналы частотой 0-200Гц. Резистор сопротивлением 1кОм стабилизирует ток через динамик.
Измеряем сопротивление динамической головки омметром. Это и будет искомое Re - сопротивление постоянному току. Динамическую головку располагаем вдали от стен, пола и потолка (в идеале - подвешиваем). Подключаем вольтметр к выходу УМ (рис. 1, точки 1 и 3) и выставляем выходное напряжение от 10В до 20В на частоте до 200Гц. Для нахождения резонансной частоты (Fs) динамической головки подключаем вольтметр к динамической головке (рис. 1., точки 2 и 3), плавно изменяем частоту генератора и смотрим на показания вольтметра. На лист бумаги записываем выставленную частоту генератора и показания вольтметра. Та частота, на которой напряжение на вольтметре будет максимальным (дальнейшее изменение частоты будет приводить к падению напряжения) и будет являться частотой основного резонанса для этой динамической головки. При измерении Fs автор изменял частоту с интервалом 1 Гц. Получаем графическую зависимость U=f(F), изображенную на рис. 2.
Рис. 2.
При измерении Fs мы имеем минимальное напряжение Um и соответствующую ему частоту F1, расположенную в области частот до Fs и частоту F2 при таком же значении напряжения, расположенную за частотой Fs. Частоты F1 и F2 соответствуют напряжению U12, которое примерно равно 0,707 Также, мы имеем значение напряжения Us при значении частоты Fs. Эти данные нам необходимы для расчета U12, Qms, Qes и Qts.
Как видно из рисунка, для данной динамической головки 50ГДН-3-4 частота основного резонанса в открытом пространстве составляет 35Гц. F1 = 16 Гц, F2 = 54 Гц, Um = 1,9 В, Us = 12 В.
Производим необходимые расчеты по формулам:
Результаты всех наших измерений дают:
Sd - это эффективная излучающая поверхность диффузора. Она совпадает с конструктивной и равна:
где R - половина расстояния от середины ширины резинового подвеса одной стороны до середины резинового подвеса противоположной. Половина ширины резинового подвеса также является излучающей поверхностью. Единица измерения этой площади - квадратные метры, и в программу winisdbeta Sd надо подставлять в метрах квадратных.
Vas принимаем равным 90л.
После подстановки всех параметров в программе winisdbeta имеем следующее:
Рис. 3. На рис.3 виден провал посередине АЧХ величиной в 1,5 - 2дБ. Казалось бы - много, но неравномерность АЧХ самой динамической головки составляет порядка 12дБ, так что об этом можно просто забыть.
