Вы здесь:
Главная » Схемы радиолюбителям » Звук » Самодельная акустическая система для начинающих

Самодельная акустическая система для начинающих

Самодельная акустическая система для начинающихПростая акустическая система доступна для повторения начинающим. Её можно сделать из доступных материалов. Хоть акустическая система и названа для начинающих, но она по своим характеристикам не уступает  более дорогим её аналогичным акустическим системам.

Немного о теории распространения радиоволн

Звуковые волны распространяются в виде сферических колебаний с одинаковой интенсивностью, если они исходят от точечного источника звука и ведут себя, следовательно, не иначе как волны, образующиеся на поверхности воды от камешка, брошенного в воду. Звуковые волны представляют собой колебания давления в упругой среде, что, впрочем, снова вполне соответствует приведенной выше аналогии, поскольку в основном колебания давления возникают под водой. Эти колебания образуют волны на поверхности, т. е. на границе раздела вода — воздух. Для образования таких волн необходимо вывести, например, путем удара из своего состояния равновесия отдельные молекулы среда, которая может находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии. Причем в этом случае они выполняют периодические колебательные движения в прямом и обратном направлениях относительно их положений равновесия.

Колебания в воздухе называются звуком, распространяющимся в воздухе, а колебания в пределах твердых тел — звуков, распространяющимся в твердых телах. Для жидкостей не существует специального названия, но любой водолаз может подтвердить, что под водой также слышны шумы, которые, правда, распространяются там со скоростью больше 1400 м/с, что в несколько раз превышает скорость распространения звука в воздухе (343 м/с).

Самодельная акустическая система для начинающих

Дискретный частотный спектр звука (наверху) и непрерывный частотный спектр шума (внизу).

Ухо человека может воспринимать только тогда колебания давления воздуха, когда они изменяются в интервале от 20 до 20 000 колебаний в секунду. Число изменений колебаний в секунду называется частотой и измеряется в герцах (Гц). С возрастом, как и зрение человека максимальная частота звуковых колебаний всегда становится ниже.

Чистый тон представляет собой звук, который состоит из колебания с одной единственной частотой, и, наоборот, существует звук, состоящий из нескольких тонов. Шум можно представить как сложное колебание, образованное из волн с различными частотами. При звучании отдельные тона, образующие звук, находятся в целочисленном отношении. Причем число и интенсивность этих обертонов характерно для определенного музыкального инструмента или голоса (тембр). У шумов такие закономерности не наблюдаются (см.рис.).

Для количественного определения звука необходимо выбрать еще единицу его интенсивности: Н/м2. Наше ухо может воспринимать звуковые давления в диапазоне от 2 * 10(-5) до 20Н/м2. Поскольку этот интервал изменения воспринимаемого ухом звукового давления слишком велик и охватывает шесть порядков, то для этого случая ввели понятие с логарифмическим отношением — децибел (дБ). Уровень звука 20 Н/м соответствует 0 дБ, а 20 Н/м2 составляет 120 дБ. Последнее значение определяет также границу болевого ощущения, которая нередко превышается на рокконцертах.

Самодельная акустическая система для начинающих

Кривые порогов слышимости и болевого ощущения: I — граница болевого ощущения

Наше ухо слышит не все тона одинаковым образом. Низкие тона и особенно высокие ухо слышит хуже. Лучше всего оно воспринимает тона в диапазоне от 700 до 6000 Гц, а максимальная чувствительность соответствует примерно 4000 Гц (см.рис.). При очень низких уровнях звука низкие и высокие тона для уха теряются. Поэтому при прослушивании тихой музыки предельные высокие и низкие звуки усиливают с помощью усилителя.
Волны отражаются от препятствий, например от стен. Затем они встречаются и образу; ют так называемые стоячие волны в том случае, если их размеры находятся относительно Друг друга в целочисленном отношении.
Точечными считаются такие источники звука, у которых отношение излучаемой длины волны к их размерам очень велико. Речь здесь идет о громкоговорителях для воспроизведения низких частот. У них при диаметре мембраны 30 см излучаются звуковые колебания с длиной волны 10 м (30 Гц). Однако при этом громкоговоритель для воспроизведения высоких частот не может рассматриваться в качестве излучателя сферических волн, поскольку в этом случае, например, частоте 10 кГц соответствует длина волны 4,3 см.

Самодельная акустическая система для начинающих

Громкоговорители преобразуют электрическую энергию в энергию звуковых колебаний, в основе такого преобразования уже многие годы лежат законы электродинамики. Большинство громкоговорителей, которые используются также в описываемой акустической системе, работают как электродинамические (см. рис. а). При этом через проводник, намотанный в виде размещенной в кольцевом постоянном магнитном поле катушки, протекает переменный ток звуковой частоты.

Переменная сила, возникающая при этом, вызывает колебания с частотой тока подвижной системы. Мембрана, с помощью которой образуется звук, и подвижная катушка образуют колебательную систему, которая после возбуждения совершает колебания на резонансной частоте. Резонансная частота громкоговорителя тем выше, чем легче катушка. Эти резонансные колебания, конечно, только мешают, потому что к фактически передаваемому импульсу (звуковому тону) добавляется тон, который, например, в музыке вообще не существовал. Кроме того, частоты вблизи резонанса воспроизводятся особенно громко к, следовательно, воспроизведение звука становится также неестественным. Таким образом, резонансная частота также искажает частотную характеристику громкоговорителя.

Как и во всех отдельных компонентах электроакустической цепи передачи (к которым относятся, например, микрофон, микшерный пульт, магнитофон, проигрыватель, кассетный рекордер, усилитель), частотная характеристика по возможности должна быть линейной, т. е. громкоговоритель должен воспроизводить все частоты от 20 до 20 000 Гц. Иными словами, в диапазоне звуковых частот не должно быть выделенных частот. У громкоговорителей это не так просто реализовать по сравнению, скажем, с усилителями и особенно в области низких звуковых частот. К счастью, нормальной работе прибора способствуют следующие два обстоятельства. Во-первых, частоты ниже 40 Гц у музыкальных инструментов встречаются редко (только у больших церковных органов). Во-вторых, человек может не воспринимать довольно большие искажения на низких частотах.

Несмотря на это, все таки остается проблема ограничения резонансных колебаний до допустимых значений. Эти колебания можно ограничить различными способами: в самом громкоговорителе, в акустической системе и/или с помощью электронных средств.

Демпфирование колебаний, правда, также отрицательно сказывается на частотной характеристике в ее нижней области. Причем сильное демпфирование сдвигает нижнюю граничную частоту вверх: следовательно, более низкие звуковые частоты в этом случае воспроизводятся гораздо хуже.

Но громкоговоритель не может воспроизводить все высокие частоты звукового диапазона. У динамических громкоговорителей, представляющих для нас особый интерес, частотная характеристика снова спадает в области высоких звуковых частот. Поэтому в акустической системе устанавливают несколько громкоговорителей, которые выделяют с помощью электрических фильтров соответствующие области звуковых частот.

Акустическая система для начинающих состоит из одного динамического громкоговорителя для воспроизведения низких частот и одного Громкоговорителя с полусферической мембраной для воспроизведения высоких частот. Мембрана в последнем имеет относительно небольшие размеры, что обеспечивает большой угол излучения и хорошую импульсную характеристику прибора.

В настоящее время акустические системы в большинстве случаев выполняются в виде замкнутых корпусов. Они являются звуковой стенкой и сами по себе представляют идеальную среду для установки громкоговорителей, особенно предназначенных для воспроизведения низких частот. Почему звуковая стенка? Если мембрана громкоговорителя смещается, например, вперед, то тогда воздух впереди нее сжимается, и на задней стороне возникает разрежение.

Только при низких тонах воздух имеет достаточно времени для выравнивания зоны разрежения на задней стороне мембраны за счет уплотненного воздуха на ее передней стороне. Речь идет об акустическом коротком замыкании. Теперь становится понятным введенное понятие звуковой стенки. Дело в том, что она должна обладать такими размерами, чтобы соответствующие наиболее длинным волнам тоны не имели времени для процесса выравнивания давления звука, а большие звуковые стенки для нас, обычных потребителей, оказываются, к сожалению, не реализуемыми.

Итак, «захлопнем» звуковую стенку и прежде всего сделаем замкнутой акустическую систему. На акустическое короткое замыкание теперь можно совершенно не обращать внимание. Вместо этого воздух теперь сжимается в корпусе, и тем больше, чем меньше объем корпуса. в результате образуется воздушный демпфер для низкочастотной готовки, который повышает резонансную частоту по отношению к резонансной частоте открытого воздуха . Низкие частоты больше не излучаются. Теперь совершенно ясно, что чем больше акустическая система, тем лучше воспроизводятся басы.

В последнее время для громкоговорителей разработан специальный корпус, улучшающий воспроизведение низких частот. Описываемая конструкция акустической системы построена по этому принципу. Воздушный демпфер действует, как уже упоминалось, в качестве пружины, а колеблющееся количество воздуха в трубе представляется в виде массы (см.рис выше б). После возбуждения извне система совершает колебания с определенной резонансной частотой.
Если воздух распространяется от трубы внутрь, то там образуется избыточное давление, которое сразу же выравнивается благодаря встречному потоку. Вследствие этого внутри трубы возникает пониженное давление, которое снова всасывает воздух в трубу, и т.д. Колебание очень быстро затухает. Однако создаваемая громкоговорителем акустическая мощность этого колебания оказывается очень незначительной. Поэтому коэффициент полезного действия громкоговорителя возрастает, а его частотная характеристика улучшается в области низких частот.

Качество звучания акустической системы лишь в незначительной степени зависит от частотного разделительного фильтра. Задача разделительных фильтров состоит в том, чтобы громкоговорителям соответствовал предусмотренный для них частотный диапазон. Вместе с тем они должны быть такими, чтобы в зонах перекрытия в частотной характеристике не появлялись провалы или всплески.

Самодельная акустическая система для начинающих

Схема частотного разделительного фильтра

Описываемая акустическая система состоит из двух громкоговорителей: низкочастотной головки и головки для воспроизведения средних и высоких частот. В качестве разделительных фильтров используется соответствующая комбинация из катушек индуктивности и конденсаторов, которые один раз включены как фильтр верхних частот (для головки, воспроизводящей диапазон средних и высоких звуковых частот), а другой раз как фильтр нижних частот для низкочастотной головки.

В качестве разделительных фильтров применяются фильтры второго порядка, причем для фильтров нижних и высоких частот требуется по два элемента, а демпфирующее сопротивление в фильтре нижних частот остается неучтенным. Это сопротивление, которое включается не в каждый разделительный фильтр, служит для обеспечения удачного перехода между областью низких и средних звуковых частот.

При реализации разделительных фильтров важное значение имеет выбор применяемых элементов. Значения емкостей конденсаторов находятся в области нескольких микрофарад (мкФ-области), поэтому речь идет только об электролитических конденсаторах. Но для этого следует использовать оксидные неполярные конденсаторы для диапазона звуковых частот, поскольку через них протекает переменный ток. Конечно, еще лучше применять пленочные конденсаторы чтобы не было больших потерь.

Итак, на основе полученных небольших теоретических и гораздо больших практических знаниях можно приступить к построению акустической системы. Перед началом работы проверьте наличие всех используемых элементов, а также звукопоглощающего материала. Для изготовления корпуса акустической системы нужен хороший клей для склеивания дерева. При склеивании отдельных частей корпуса клей наносится на обе его стороны. Затем поверхности должны высохнуть в течение 20 мин.

Громкоговорители привинчивают к плате крепежными винтами. Разделительные фильтры монтируются к плате, которая закрепляется на передней панели прибора. Платы с разделительными фильтрами крепятся через дистанционные втулки, обеспечивающие надежное крепление элементов без перекосов. Необходимо обращать внимание на то, чтобы воздух не проникал в стыки корпуса. Поэтому кромки корпуса должны быть дополнительно заполнены герметизирующим составом.

Самодельная акустическая система для начинающих

Конструкция корпуса АС. 1- демпфирующая вата, 2 — кольцо жесткости

В акустической системе используются соединительные зажимы для громкоговорителей (динамиков), которые гораздо надежнее, чем штекерные соединения. Внутри корпуса прибора перед его окончательной сборкой прокладывают звукопоглощающий материал.

Для выполнения работ по дереву требуется соответствующий инструмент.

Вы должны иметь:

  • циркуль,
  • карандаш,
  • линейку,
  • ножовку с очень узким полотном,
  • лобзик,
  • крестообразную и обычную отвертки,
  • сверлильный станок с набором сверл,
  • напильники для дерева,
  • наждачную бумагу,
  • клей для склеивания дерева,
  • струбцины,
  • лак для лакирования,
  • лессирующий лак или шпон.

Древесно-стружечные плиты должны быть изготовлены из крепкого материала с высокой степенью сжатия толщиной 19 мм. Внимание: для жилых помещений разрешается только эмульсионный класс Е1 (из-за отсутствия формальдегида)! Кольцо жесткости (см.рис.) требуется для предотвращения резонансов корпуса. Если отдельные элементы корпуса вы будете вырезать самостоятельно, то это следует делать с большой осторожностью. Необходимо обеспечить абсолютную герметичность всех стыков корпуса, а в случае его неровных краев этого добиться весьма трудно, даже если после склеивания все стыки дополнительно уплотнить герметизирующим составом.

Динамик для воспроизведения высоких частот монтируется на передней панели акустической системы. То же самое относится к трубе для усиления низких частот, которая отрезается до установки длиной до 5 см. Динамик для воспроизведения низких частот можно установить на передней или задней панели. Если принято решение об установке Низкочастотной головки на передней панели, то тогда необходимо выфрезовать в панели круговой паз в соответствии с выпуклостью на шасси громкоговорителя. Соединительные зажимы закрепляются снаружи на задней панели прибора.Самодельная акустическая система для начинающих

Склеивание корпуса акустической системы целесообразно начинать с задней стенки и кольца жесткости. Клей должен сохнуть примерно 20 мин. Для обеспечения надежного склеивания поверхностей корпуса имеются специальные зажимные устройства. В случае их отсутствия для этой цели можно использовать также любые тяжелые предметы. Помните, что при склеивании клей всегда наносится на обе склеиваемые поверхности.
Когда стенки корпуса до передней панели склеите, необходимо все места склеивания тщательно заделать герметизирующим составом изнутри. Загерметизировать следует и места присоединения динамиков к корпусу прибора, а также крепления соединительных зажимов.

 

Разделительные фильтры можно смонтировать на отдельных платах и запаять. В местах их присоединения должны быть предусмотрены специальные штифты для припаивания. Лучше всего установить разделительные фильтрм вблизи шасси обоих динамиков. В этом случае длина присоединительных проводов оказывается минимальной. Безусловно следует обращать особое внимание на правильную полярность включения динамиков, элементов разделительных фильтров и соединительных зажимов. Неправильная полярность приводит к искажению звука.
После подсоединения проводов от разделительных фильтров к соединительным зажимам в корпусе укладывается демпфирующий материал. Затем происходит предварительное испытание корпуса акустической системы. Для этого устанавливают в корпусе переднюю панель, но пока еще ее не приклеивают. После проверки, если все в порядке, приклеивают и ее.

Самодельная акустическая система для начинающих

Теперь необходимо проверить правильность подключения полярности громкоговорителей (динамиков) к выходу усилителя, т. е. в режиме «МОНО» мембраны динамиков должны колебаться одновременно наружу и внутрь. Для этого нужно настроить приемник в положение между двумя работающими радиостанциями. Если возникающий при этом шум воспринимается от области, расположенной в середине между корпусами, они подключены в правильной полярности. Если кажется, что шум приходит как будто из помещения, то следует изменить полярность подводящих проводов у одного из громкоговорителей.

Технические характеристики акустической системы

Номинальная допустимая нагрузка — 50 Вт
Музыкальная допускаемая нагрузка — 60 Вт
Полное сопротивление — 8 Ом
Диапазон воспроизводимых частот — от 20 до 22 000 Гц
Среднее характеристическое звуковое давление — 86 дБ
Объём нетто — 86 л.

Х.Крибель. «Схемы любительских электронных устройств»






ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ:


Популярность: 3 949 просм.
Вы можете следить за комментариями к этой записи через RSS 2.0. Вы можете оставить комментарий:.

Ваш комментарий


Прислать свою поделку!

А ТАКЖЕ ЕЩЁ ИНТЕРЕСНОЕ:



MasterVintik