Рассмотрим оригинальную конструкцию звуковых колонок.
Рупорный излучатель. Для большинства громкоговорителей ключевым является вопрос эффективности преобразования электрической энергии в акустическую. Среди проблем, связанных с таким преобразованием, одной из главных является проблема согласования излучения динамика с окружающим свободным пространством.
Поскольку согласование зависит от длины волны, для громкоговорителя оно не получается оптимальным во всей полосе звуковых частот. Как только длина излучаемой волны и размеры громкоговорителя становятся соизмеримыми, согласование становится критичным, и на более низких частотах наступает так называемое «акустическое короткое замыкание», о результате эффективность излучения резко падает.
В большинстве акустических систем приемлемое согласование и эффективность излучения достигаются экспериментальным путем. Из всех предложенных к настоящему времени технических решений наилучшее согласование дает рупор, играющий роль акустического трансформатора. Использование рупора приводит к существенному улучшению эффективности излучения звука. При этом результирующие искажения динамика и всей системы незначительны.
Недостаток же рупорного излучателя в том, что хотя его проектирование и не слишком сложно, изготовление довольно трудоемко, особенно в тех случаях, когда во избежание чрезмерного увеличения размеров рупор составляется из отдельных участков, наклоненных друг относительно друга. С принципиальной точки зрения главнее различие рупоров различных типов это длина их «раскрыва».
Естественно, вместо теоретического рупора бесконечной длины приходится использовать компромиссный рупор, имеющий “реалистическую” длину. Длина и поперечное сечение рупора определяются caмой низкой из излучаемых частот. Чем больше рупор, тем более низкие звуки он способен излучать. Исследования показали, что, по сравнению с простым раструбом (конус с прямыми углами), лучшие результаты при меньших длинах получаются при более быстром раскрытии раструба, например, по параболе, гиперболе или экспоненте.
Довольно широкое распространение на практике получили несколько типов раструбов. Это экспоненциальные рупоры с постоянно увеличивающейся от участка к участку скоростью раскрыва и рупоры с раскрытом по трактрисе и резким расширением на конце. Последняя кривая мало известна тем, кто не очень интересуется математикой.
Тем не менее, почти все с ней сталкивались достаточно вспомнить духовые медные инструменты. Форма труб, фанфар, рожков, туб обусловлена именно трактрисой. При конструировании рупорного излучателя с использованием трактрисы можно получить хорошие результаты при меньших размерах рупора, по сравнению с экспоненциальным.
Это может оказаться очень важным, поскольку, для того чтобы рупорный излучатель имел хорошие характеристики на низких частотах, требуются просто огромные размеры рупора. Такой излучатель может даже не войти в дверь комнаты. В обмен на огромные размеры мы получаем безукоризненно естественное звучание на низких частотах, причем почти без искажений и с очень большой громкостью.
С этой точки зрения рупор невозможно даже сравнивать с закрытым корпусом. Единственный недостаток рупора в том, что у него достаточно узкая полоса частот (хорошее согласование осуществляется примерно в пределах 3…4 октав). Проверенный на практике способ борьбы с таким недостатком использование двух, трех или белее звукоизлучателей, перекрывающих весь звуковой диапазон. Рупор используется в таком случае только для излучения низких частот (до 400 Гц).
Рупор можно разместить как перед динамиком, так и позади него возможны разлитые комбинированные решения, в том числе и такие, когда динамик оказывается внутри рупора. Очень часто дополнительно устраиваются специальные звенья, улучшающие излучение или согласование, например, замкнутые или открытые пустоты, фигурные вырезы и т.п.
На рис.1 и 2 приведена конструкция рупора с очень хорошей передачей низких звуков. Рупор представляет собой узкую глубокую вертикальную призму с внутренними размерами 37x85x115 см. Внешние размеры громкоговорителя будут больше на толщину использованного материала Рупор допускает использование широкополосного динамика любого типа диаметром 20… 23 см.
Таких динамиков самых разных типов имеется огромное количество Если будет использоваться низкочастотный динамик, то, очевидно, необходимо будет дополнить его еще и высокочастотным излучателем, согласованным по частотной характеристике, чувствительности и мощности, а также разделительным фильтром. В сущности, рупор образован отдельными прямыми участками постоянной ширины, которые наклонены друг относительно друга так, что воспроизводят приближенно форму трактрисы.
В ходе проектирования расположение утлое рассчитывалось так, чтобы нижняя предельная частота частотной характеристики была 32 Гц. Раскрыв горловины рупора соответствует хорошо проверенной на практике величине примерно половину его составляет эффективная поверхность диффузора динамика.
Если необходимо получить максимальную широкополосность, она должна составлять примерно 30… 50% осей поверхности; для получения же максимального коэффициента полезного действия эта доля возрастет до 50-70%. Основную проблему представляют выходное отверстие и длина рупора;
именно их размеры и определяют, главным образом, нижнюю предельную частоту. В нашем случае выходное отверстие образуют два треугольных выреза в задней части с внутренними размерами 65×65 см (фактические размеры вырезов определяются толщиной использованного материала).
При проектировании данного рупора предполагалось, что он будет размещаться в углу помещения, так что действие выходных отверстий будет дополняться влиянием поверхностей стен в ушу комнаты.
Размеры поперечного кругового сечения контура трактрисы можно вычислить по формуле:
- где х — расстояние, измеряемое от выходного отверстия;
- а — радиус выходного отверстия;
- г — радиус поперечного сечения, находящегося на расстоянии х от выходного отверстия.
Математическое уравнение, описывающее трактрису, в действительности имеет белее сложный вид по сравнению с приведенным выше. Однако после некоторых упрощений получается формула, по которой уже можно рассчитывать фактические размеры. Опуская детали расчетов, мы приводим здесь только получающиеся в результате геометрические параметры рупора.
Суммарная длина трактрисы рупора примерно равна 2.9 м. Связь между рупором и динамиком представляет особый интерес в том случае, когда используется широкополосный динамик. В этом случае для подавления звуков с частотой, выше верхней рабочей частоты рупора, в него необходимо встроить акустический фильтр В нашем случае роль такого фильтра исполняет входная щель рупора над динамиком, шириной всего лишь 2,5 см.
Рупор имеет одинаковую ширину на всем протяжении, что, возможно, и не самое идеальное решение с точки зрения образования стоячих волн. Однако в результате конструкция получается более простой в изготовлении. Рупор должен быть очень жестким. Поэтому, несмотря на его относительно небольшие размеры, направляющие поверхности, задняя стенка и основание изготавливаются из ДСП толщиной 17 мм., а верхняя крышка, передняя и боковые стенки — толщиной 22 мм.
Работа по изготовлению начинается с разметки двух боковых стенок. На вырезанных по размерам стенках аккуратно помечается местоположение направляющих поверхностей (с точным соблюдением формы и размеров). После этого от обеих боковых стенок можно отрезать углы для получения выходного отверстия, затем по размерам вырезаются направляющие поверхности, которые все имеют одинаковую ширину.
Проще всего это сделать, если использовать длинные пластины необходимых размеров с параллельными краями. После необходимой подгонки можно начинать сборку боковых стенок с использованием нанесенной предварительно разметки. Первый шаг сборки — подготовка отверстий для шурупов.
Вначале по размотке сверлятся отверстия в обеих боковых стенках, а затем — в направляющих пластинах. Направляющие пластины небольших размеров крепятся одним шурупом, большие — двумя. После сверления производится окончательное склеивание рупора. Начать сборку можно с одной из боковых стенок, она укладывается на временную опору (на четыре ступа, два стола и тп.).
К ней по разметке с помощью клея и шурупов крепятся направляющие пластины, начиная с середины стенки. Для временного удержания элементов на их местах, возможно, понадобятся дополнительные рейки, шурупы, гвозди и скотч. После закрепления всех внутренних направляющих на них накладывается без клея вторая боковая стенка.
Шурупы в нее завинчиваются постепенно, пока она не “сядет на место”. Затем вытираются возможные подтекания клея, и полуготовое изделие откладывается для просушки. На это время лучше всего стянуть стенки в подходящих точках с помощью струбцин. Если их нет, можно использовать толстый шпагат.
После высыхания клея можно приклеивать оставшиеся стенки рупора Последовательность установки и приклеивания при этом следующая верхняя стенка (крышка), задняя стенка, основание, передняя стенка. И только после этого устанавливается, наконец, на место на клею вторая боковая стенка.
Продолжение здесь
Читайте также статьи: Тест сабвуфера Как сделать колонку для телефона, Видео: как сделать колонку,
