Акустическая система SM-011

Целью разработки явилось создание достаточно простой и недорогой акустической системы (АС) для широкого применения, в том числе и профессионального.
Технические характеристики:
Номинальная мощность, Вт .......250
Паспортная мощность, Вт ........350
Пиковая мощность, Вт ..........1000
Номинальное электрическое сопротивление, Ом .............8
Эффективный диапазон воспроизводимых частот (по уровню -3 дБ), Гц .......50... 18000
Уровень характеристической чувствительности, дБ ...........99
Максимальный уровень звукового давления, дБ ........... 129
Частота раздела полос, Гц .......3200
Диаграмма направленности,град (горизонт. , вертикаль) .....60, 60
Габариты (ширина, высота, глубина), мм .........380х638х455
Масса, кг ........................20

Внешний вид АС изображен на фото рис. 1.

Рис.1

Корпус каждого из двух громкоговорителей, внутренний объем которого равен 64 л, представляет собой призму с верхней и нижней гранями трапециевидной формы. На передней панели корпуса установлены динамические головки: 12-дюймовая для воспроизведения НЧ и СЧ,а также ВЧ головка со звуковой катушкой диаметром 1,8 дюйма. На передней панели выведены также два отверстия фазоинвертора.Для защиты от механических повреждений НЧ головка и отверстия фазоинвертора закрыты сеткой из перфорированной листовой стали. На задней панели корпуса с внутренней стороны закреплена плата разделительных фильтров, а с внешней установлены два разъема типа "sреасоп", соединенных параллельно.
На нижней панели корпуса имеется пластиковый стакан для установки на стойку.
Корпус оклеен карпетом (синтетическим войлоком) черного цвета. Углы корпуса защищены пластиковыми уголками, выполняющими также функцию опор. На боковых поверхностях имеются две утопленные в корпус ручки для переноски. Электрическая схема громкоговорителя АС приведена на рис. 2.

Рис.2

Основными элементами являются динамические головки ВА1 и ВА2, включенные противофазно для получения плавной фазовой характеристики с учетом действия разделительного фильтра. НЧ-СЧ головка (ВА1) — 12W500 итальянской фирмы ЕIСНТЕЕN S0UND. Это надежная, относительно недорогая головка имеет следующие параметры:
— паспортная мощность — 350 Вт;
— чувствительность — 99,5 дБ;
— частотный диапазон — 50...6000 Гц;
— импеданс — 8 Ом;
— сопротивление постоянному току Rе — 6 Ом;
— резонансная частота Fs — 45 Гц;
— полная добротность Qt — 0,4;
— эквивалентный объем \/аs — 100 л.

Для излучения в полосе ЗЧ выше 3 кГц применена динамическая головка РSТ-999 фирмы Р.АUDIO (Таиланд). Это
недорогая, но достаточно мощная головка с высокой чувствительностью :
— паспортная мощность — 40 Вт;
— чувствительность — 106 дБ;
— частотный диапазон — 18000 Гц (реально от 3000 Гц);
— номинальное сопротивление 8 Ом.

У четырехконтактных разъемов Х1,Х2 типа "sреасоп" используется основная пара контактов (1+, 1-).
Частота раздела полос СЧ и ВЧ выбрана равной 3200 Гц, т. е. практически за пределами вокального диапазона
частот. Для низкочастотной головки применен разделительный фильтр первого порядка. В его состав входят самовосстанавливающийся предохранитель МF-R600 с током срабатывания 6 А;катушка L1 фильтра индуктивностью
0,4 мГн; корректирующая цепь R1-R10 С7-С9.
В качестве резистора цепи, выравнивающей импеданс нагрузки для фильтра НЧ, используются десять параллельно соединенных резисторов МЛТ-2 сопротивлением 82 Ом, поскольку мощность, рассеиваемая на них, может быть
относительно большая, а емкость в той же цепи набрана из трех соединенных параллельно конденсаторов К73-17
емкостью 3,3 мкФ. Высокочастотная головка PST-999 включена через фильтр ВЧ третьего порядка. В состав фильтра входят самовосстанавливающийся предохранитель MF-R090 на ток 0,9 А,катушка L2 индуктивностью 0,3 мГн; конденсаторы фильтра ВЧ составлены из нескольких, соединенных параллельно (С1, С2 и С3-С6) .
Приведение сопротивления нагрузки для фильтра ВЧ к значению 8 Ом обеспечивают резисторы R11-R15 совместно с резистором R16 и корректирующей цепью R17С10.
Все резисторы, кроме R16, - МЛТ-2,а конденсаторы - К73-17 на номинальное напряжение 63 В.Емкость конденсаторов С7-С9 может уточняться при регулировке коэффициента передачи НЧ фильтра, который должен быть равен 0,7 на частоте раздела полос.Фазовая характеристика примененных фильтров плавно состыковывается на частоте раздела и изменяется от О при 50 Гц до -180 град. на верхней частоте полосы ЗЧ (для расчета и моделирования использована программа РХО Passive crossover design v. 3.1). Суммарная ФЧХ акустической системы в нижней части рабочей полосы частот изменяется примерно от 150 град. при 50 Гц до -45 град. на частоте 3200 Гц.Нижняя граничная частота АС по уровню -3 дБ - 50 Гц, частота настройки фазоинвертора - 44 Гц. На частоте 100 Гц имеет место небольшой подъем АЧХ - 0,5...0,7 дБ. Это обусловлено выбором объема корпуса,равного 64 л, который меньше оптимального объема (100 л) для НЧ головки 12W500.При расчете использована программа Linearteam Win/SD, версия 0.44 или Рro.Модуль электрического сопротивления,имеет минимумы на частотах: 44 Гц - 7 Ом; 250 Гц - 6,4 Ом; 4000 Гц - 6,2 Ом. Необходимо отметить, что пассивные разделительные фильтры увеличивают время затухания переходного процесса
в АС от импульсного сигнала, особенно у высокочастотной головки. Например,время затухания отклика на воздействие
ступенчатой функции (в качестве источника сигнала можно использовать элемент питания А6 - 1,5 В) у головки
PST-999 с фильтром достигает 8 мс,а без фильтра оно значительно меньше - 0,8 мс! Эксперимент проводился с использованием осциллографа и конденсаторного микрофона, установленного на расстоянии 10... 15 см от ВЧ головки.Поэтому для получения более естественного прозрачного звучания можно применить включение головок по схеме "biamр", т. е. каждую головку подключить к отдельному усилителю, а разделение полос осуществить в эквалайзере или в предварительном усилителе. В описываемой здесь АС это нетрудно сделать, подсоединив НЧ головку к разъему Х1 , а ВЧ головку - к разъему Х2. Как видно из схемы громкоговорителя, каждая динамическая головка включена через токовый предохранитель,защищающий ее от перегрузки. При превышении заданного значения тока предохранитель нагревается и разрывает цепь питания головки. Восстановление предохранителя происходит через 15...20 с после отключения или уменьшения в несколько раз сигнала от усилителя.
Теперь о конструкции акустической системы. Чертеж корпуса изображен на рис. З.

Рис.3

Основные детали корпуса изготовлены из шлифованной ДСП толщиной 16 мм и скреплены с помошью саморезов и клея ПВА. Для герметичности все стыки и щели после сборки промазаны клеем. В конструкции применены покупные элементы: ручка Adamhall 3403 - 2 шт. ;уголок Adamhall 4072 - 8 шт.; стакан МР-77р - 1 шт.; порт фазоинвертора Mysteгy МР3/200 - 2 шт. (все указано из расчета на один корпус).Чертеж печатной платы кроссовера приведен на рис. 4.

Рис.4

Плата изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Корпуса конденсаторов закреплены клеем Бф - 2. Катушки индуктивности приклеены к плате клеем Бф-2 и закреплены с помощью деталей (рис. 5, 6) и винтов М3.

Рис.5

Рис.6

Предохранители FI1, FI2 установлены на подставку (рис. 7), которая приклеена к плате.
Электрический монтаж выполнен многожильным проводом С ПВХ изоляцией сечением 0,75 мм2.
В качестве крепежа для покупных изделий и деталей также применены шурупы-саморезы.
Свободная поверхность задней части корпуса с внутренней стороны оклеена слоем хлопчатобумажной ваты толщиной 15...20 мм.

Рис.7

Рассмотрим подробнее некоторые этапы технологии изготовления. Изготовленные детали корпуса (передняя,задняя, боковые, а также верхняя и нижняя панели корпуса соответственно на рис. 8-12)  присверливают и стыкуют без клея с помощью саморезов. Далее производят подгонку отверстий для установки головок и других элементов. Сборку панелей выполняют с клеем ПВА на само резах; расстояние между ними - 80 ... 100 мм. Далее следует промазать все стыки клеем, зашпаклевать неровности и после просушки обработать поверхности наждачной бумагой.

Рис.8

Рис.9

Рис.10

Рис.11

Рис.12

Верхний бортик (рис. 13 - поз. 7 на рис. 3) выполнен из ДСП толщиной 16 мм,

Рис.13

а бортики (рис. 14, 15 - поз . 8-10 на рис. 3)

Рис.14

Рис.15

под крепление защитной сетки (рис. 16) изготовлены из фанеры толщиной 10 мм.

Рис.16

Внутренняя накладка (рис. 17) приклеена на нижней панели корпуса (поз. 6 и 5 на рис. 3).

Рис.17

Бортики поз. 9 следует установить по месту, предварительно обрезав деталь по необходимому размеру.Для увеличения прочности корпуса основные детали можно изготовить из 15... 16-миллиметровоЙ фанеры.Оклейка корпуса карпетом - ответственная операция. Сначала нужно заготовить отрезки карпета согласно указанным на рис. 18 размерам.

Рис.18

Куски 1000х550 мм используют для оклейки левой и правой половин корпуса, а 600х400 мм - для передней и
задней панелей. Первыми оклеивают боковые поверхности, после их просушки - верхнюю и нижнюю панели.
Материал карпета загибают на эти панели внахлест и острым ножом по линейке отрезают излишки, чтобы
можно было приклеить загнутые части в стык. Клеем смазывают поверхности корпуса. Клей ПВА должен быть
густой, желательно профессионального применения, для изготовления мебели. Разглаживать и прижимать материал при оклейке удобно с помощью фотовалика.На следующем этапе оклеивают поверхность торцов панелей. Для этого
при пуск материала загибают на торцы,излишки отрезают, а прижим производят отрезка:ми тонких деревянных реек
с гвоздиками. Когда клей просохнет,рейки снимают. Так последовательно, с применением реек, оклеивают все
поверхности торцевых частей панелей.Аналогично полоской карпета оклеивают бортик поз. 7 и детали поз. 8, 9
(см. рис . 3) . Последними оклеивают переднюю и заднюю панели.После просушки материал, закрывающий отверстия под устанавливаемые элементы, вырезают.Порты фазоинвертора устанавливают с клеем ПВА после оклейки корпуса, длину портов при необходимости укорачивают до размера 11 см.Дополнительные прокладки при установке головок, ручек, стакана применять не обязательно. Их функцию с успехом выполняет карпет, которым оклеен корпус. Возможно, только придется подшпаклевать щели между разъемами Х1, Х2 и задней стенкой.
Бескаркасные катушки для фильтров изготовлены по технологии, первая из них (L1) содержит 150 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,75 мм, а вторая (L2) — 130 витков провода ПЭВ-2-0,55, длина намотки катушек — 15 мм. Каждая катушка имеет сердечник из отрезка ферритового стержня марки М400НН или М600НН диаметром 8 мм, который используют для подстройки индуктивности, а после фиксируют клеем в отверстии накладки (см. рис. 5).
После того как акустическая система полностью собрана, можно оценить ее электроакустические характеристики. Для этого потребуется определить некоторые реальные параметры АС и НЧ головки — резонансную частоту в акустическом оформлении fs, эквивалентный объем Vas и полную добротность головки Qt с учетом оформления и разделительного фильтра. Далее параметры вводят в соответствующее окно программы Linearteam Win/SD, после чего можно увидеть графики амплитудной и фазовой частотных характеристик, группового времени задержки и другие.
С. МОТОХОВ, г. Ярославль