Читать онлайн «Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы». Страница 20

Рисунок поясняет, почему это неприятное явление в основном затрагивает область низших звуковых частот. Вы видите, что волна, возникающая сзади диффузора, приходит к слушателю более длинным путем (пунктирные линии), то есть с некоторым опозданием. На высших звуковых частотах, когда период мал, из-за этого опоздания появляется дополнительный сдвиг фаз, и практически получается, что враги становятся друзьями: обе, в прошлом противофазные, волны действуют согласованно, в фазе. На средних и особенно на низших частотах опоздание составляет лишь небольшую часть периода, и заметного дополнительного сдвига фаз не получается. Таким образом, из-за противофазного излучения падает звуковая мощность (по статистике она в основном приходится на средние частоты) и появляется сильный завал частотной характеристики в области низших частот.

Способ устранения этих недостатков напрашивается сам собой: нужно просто искусственно увеличить опоздание задней волны. Сделать это проще всего с помощью акустического экрана, который радиолюбители иногда неправильно называют отражательной доской. Размеры и форма экрана подбираются так, чтобы создать необходимое опоздание, необходимый дополнительный сдвиг фаз передней и задней волн на всех частотах. Лучшие результаты дает акустический экран с несимметричным расположением громкоговорителя.

Материалом для экрана может служить толстая (5—10 мм) фанера или доска; снаружи его закрывают декоративной тканью. Размеры экрана выбирают по графику рис. 29, 1, а с учетом нижней граничной частоты. Не имеет смысла рассчитывать акустический экран, так же как и другие «одежды», на те частоты, которые громкоговоритель не в состоянии воспроизвести.

Некоторые преимущества дает установка треугольного экрана в верхнем углу комнаты (рис. 29, 1, г). В этом случае сами стены в какой-то степени увеличивают действующую поверхность экрана и улучшают воспроизведение низших частот. И все же акустический экран «в чистом виде» применяют сравнительно редко.

Наиболее привычное внешнее оформление громкоговорителя — ящик — можно рассматривать как складной экран: он также создает нужное опоздание задней волны (рис. 28). Ящик — это довольно сложная акустическая система, чем-то напоминающая резонаторы музыкальных инструментов. От размеров, формы и материала ящика во многом зависит качество звучания.

Так, например, ящик с открытой задней стенкой можно приравнять к обычному акустическому экрану (рис. 29, 1, б, в). Ящик с закрытой задней стенкой уже по-другому влияет на частотную характеристику. Воздух в замкнутом объеме меняет упругость подвижной системы громкоговорителя и повышает ее резонансную частоту.

рис. 29, 1

Однако ящики с закрытой стенкой иногда все же находят применение. Правильно выбрав размеры такого ящика (график на рис. 29, 2, а) и заполнив весь его объем звукопоглощающим материалом, например минеральной, стеклянной или обычной хлопчатобумажной ватой, можно получить хорошую компенсацию за несколько подпорченную частотную характеристику. Такой ящик с звукопоглотителем будет отлично демпфировать громкоговоритель. Что же касается завала на нижних частотах, то его, как вы увидите дальше (стр. 130, рис. 33, 35, 36 и др.), можно будет в некоторой степени скомпенсировать.

Дальнейшим развитием идеи закрытого ящика является акустический фазоинвертор (фазовращатель). Он позволяет осуществить эффективное демпфирование с помощью звукопоглотителя, то есть снижает нелинейные искажения и в то же время резко улучшает частотную характеристику в трудной области — в области нижних частот. Фазоинвертор рассчитывают таким образом, чтобы на самых низших частотах, вблизи резонанса громкоговорителя, он обеспечил синфазное, то есть согласованное, излучение звука как от самого диффузора, так и от специального окна в нижней части ящика (рис. 29, 2, б, в, е, ж). Размеры ящика простейшего фазоинвертора можно определить по графику рис. 29, 2, г. Расстояние от осевой линии окна до ближайшей стенки ящика составляет 100–200 мм. Площадь окна при окончательной регулировке подбирается опытным путем с помощью подвижной заслонки. Значение такой регулировки иллюстрируется примером частотных характеристик на рис. 29, 2, д. Эти характеристики соответствуют трем разным положениям заслонки, закрывающей окно фазоинвертора.

рис. 29, 2

Для изготовления больших ящиков, в том числе и фазоинверторов, используют доски и многослойную фанеру от 8 мм и толще. Можно применить и более тонкий материал, в том числе фанеру толщиной 5 мм и даже 4 мм. Разумеется, и этом случае для ящика должен быть построен прочный каркас. В последнее время многие любители считают, что лучший материал для акустических ящиков — толстые плиты из прессованной стружки. Стенки ящика должны быть хорошо подогнаны, прочно скреплены шурупами и столярным клеем; все щели и трещины перед наружной покраской необходимо тщательно зашпаклевать. Помните, что дребезжание каких-либо частей ящика будет восприниматься как искажение звука. Если ящик предназначен для установки на полу, то под него нужно подложить прокладки из толстой (20–30 мм) резины. Высокочастотные громкоговорители рекомендуют сзади прикрыть плотными, лучше железными колпаками.

Фазоинвертор изнутри обязательно нужно покрыть звукоизолирующими материалами. Это может быть поролон, вата, пробка, войлок, многослойные покрытия из материи, картона, рубероида или битумной мастики. Толщина покрытия 10–40 мм.

В случае если в закрытом ящике или фазоинверторе установлено несколько громкоговорителей, то расчет по графикам (рис. 29, 2, г) производят, исходя из диаметра «суммарного диффузора». Чтобы приблизительно подсчитать этот диаметр, нужно сложить площади всех диффузоров и из полученной суммы извлечь квадратный корень.

На рис. 29 показаны некоторые акустические агрегаты — ящики, в каждом из которых установлено несколько громкоговорителей. На рис. 29, 3 схематически показано устройство агрегата радиолы «Люкс» («Дружба»), на рис. 29, 4 — один из агрегатов радиолы «Ригонда», а на остальных рисунках (5, 6) — самодельные акустические агрегаты, сконструированные радиолюбителями. О том, как громкоговорители какого-либо агрегата соединяются между собой и как они подключаются к источнику сигнала, будет рассказано дальше.

рис. 29, 3, 4

Вы уже, конечно, догадались, что использование нескольких громкоговорителей в одном акустическом агрегате нужно не только для того, чтобы получить большую номинальную мощность. Разумно комбинируя громкоговорители, можно получить весьма равномерную и широкую частотную характеристику. Хорошо, если «на общее ухо» работают высокочастотные и низкочастотные громкоговорители, в том числе несколько низкочастотных громкоговорителей с разными резонансными частотами.

Кроме повышения мощности и выравнивания частотной характеристики, «коллектив» громкоговорителей улучшает еще один показатель звуковоспроизведения — диаграмму направленности. Так же как и микрофон по-разному улавливает звук, идущий с различных направлений (рис. 22), громкоговоритель, в зависимости от направления, по-разному излучает звуковые волны. Диаграмма направленности громкоговорителя показывает, во сколько раз слабее звук, излучаемый в том или ином направлении, по сравнению со звуком, излучаемым вдоль главной оси вперед (перпендикулярно диффузору). Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости чем-то напоминает цветок с лепестками разной величины. С увеличением частоты «главный лепесток», направленный вперед, становится все более острым. Это значит, что если вы будете слушать громкоговоритель в стороне от главной оси, то получите значительно большую дозу частотных искажений, чем ваш товарищ, который сидит прямо перед громкоговорителем (рис. 72).

Острая диаграмма направленности имеет еще один недостаток: создает впечатление, что звук исходит из одной точки. Вообще-то говоря, это правда — звук действительно к нам в основном приходит только от диффузора громкоговорителя. Но в большинстве случаев обман будет казаться более естественным, чем такая правда.

При воспроизведении речи или сольного пения звук, идущий из одной точки, — естественное явление. Иногда даже кажется, что диктор или певец находится именно в том углу комнаты, где установлен громкоговоритель. А вот при воспроизведении музыки в исполнении ансамблей (оркестр, хор) трудно представить себе, что все музыканты и певцы сгрудились на небольшом пятачке сцены. В этом случае более естественным будет казаться объемный звук, не привязанный к той точке, где находится диффузор громкоговорителя.