Влияние лампового усилителя

Если динамик изначально имеет некую полную добротность Qt, то при подключении этого динамика к усилителю с нулевым выходным сопротивлением (например, к транзисторному усилителю) полная добротность его сохраняется на прежнем уровне.

Другая картина происходит с ламповым усилителем. У лампового усилителя достаточно высокое выходное сопротивление, обычно около Rвых=2 Ω. При подключении динамика к такому усилителю происходит увеличение полной добротности. И это надлежит учитывать в проектировании акустического оформления.

Виноградова в своей книге приводит формулы расчета полной добротности громкоговорителя с учетом влияния выходного сопротивления усилителя.

Расчеты показывают, что в нашем случае для полученного 16ти-Омного динамика с полной добротностью Qt=0, 336 при подключении его к усилителю с выходным сопротивлением Rвых=2 Ω полная добротность динамика увеличится до значения Qt’=0, 384.

Таким образом, с учетом влияния лампового усилителя расчетные ТС-параметры динамика будут следующими: резонансная частота fs=47 Гц, эквивалентный объем Vas=33 л, полная добротность Qt’=0, 384.

Расчетная АЧХ

Особенность этого динамика – достаточно малая величина эквивалентного объема Vas=33 л (для объема ящика V=30 л). И этот фактор только на пользу! Исходные данные для расчета АЧХ: fs=47 Гц, Vas=33 л, Qt’=0, 384, V=30 л. Были рассчитаны четыре варианта оформления с разными частотами настройки фазоинвертора: 1 – fb=40 Гц, 2 – fb=43 Гц, 3 – fb=46 Гц, 4 – fb=49 Гц. Результаты расчетных АЧХ всех четырех вариантов приведены в таблице, также показаны графические иллюстрации.

Итак, полученный динамик в сочетании с ламповым усилителем достаточно успешно должен «работать» в ящике с ФИ объемом V=30 л. Максимально гладкая АЧХ получается при частоте настройки ФИ fb=46 Гц, частота среза АЧХ составляет 42 Гц по уровню -3 дБ и 38 Гц по уровню -6 дБ.

Фазовый сдвиг

Вернемся к «родному» динамику 4ГД-5. Полное сопротивление его составляет 8 Ω, омическое сопротивление Re=6, 5 Ω, индуктивность звуковой катушки составляет примерно Lн=0, 5 мГн. Полное сопротивление динамика и фазовый сдвиг зависят как от частоты, так и от индуктивности звуковой катушки. В следующей таблице показаны полное сопротивление динамика и фазовый сдвиг в диапазоне частот от 50-5000 Гц.

Очевидно, что даже если «родной» динамик 4ГД-5 подсоединить к усилителю «напрямую», т.е. без разделительного фильтра, то все равно фазовый сдвиг на частоте 5 кГц составит +67 градусов. Это следствие влияния индуктивности звуковой катушки.

Формально (по паспортным данным) верхняя граница диапазона у «родного» 4ГД-5 составляет 5 кГц, однако проверка динамика на звуковом генераторе показывает, что уже с частоты 4, 5 кГц начинается устойчивый спад АЧХ.

В доработанном динамике 4ГД-5 полное сопротивление составляет 16 Ω, омическое сопротивление Re=13, 0 Ω, индуктивность звуковой катушки Lн=0, 45 мГн. Покажем, как это повлияет на фазовый сдвиг в том же диапазоне частот (от 50-5000 Гц).

В «новом» динамике фазовый сдвиг на частоте 5000 Гц уменьшается на 40% (+47 градусов вместо +67 градусов). В «родном» динамике 4ГД-5 полное сопротивление на частоте 5000 Гц возрастает относительно сопротивления на НЧ в 2, 5 раза, а в «новом» динамике – только в 1, 5 раза! Этого удалось достичь благодаря удачной оптимизации конструкции МС и звуковой катушки. Также можно отметить, что у «нового» динамика спад АЧХ начинается с частоты 5500 Гц, т.е. на 1000 Гц выше «родного» динамика.

Второй динамик

Как обещал – правду и только чистую правду…

ТС-параметры второго динамика отличались чуть больше от первого экземпляра, чем я это предполагал. Вот эти параметры: резонансная частота fs=52 Гц, эквивалентный объем Vas=26 л, полная добротность Qt=0, 421. Поначалу было некоторое недоумение… Хотя – по резонансу разница всего то 5 Гц (у «родного» 4ГД-5 разброс резонансов по паспорту 45 Гц, ±10 Гц). Более всего обеспокоило увеличение полной добротности на 25% по отношению к первому динамику. Но при всем этом – порадовал эквивалентный объем.

Попробуем посчитать, что же получится у динамика № 2 в ящике V=30 л? Для начала уточним, как изменится исходная добротность Qt=0, 421 с учетом влияния выходного сопротивления лампового усилителя Rвых=2 Ω. Расчеты показывают, что с ламповым усилителем у динамика №2 полная добротность станет Qt’=0, 481.

Итак, теоретические параметры для расчета: fs=52 Гц, Vas=26 л, Qt’=0, 481. Посмотрим расчетные АЧХ в том же объеме V=30 л и теми же частотами настройки фазоинвертора: 1 – fb=40 Гц, 2 – fb=43 Гц, 3 – fb=46 Гц, 4 – fb=49 Гц.

Для этого динамика оптимальная частота настройки ФИ составляет fb=43-44 Гц. Несмотря на более высокую резонансную частоту у второго динамика частота среза получается даже на пару Герц ниже: 40 Гц по уровню -3 дБ и 35 Гц по уровню -6 дБ!

Объяснить это можно тем обстоятельством, что динамик №2 имеет более низкий эквивалентный объем Vas (меньше, чем объем ящика V! ). Это все равно что динамик 6ГД-2 с эквивалентным объемом Vas=150 л установить в ящик объемом V=175 л(! ) Соотношение (Vas/V) будет такое же, как при установке нового динамика № 2 в ящик V=30 л. Получается так, что у динамика №2 (если сравнивать его с первым динамиком) проигрыш от увеличения резонансной частоты успешно компенсируется более низким эквивалентным объемом.

И все же отличие есть. При использовании динамиков № 1 и № 2 одновременно, т.е. одного в левой АС и другого в правой АС, то по соображениям дизайна ящики должны быть одинаковые (внешне одинаковые). И разницу в регулировании можно осуществлять только частотой настройки ФИ, точнее – длиной трубы. Допускаем, что ящики одинаковые по объему (V=30 л). Тогда для динамика №1 (с резонансом fs=47 Гц) нужно настроить ФИ на частоту fb=46 Гц, а для динамика №2 (с резонансом fs=52 Гц) нужно настроить ФИ на частоту примерно fb=43-44 Гц. Тогда различия между левой и правой АС будут минимальные: обе АЧХ буду гладкие, частоты среза будут около 42 Гц и 40 Гц, разница по АЧХ в области верхнего баса будет всего около 0, 5-0, 6 дБ.

Кстати, это ведь только теоретические расчеты. В реальности существует еще такой фактор, как звукопоглощающий материал. Он позволяет увеличить «виртуальный» объем ящика примерно на 10-15%. И если грамотно «поработать» со звукопоглощающим материалом, то можно дополнительно снизить частоту среза на 1, 5-2, 0 Гц, а также уменьшить разницу в АЧХ между левой и правой АС в области верхнего баса.

Такое различие динамиков по параметрам можно объяснить разной гибкостью подвесов… Конечно при сборке динамиков обычно делается предварительный отбор подвесов, но так, «на глазок». Измерить гибкость подвесов на предварительной стадии сборки динамика весьма затруднительно. Чтобы определить гибкость подвеса – нужно, как минимум, подвес приклеить на диффузор, т.е. подвес после этого оказывается уже использованным!

Там еще и центрирующая шайба может добавить свой «вклад» в разницу параметров.

Прослушивание

Качество звучания «новой» головки 4ГД-5 сравнивалось с «родной» головкой 4ГД-5. Сначала была собрана небольшая схема, см. далее рисунок слева. Усилитель (транзисторный) через галетный переключатель «В» поочередно подключался то к «родной» головке 4ГД-5, то к «новой». Однако первоначальный результат прослушивания был неудовлетворительный – и сразу было ясно почему…

Дело в том, что у «родной» головки полное сопротивление составляет 8 Ω, а у «новой», модернизированной – 16 Ω. Следовательно, при одном и том же выходном напряжении усилителя на «родную» головку подавалась мощность вдвое больше! Совершенно очевидно, что очень трудно оценивать качество звучания двух однотипных головок, если на них подается существенно разная мощность. Оценку звучания целесообразно проводить при одинаковых условиях.

Поэтому схема для прослушивания была доработана, см. рисунок справа. Последовательно с «родной» головкой 4ГД-5 был включен резистор 3, 3 Ω. При этом напряжение на «родной» головке ослаблялось на -3 дБ, и в этом случае на оба прослушиваемых динамика подавалась ОДИНАКОВАЯ мощность. При таком прослушивании оценка качества звучания более объективная и очевидная.

Ящиков специально я не делал для головок, прослушивание проводилось в примитивных Экранах (так что глубоких басов не было). Первое, что сразу было заметно – практически одинаковое звуковое давление у «родной» головки и у «новой». Предварительные расчеты показали, что чувствительность «новой» головки должна была быть в районе 93-94 db, а сравнительное прослушивание это только подтвердило!

Далее… «Середина» у обеих головок звучит также практически одинаково и качество звучания в СЧ-диапазоне очень высокое! Но вот что меня удивило – так это более «легкая» и детальная «верхняя середина» у «нового» 4ГД-5. Для меня это был очень приятный сюрприз! У «новой» головки верхняя частота диапазона поднялась примерно до 5500 кГц. Как я полагаю, это следствие применения медного КЗ-витка на керне.

Казалось бы, у легендарных рижских головок типа 6ГД-2 и 4ГД-5 качество звучания настолько высокое, что дальше уже и некуда… Ан нет! Оказывается, что еще есть куда!

Позднее я прослушал эти головки в ящике с ФИ объемом 22 л (к сожалению, ящиков с расчетным объемом V=30 л на данный момент у меня не было). Результат был более скромный по сравнению с расчетным объемом, но в целом – все это хорошо «стыкуется» с расчетными данными. И кстати, разницы между динамиками №1 и №2 практически не было заметно.

Конструкция полочной АС

Для полочной АС с данным модернизированным динамиком 4ГД-5 целесообразно делать двухполосную АС с частотой раздела 5500 Гц. Пищалку я бы рекомендовал ленточную «Fountek NeoCD3.0». На фотографии представлен этот комплект динамиков.

Фильтры следует применить простейшие! Верхняя рабочая частота НЧ-головки 5500 Гц и ее следует включать вообще без фильтра(! ) У этой головки фазовый сдвиг на частоте 5 кГц на 40% меньше, чем у «родной» головки 4ГД-5. А тут еще отсутствуют разделительные фильтры в полосе – в итоге будут минимальные фазовые сдвиги в СЧ-диапазоне!!!

Для пищалки я бы применил фильтр 2-го порядка на частоту 5500 Гц. Вот собственно и все. Можно, конечно в качестве эксперимента, попробовать для пищалки фильтр 3-го порядка. Подробную схему фильтров здесь приводить не имеет смысла…

Я «прикинул» конструкцию ящика для этой АС. Если предположить, что толщина стенок будет 16 мм, то ящик с габаритами 560х270х270 мм как раз и будет иметь объем V=30 л. Фазоинвертор – труба диаметром Ø 60 мм. Для динамика №1 (с резонансом fs=47 Гц) длина трубы должна составить L=87 мм (расчетная частота настройки fb=46 Гц), а для динамика №2 (с резонансом fs=52 Гц) длина трубы должна быть L=100 мм (расчетная fb=44 Гц).

Конечно же, это всего лишь проект и приблизительный вариант конструкции. При повторении данных АС – дизайн можно изменить.

Итоги

По-моему, мне удалось «заставить» нормально работать динамик 4ГД-5, начиная от частоты 40-45 Гц. И НЕ в ущерб среднечастотному диапазону и НЕ в ущерб чувствительности!

В принципе итоги в той или иной степени уже прозвучали выше. Полученная модернизированная головка на базе 4ГД-5 имеет параметры:

номинальная мощность: 6 Вт *

диапазон частот: 45 – 5500 Гц

чувствительность: 93 дБ

полное сопротивление: 16 Ом

сопротивление постоянному току: 13 Ом

индуктивность звуковой катушки6 0, 45 мГн

( * ) Мощность я указал 6 вт. Дело в том, что у «родной» головки номинальная мощность 4 вт, а в «новой» головке катушка намотана таким же проводом, но на вдвое большее сопротивление. При одинаковой плотности тока вдвое большее сопротивление означает увеличение мощности в 2 раза. Мне кажется, что увеличение мощности в 2 раза – это перебор, а вот в 1, 5 раза – в самый раз. Особенно если учесть, что на динамиках установлены длинноходовые подвесы (если кто внимательно смотрел фотографии).

Нужно отметить, что нижняя граница диапазона (указано: «45 Гц») – на самом деле зависит еще от акустического оформления, т.е. от конструкции ящика и поэтому может колебаться в некоторых пределах (при рекомендованной конструкции АС – будет 42 Гц).

Фазовый сдвиг на динамике, возникающий из-за влияния индуктивности звуковой катушки, на 40 % меньше фазового сдвига на «родном» динамике 4ГД-5.

Отличительной особенностью динамиков является малая масса диффузора (3, 7 грамма). Общая масса диффузора, колпачка и звуковой катушки составляет 8, 2 грамма.

ТС-параметры динамиков:

динамик №1: fs=47 Гц, Vas=33 л, Qt=0, 336,

динамик №2: fs=52 Гц, Vas=26 л, Qt=0, 421.

Динамики хорошо «стыкуются» с ламповым усилителем. Из-за высокой чувствительности динамиков для нормальной работы вполне подойдет усилитель мощностью 5-10 Вт! Но и с транзисторным усилителем эти динамики также будут работать хорошо, разве что немного по-другому придется настроить ФИ.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: