Домашно озвучаване
Част I: Двулентово озвучително тяло


    Да изчислиш, конструираш, намериш подходящите материали и части и сглобиш сам, със своите ръце озвучително тяло е едно голямо предизвикателство.

    Не е така простичко, както често чета комични изказвания и въпроси по аудио-форумите - намираш един дървен сандък, изрязваш дупките, набучваш 2-3 говорителя и еееей к’во стана, супер! Лаиците трябва да обърнат сериозно внимание на постовете на професионалистите в същите форуми, от които се уча и аз.

    Аудиотехниката е един голям раздел на електрониката, в който малко хора са станали специалисти, въпреки, че за всеки от нас звучи така простичко. Малко са и производителите на качествени озвучителни тела в света, които са се утвърдили на пазара.

    Аз няма да се спирам на вечния въпрос, кои озвучителни тела са по-добри - със затворен или отворен обем. И едните, и другите си имат своите предимства и недостатъци, за което може да прочетете в приложената литература.

    Най-простичкото типово разделяне на озвучителните тела, според начина на изработката им, е със затворен обем и с отворен обем. Последните се наричат още фазоинверторни и по-популярно басрефлекторни. Според разделянето на лентата на възпроизвеждане на няколко части, озвучителните тела се делят на двулентови, трилентови и т.н. Най-лесни за изработка при домашни условия са двулентовите озвучителни тела, за които по-лесно се намират филтри и подходящи високоговорители, а качеството на звука е много добро. Разбира се, всичко което ще разгледаме по-долу е от практическа гледна точка, без да навлизаме в теорията на звукотехниката. И въпреки това няма да минем без някои характеристики и тяхното значение за качеството на озвучителното тяло. Все пак нашата цел не е да напъхаме няколко говорителя в един сандък.

    На края на този материал давам справка за ползваната литература, която е с практическа насоченост и от която може да се почерпи доста информация и знания. Бих искал да отбележа, че все пак живем в 21-ви век и доста колеги са се погрижили да създадат любителски програми за изчисляване на основните параметри на озвучителните тела или разделителните филтри. Дал съм няколко интернет сайта, на които може да намерите такава информация, калкулатори и разбира се по-подробни обяснения.

    А сега следва да опиша моите практически експерименти с конструирането и изработването на дву-лентови озвучителни тела през изминалото лято. Разбира се, те са на базата на налични кутии от други тонколони или такива които през годините съм си купувал. Едната е от комплект на аудио уредба KENWOOD, другата от стари БГ колони ОТС, а третата от закупени празни тетевенски кутии.

    И така - защо започнах този проект? Гъделът се появява когато нещо не е наред, когато нещо не те задоволява. Така стана и с началото на този проект. От години притежавам тонколони KENWOOD LS-5, но и никога не съм бил доволен от звука им. Така реших, че нещо все пак не им е наред и трябва да се промени. Дълго се "рових" в интернет за да намеря някакви технически характеристики за тях, но за съжаление освен мощност и честотна лента не успях да намеря други. Но все пак времето не беше загубено, тъй като се сдобих с подходящ софтуер, който емулира, анализира и симулира озвучителни тела, а именно BassBox 6 и WinISD beta. Пак за съжаление, се оказа че първата не е свободна, но все пак дава възможност за опитен период (ех, как ме боли езика да употребя английския термин "Trial"). Втората обаче се оказа свободно достъпна. Това ми даде възможност да направя едни и същи симулации и да сравня крайния резултат, който се оказа същия, поради което след изтичане на периода се съсредоточих в работата си с WinISD beta.

    Идеята на този проект беше, използвайки наличните тонколони, чрез замяна на говорителите и филтрите да постигна по-добри резултати, но всъщност, това беше само началото. После реших, че е време да потърся готови кутии или ако не намеря, да направя свои такива. Е, чак до това, не се стигна.

    Преди всичко трябва да знаем, че общото качество на звучене не зависи само от кутиите, въпреки че те са важна част от проекта. Затова нека да кажем кои са най-важните параметри за изграждането на едно озвучително тяло. Преди всичко те са съчетание от параметрите на говорителите и кутията. А най-необходимите са:

    * Fs - резонансна честота на говорителя
    * Vas - еквивалентен обем на говорителя
    * Qts- качествен фактор на системата (обърнете му специално внимание!)
    * Qms - качествен фактор на механичната система на говорителя
    * Qes - качествен фактор на електрическата система на говорителя
    * Xmax - свободния ход на буталото (мембраната)
    * Z - импеданса на говорителя
    * Pe - ефективната електрическа мощност на говорителя
    * Vb - обема на озвучителното тяло
    * Fb - изискваната резонансна честота при фазоинверсен тип озвучително тяло
    * Ф - вътрешен диаметър на отвора на фазоинвертора
    * L - дължина на фазоинвертора
    * Fc - честотата на среза на двулентовия филтър

    Разбира се най-простичкия дизайн може да се направи с ограничен брой параметри от т.н. T-S характеристики на говорителя като например: Fs, Qms, Vas, Qes, Z, Pe и Vb, с които се получава доста близък резултат, който неспециалиста едва ли ще усети на слух. И още една забележка: когато говорим за изчисления, зависимости и кутия, ще имаме предвид отношенията към басовия говорител, който е мeханичната система, изискваща необходимия обем за да получим достъчно дълбоко нискочестотно звучене, тоест да възпроизвежда заложените ниски честоти - 30, 40, 50 Hz или други избрани. А сега да започна с преработките, доработките и изследванията, които направих.

    Първо, както споменах по-горе, започнах с тонколоните KENWOOD LS-5. Както казах, имаше нещо недостъчно добре направено, или по-точно фабриката е решила, че стойността им трябва да бъде ниска, тъй като те са спомагателно средство към една от техните домашни системи. И все пак, според фабриката характеристиките са - мощност от 80W и честотна лента на възпроизвеждане 40-20000 Hz при импеданс Z=8 Om. Отворих озвучителните тела, записах си номенклатурите на говорителите, открих, че всъщност колоните не са три-лентови, а дву-лентови и че разделителния филтър е най-простичкият - 6dB/oct., а за ВЧ говорител има най-обикновена пиезо пищялка. Чак сега разбрах причината звученето да не удовлетворява моя слух. Чистият обем на оригиналното озвучително тяло е 17.5 л., избраната резонансна честота е 40 Hz, но тя се оказва недостъчно условие за да постигнат честотната характеристрика, поради което са направили тялото с фазоинвертор, който удължава характеристиката към ниските честоти, увеличава се КПД на системата.

    Искам да отбележа, че използването на фазоинвертор с тази задача е една от неговите мисии, а другата е, като се използва подходяща таргет честота да се постигне задигане на най-нискочестотната част от звуковия обхват и да се увеличи КПД на системата като най-често това е около 4-6 dB. Именно вторият съм използвал в моите разработки.

    В случая, той явно е изчислен за 40 Hz при този обем, тъй като е с Ф = 51 mm и L = 175 мм. Това лесно може да се "открие" с цитираните по-горе програми или описаните номограми.

    Разбира се, изредените по-горе недостатъци за такъв малък обем озвучително тяло, правят звученето недостъчно добро и това е причината да потърся както друг тип говорители, така и дву-лентови филтри със стръмност на среза 12 dB/oct., както и промяна на характеристиката на фазоинвертора (който още се нарича басрефлектор) за да постигна повдигане на диаграмата за честоти около 40-80 Hz като по този начин исках да постигна по-ясно и по-дълбоко звучене на баса.

    Ето на тази графика се вижда характеристиката на оригиналното озвучително тяло, симулирани и изследвани с WinISD beta:

KENWOOD KFC-W1600

    Следващия етап от моята задача беше да намеря подходящи високоговорители. Първият проблем беше, че не исках да нарушавам дизайна на тонколоната, поради което трябваше да намеря НЧ говорител с размер около 160 мм +/-3 мм. Естествено това стана с вещата помощ на Google, чрез който намерих 7-8 фирми в България, които продават говорители. Но повечето търговци са наистина само търговци - вчера са продавали домати, днес продават говорители, утре - кебабчета. Тоест, не са технически компетентни (грамотни) и им е все едно какво продават, важното е да има "алъш-вериш". Оказа се, че има и колеги-търговци, за които изтъкнатите по-горе технически изисквания към параметрите, са важна част от продажбата. Така, първо избрах говорител STX 16-50, Z = 8 Om, резонансна честота Fs = 56 Hz, Pe = 50 W, за който основните параметри бяха известни. Габаритите му почти съвпадат с тези на оригиналния говорител. Заредих параметрите в програмата като заложих обем на кутията Vb=17.5 л. и избрах басрефкеторна система, отворена - "vented box". Избрах честотата на която бих искал да получа подобряване на звученето. Тук искам да отбележа, че едно от правилата при басрефлекторните системи е изборът на тази честота да бъде равна или около резонансната честота на говорителя. Разбира се, може да се избере и по-висока или по-ниска в зависимост от търсената от нас амплитудно-честотна характерситика. Направих симулации за три избрани от мене честоти: 40Hz, 50Hz и 60Hz. Не случайно. Оказа се, че независимо от избраната таргет честота, най-ниската възпроизвеждана честота си остава ~40 Hz. Но в замяна на това търсеното повдигане на характерситиката в ниските честоти се получи с около 6dB, ноооо за 80Hz. Тоест не получих желания резултат за повдигане на най-нискочестотната част от характеристиката, което щеше да доведе до по-нисък и плътен бас. Така се отказах да закупя говорителя. Не, че няма да стане, не че няма да звучи по-добре, но не удовлетворява предварителното условие за достигане на максимално ниска честота на баса, а най-вече за по-плътно звучене.

    Но ето как изглежда симулацията с този говорител:

KENWOOD MIX STX-RDMX

    Потърсих друг говорител, който да удовлетвори описаните по-горе изисквания, както и с презумпцията да даде по-добри резултати от оригинала. Намерих подобен, но наистина подобен, тъй като диаметъра му беше по-малък от оригинала, но въпреки всичко реших, че ако резултатаът е добър мога да рискувам и една малка механична намеса върху кутията на тонколоната за да попълня луфта, който се образува от по-малкия размер.

    Така избрах говорител ARN 150-50, за който също бяха публикувани минимално необходимите T-S характеристики. Основните му данни са Z = 8 Om, Fs = 45 Hz, Pe = 60 W. Отново заредих в програмата T-S параметрите, обема на озвучителното тяло и изискваната честота 40Hz. Като се има предвид, че резонансната честота на този говорител е доста по-ниска - 45 Hz и се доближава много до таргет честотата от 40Hz, би следвало резултатите от симулацията да бъдат по-приемливи. Хубаво е човек да бъде оптимист, стига да не греши. И аз погледнах оптимистично на втората част от моя проект и се приготвих да отделя необходимите средства за закупуването на два броя говорители от този модел. Въоръжих се с линия и шублер и смело поех към магазина на колегите-търговци. Видях мостра, свалих размерите като диаметър, разстояние между отворите и се подготвих за следващата операция. Почти реших, че съм узрял за да си купя два говорителя, но разумът надделя. И така пуснах поредната симулация и получих ето този резултат:

KENWOOD ARN150-50

    Както и вие може да видите, резултатът е по-добър от предишните два. Системата от тази кутия и говорител ARN 150-50 определено са в по-добра хармония. Тази характеристика показва истинския смисъл на фазоинвертора. Достигнахме ниска честота от 37-38 Hz и нелинейност, но за съжаление все още не сме получили повдигане на характеристиката в НЧ. Но все пак съществува неудобството, че диаметъра на говорителя е доста по-малък и се налага значителна механична намеса за да се преодолее този проблем. Много бързо попаднах на друг подходящ говорител LW650, Z = 8 Om, Fs = 40Hz и ефективна електрическа мощност Pe = 40W, за който търговецът беше публикувал най-необходимите T-S параметри.

    Ето резултата от симулацията:

KENWOOD RDMX LW650

    Определено с този говорител посрещаме до голяма степен предварителните условия. Постигнахме долна гранична честота от 40 Hz и повдигане в областта на НЧ с 6 dB. За сравнение с получените данни с говорител STX 16-50 на ниво +3 dB със STX имаме повдигната честотна лента 60-120 Hz, а с LW650 55-100 Hz. Резултатът е почти еднакъв, но е в полза на LW650. Но сега преди да направим избора на говорителя да погледнем и други параметри. Оказва се, че нивото на излъчване на STX е 82 dB, а на LW650 e 90 dB, а от направените симулации се вижда, че върхът на повдигането за STX (жълт цвят) е 80 Hz, а за LW650 (зелен цвят) е под 70 Hz. Тоест с LW650 звученето би следвало да бъде по-силно, а баса по-плътен.

    А сега нека да видим и в обща графика двете характеристики и сравнението само ще потвърди избора. Първата снимка ви представя нормираната спрямо 0 dB, а втората усилването по ниво SPL:

 

    След като избрах говорителя, следва да кажа няколко думи за фазоинвертора. Той може да бъде квадратен, правоъгълен или кръгъл и програмата позволява този избор. В повечето случаи от дизайнерска гледна точка, кръглият стои по-добре на тонколоната, тъй като и останалите елементи са с тази форма. Диаметърът и дължината на прохода на фазоинвертора зависят от обема и избраната честота. Например, при еднакъв обем на озвучителното тяло, постигане на по-ниска честота на басрефлектора се получава с по-дълъг проход и по-големия диаметър предизвиква по-голяма дължина. Използвал съм тези зависимости за да намеря най-доброто готово решение за избор на басрефкеторни тръби за проход, които се продават по магазините на специализираните фирми. В конкретния случай, както посочих по-горе оригиналът е с диаметър 51 мм и дължина 175 мм. Искам да обърна внимание, че щом обемът е константа, размерите на басрефлекторната тръба зависят единствено от таргет честотата. За да запазя оригинала без да разрушавам неговите елементи, аз съм използвал PVC тръба с външен диаметър 50 мм и вътрешен 46 мм. с дължина 148 мм. Освен с програмата WinISD beta, размерите на проходната тръба могат да бъдат определени и по приложената графика:

    На горната номограма съм дал три примера, както следва:

        1. Линията, оцветена в черен цвят съответства на тонколоните KENWOOD с обем 17.5 л. и е избрана честота на фазоинвертора 40-42 Hz. Проекцията Lv е със стойност малко по-малко от 150 мм.

        2. Линията с червен цвят съответства на български кутии за озвучителни тела с фабрично изрязани отвори за говорители, които се продават в някои специализирани магазини, чийто обем е 50 л. За басов говорител говорител може да се ползва всеки български такъв с диаметър Ф=220 мм. и резонансна честота Fc=40 Hz. Оставям на вас да изберете правилния говорител, ако намерите други параметри.

        3. Линията със зелен цвят е проект, който предлагам на вас сами да осъществите. Трябва сами да си направите кутия с вътрешен обем Vb=80 л. (може и 100 л., но не е необходимо). Това е минималния обем, при който български басови говорители с резонансна честота Fb=40 Hz и фазоинвертор правят повдигане на характеристиката в областта 40-70 Hz и имат звучене, което ще ви достави удоволствие. Разбира се с подходящия говорител, който също оставям на ваш избор.

    Искам да отправя още една забележка, свързана с избора на говорител за това озвучително тяло. По-горе направих сравнението на характеристиките на говорители STX и LW, но ето сега е момента да кажа защо не съм използвал STX - защото той е с ограничена честотна лента до 2 kHz, докато LW650 е до 5 kHz. Честотната лента е от изключително значение за избора на честота на среза на електрическия разделителен филтър. Тя трябва да бъде в средата между крайната честота на басовия говорител и началната честота на високочестотния говорител. И тъй като аз не исках да гадая каква е била честотата на среза на оригиналния филтър заложих на по-сигурно. Но това не означава, че говорителят STX е по-нискокачествен, просто очевидно той е предназначен за трилентови тонколони, при които има две честоти на среза, долната от които се избира обикновено около 800-1500 Hz, а той чудесно пасва за тях.

    И последно няколко думи за разделителния филтър. Както казах по-горе, оригиналният е със стръмност на среза 6 dB/oct. Този филтър е с доста добра фазова линейност, но поради ниската стръмност има кръстосано подаване на мощности, особено при по-високи нива, които са опасни за ВЧ говорителя. Изпълнен е по следната традиционна схема:

    Програмата WinISD beta позволява да се изчислят стойностите на елементите в тази верига с познатия параметър Z - импеданс и честота на среза, която за дву-лентови филтри обикновено в зависимост от избраните гоеворители и техните честотни свойства се избира в обхвата 2000-4000 Hz, но най-често около 2800 Hz +/-500 Hz, тъй като повечето ВЧ говорители са с честотна характеристика, започваща от около 2500-3000 Hz.

    Аз вече изтъкнах какви са недостатъците на разделителния филтър от I-ви ред и които ме накараха да търся готов такъв от втори ред - 12 dB/oct. Стандартната схема за тези филтри е както следва:


    Разбира се намерих разделителен филтър SPB-1211 от втори ред със стръмност на среза 12 dB/oct, но за съжаление за импеданс на говорителите Z = 4  Om, докато аз вече бях закупил говорители с импеданс Z = 8 Om. С подходящи изчисления за стойностите на елементите с помощта на вградения в програмата калкулатор и посочената в края на този материал литература стигнах до промяна на оригиналните стойности на кондензаторите, без да променям индуктивностите, които се намират изключително трудно на пазара, освен ако не бях решил да си ги навия сам. Готовия фабричен филтър беше с честота на среза 3.5 kHz и стойности на елементите, както следва: L1 = 1.2 mH, C1 = 22 uF, L2 = 0.42 mH, C2 = 3.3 uF. След доста щателно пресмятане с on-line калкулатори и методиката от статия на РТЕ, избор на честота на среза Fс = 2900/3000 Hz, получих приемливи и лесно достъпни стойности за кондензаторите, а именно: C1 = 8 uF и C2 = 4.7uF, чиито стойности заместих, с паралелни комбинации кондензатори, 8=4.7+3.3 и 5.3=3.3+1.5 или само 4.7 uF. Разбира се може да експериментираме и с други индуктивности като си купим трилентов филтър 12 dB/oct. с повече бобини, чиято индуктивност ще измерваме и започваме серия от изчисления за да намерим подходящи стойности на елементите на нашия двулентов филтър с наличните елементи.

    Следва оригиналния филтър:

    А ето вида на филтъра след промяната:

    За високочестотен говорител избрах модела ARV-078-00/8 на TVM Acoustics със следните параметри: Pe = 20W, Z = 8 Om, F = 2500-18000 Hz, SPL = 88 dB, който най-добре подхожда на съответния вече избран басов говорител, както и на размерите на озвучителното тяло.

    Разбира се, аз давам доста подробно описание на общите елементи на озвучителното тяло, които пасват и за други озвучителни тела като: изчисляването и изработката на прохода за фазоинвертора (басрефлектора) и разделителния филтър за говорителите. Също така искам да отбележа, че това позволява да се използват същите ВЧ говорители в няколко практически разработки и по този начин да направя с различните кутии, с които разполагам, съответните озвучителни тела - с обеми 17.5 л., 30 л. и 50 литра. А сменяйки само предния панел (предната плоскост) на тонколоната, изрязвайки с вертикален трион (зеге) различни отвори за говорители, да направя различни тонколони и естествено да тествам с осцилоскоп и на слух всяка една от тези разработки.

    Но резултатът ще оповестя в края на тази статия. А ето как изглежда тонколоната в процеса на преработката:

    Вторият от моите практически експерименти беше с готови заготовки за три-лентови тонколони с изрязани четири отвора за говорителите и фазоинвертора. Вътрешният обем на тези кутии е 50 литра (трудно се измерват вътрешни размери). За изчисленията използвах стойност 50 л. Ненужните отвори покрих с правоъгълно парче талашитена плоскост, добре захванато с винтове за основната повърхност на предния панел. Разбира се, основният проблем на тази кутия бяха предварително изрязаните отвори, с чийто размер трябваше да се съобразя при избора на говорители. Ето защо, като имах предвид, че тя е българска изработка, се спрях на български говорители, с което реших проблема с отворите.

    На сайта на съществуващия български производител Високоговорители АД, си избрах подходящи по честотна лента, импеданс и мощност нискочестотен и високочестотен говорител, а именно: ВКН1039, Pe = 40W, Fs = 40 Hz, честотна лента на възпроизвеждане 40-4000 Hz, звуково налягане 88 dB, импеданс Z = 8 ома и ОДТ 19-508, Pe = 20W, честотна лента на възпроизвеждане 3000-20000 Hz, звуково налягане 88 dB и импеданс Z = 8 ома.

    Като за начало реших да направя озвучителното тяло със затворен обем. Покрих с парче плоскост всички излишни отвори, преработих високочестотната част от разделителния филтър, като смених честотата на среза на 3100 Hz, преизчислих кондензаторите и ги подмених. Оказа се, че разликата в нискочестотната част е пренебрежимо малка, поради което я запазих, а кондензатора във ВЧ частта намалих на 4.7 uF. Почти цяло лято ползвах колоните в този вариант, докато не направих съответната симулация на честотната характеристика на възпроизвеждане на този озвучителен обем от 50 л. с точно този говорител. Но направих тази симулация едва в края на месец юли, за да разбера чрез поредици от такива симулации, че този говорител не е най-доброто решение за този затворен обем.

    Но ето как изглежда тази симулация:

    Вижда се, че характеристиката е изключително линейна и започва с честота около 45 Hz. Но звукът на тези тонколони не беше така плътен, което аз търсех като звучене. Но трябва да се има предвид, че възприятията на хората имат субективен характер и на някой от вас може това звучене да му хареса. Но искам да припомня, че когато започнах описанието на втория си експеримент, споменах, че готовите кутии, които бях закупил бяха с изрязани отвори, един от които беше подходящ за фазоинвертор. Диаметърът на отвора беше 51 мм, което означаваше, че ако се наложи използването на проход, то той можеше да се изработи от PVC с Ф = 50 мм и подходяща дължина.


    Първо проверих чрез симулация с WinISD beta, дали има положителна разлика между озвучително тяло със затворен и отворен обем, като на симулацията вкарах резултатите в обща графика, в която към горната, оцветена в жълт цвят добавих изследването на озвучително тяло с отворен обем и резонанса честота 40 Hz:

    От горната симулация се вижда, че резултатът за честотната характеристика на тяло с отворен обем е доста по-добра. Най-ниската честота на възпроизвеждане е 40 Hz, а повдигането в нискочестотната част е на честота 70 Hz, а нивото с +4 dB. От тази симулация получих и съответната дължина на прохода за фазоинвертора L = 40 mm. А това са проходите:

    Отделяме малко време за пилене и шкурене и те придобиват истински вид.

    Практическото изпълнение на фазоинвертора стана бързо и леко при наличие на готов изрязан отвор. Като се има предвид, че той е с Ф-51 mm, а PVC тръбата с Ф=50 mm временно уплътних прохода с клечки за зъби за да не изпадне при вибрациите. Следващата стъпка, естествено, е изпробването на звученето. Приготвих техниката и това стана след няколко минути. Наистина останах доволен, имаше осезаема разлика в звученето, макар и не дотам ясен и подчертан бас. Но така разбрах, че съм избрал правилния път.

Разбира се, оказа, че съм направил добре, че не избързах да уплътня с лепило или силикон проходите от PVC тръба, за да имам възможността да продължа да търся още по-голяма разлика в звученето на ниските честоти. Естествено, разполагайки както с номограма за изчисляване на размерите на прохода на фазоинвертора, така и с програмата WinISD beta, чрез промяна на началните параметри като диаметър, дължина и честота на фазоинвертора, направих поредица от симулации, една от които беше с оригиналния размер на отвора. Така установих, че при резонансна честота на фазоинвертора 52 Hz и диаметър Ф=51 mm, той придобива дължина L = 13 mm. Но това е почти дебелината на материала, с който е направена кутията - 12.5 mm. Затова първо реших да сравня резултатите, получени чрез WinISD beta в обща графика, след което да направя и този експеримент.

    Но ето и тази графика, в която ще видите, както предишните две симулации (със зелен и жълт цвят), така и последната със син цвят:

    Резултатът е обнадеждаващ, още по-добър от предишния. Да, жертваме 3-4 Hz от най-ниските честоти, но получаваме значително повдигане от +6 dB на честота 72 Hz, като на ниво +3 dB повдигнатия честотен спектър е от 55-100 Hz.

    Естествено, веднага махнах прохода, който бях монтирал. Този експеримент се оказа и най-лесния за изработка. Следващата "операция" беше да включа техниката и да чуя звученето на тези колони. Резултатът наистина беше приемлив. Точно онова, което очаквах. Така и вече готовите тонколони оставих за ползване и слушане в този вид. И сега си имам озвучителни тела с добро звучене.

    На практика се оказа, че човешкото ухо не е така чувствително и трудно различава малки честотни разлики от няколко херца, каквато е разликата между последните два експеримента. Междувременно, намерих готови фазинверторни проходи с Ф=49 mm и L=105 mm, с което реших проблема с дизайна на самия отвор, който до сега зееше като дупка. Направих чрез изрязване на излишната дължина прохода и го монтирах в готовия отвор, но ето как изглежда този фабричен проход:


    Но, тук искам да отбележа, както в началото споменах, че НЧ БГ говорителите вероятно имат някои ограничения по отношение на възпроизвеждане на най-ниските честоти, около тяхната резонансна честота. Самия производител не гарантира стойността на резонансната им честота, която е Fs=40+/-10Hz. Затова се спрях на честота на прохода 45 Hz. Но за да бъда по-убедителен, моля прегледайте справката в т. 7 от литературата, където ще намерите решение на проблема - по-голям Qts означава по-голям обем. И така, получих очаквания резултат с българските говорители.

    На по-късен етап, се консултирах със специалисти от завода, които ме посъветваха да заменя говорителите с други български такива, според тях, с по-добри параметри за този обем. Като пример ми посочиха говорител ВКН10360-01 с импеданс Z=8 Om и резонансна честота Fs = 35 Hz.

    Но дали си струва отново още един разход в покупката на нови говорители? След като отново влязох на сайта на производителя, направих щателно сравнение на техническите параметри на няколко от нискочестотните говорители и, откровено казано, не намерих съществена разлика, която да ме накара да направя този разход. Естествено, това решение се потвърди като направих симулация за резонансна честота 35 Hz, която окончателно затвърди взетото решение.

    Но нищо не ми струваше да потърся най-доброто решение за българските говорители. Все пак, до скоро, те бяха в листата с най-добрите в Европа. Така започнах серия от симулации със същите говорители, но с различни параметри на самото озвучително тяло, като например с отворен и затворен обем, промяна на размерите, съответно обема му, промяна на честотата и размерите на фазоинвертора. Така получих изключителни резултати, които представям на вас, или на тези от вас, които биха искали да си направят тонколони с български говорители, а именно чрез увеличаване на обема до 150 литра, след това намиране на минималния обем, при който параметрите са приемливо добри, промяна на честотата на фазоинвертора. А ето и крайните резултати: обем на озвучителното тяло 80 литра, честота на фазоинвертора 45 Hz.

    Тук искам да отбележа, че не съм изработил практически тези тонколони по финансови причини, а и два комплекта са ми достатъчни. Но горещо препоръчвам ако някой тепърва започва такъв проект, да започне с тази симулация (на графиката с кафяв цвят), чиито резултати гарантирам:

    Няма да се впускам в излишни коментари, но само искам да спомена, че най-ниската честота е 40 Hz, повдигането на амплитудата е с 6 dB, а самата тя е с 12 Hz по-ниска честота - 58 Hz. Размерите на прохода на фазоинвертора за обем 80 литра са Ф=78 mm, L=13 mm, тоест равен с дебелината на плоскостта. И отново - погледнете т. 7 от литературата.

    Разбира се могат да се направят още много практически експерименти с наличните кутии за тонколони и говорители. Един от тях, който също лесно може да се осъществи е като съчетаем кутиите от 50 литра с говорител LW650. Симулацията показва още по-добри резултати. Също така искам да отбележа, че ако искате да получите отчетлив бас, чрез промяна на началните параметри на честотата на фазоинвертора може да го получите чрез по-остро повдигане на характеристиката, но ако искате той да бъде по-плътен това повдигане не трябва да бъде така остро, а да обхваща по-широк нискочестотен диапазон (характеристиката в зелен цвят). Но както казах по-горе, преди всичко зависи от субективното възприятие на човека и вашето собствено усещане. Но за да нямате такива "дилеми", най-лесно е да си купите фабрични озвучителни тела, чиито параметри са измерени в специални звукоизолирани лаборатории. А аз с такава не съм разполагал, освен спалнята.

    И така стигнахме до последният експеримент от моя аудио проект, а именно 30 литрови тонколони, изпълнени в кутии на стари български озвучителни тела ОТС, на които премахнах предния панел, закупих съответната плоскост с дебелина на материала d=12.5 mm, което ми позволи да изрежа нови отвори, съобразени с говорителите, които бях закупил, разбира се, специално за тази цел. Използвах останалия ми от оригиналното озвучително тяло дву-лентов разделителен филтър, с което спестих малко средства. В продължение на 7-8 години тези стари озвучителни тела свириха безпрекословно, независимо, че бях им "набутал" някакви си говорители, а звученето им ми харесваше.

    Но една от идеите на експериментите в тази статия беше да сравня практическите резултати с получените изчислени резултати с WinISD beta.

    За целта отворих старите тонколони и си записах марката и модела на говорителя, след което изминах същия път, както в описаните по-горе експерименти - тоест "посъветвах" се с Чичко Гугл, намерих техническите му параметри. Но ето няколко думи за този говорител. Естествено, следвайки линията която съм подел от минали години, той беше с импеданс Z = 8 om, Fs=40 Hz и диаметър 165 mm. Всъщност да не изпадам в прекалено дълго описание, ето модела му: ARN5688/8, посредством който намерих T-S параметрите от сайта на TVM Acoustics. Тъй като през годините това тяло беше със затворен обем, реших, като първа стъпка от чисто любопитство да "пусна" една симулация с този говорител при съществуващите параметри.

    И ето какво получих:

    Като се има предвид, че бях доволен от звученето на ОТС, започнах да си задавам въпроса има ли смисъл от излишен труд. И отговора сам дойде - от чисто любопитство, че защо не? Дай да видим, какво още може да се "издои" от това озвучително тяло. Нека да си припомним, че след като направих тонколоните с БГ кутии и БГ говорители, от чийто резултат останах доволен, все пак имах още един комплект говорители с доказано добри параметри и резултати от симулациите, а именно LW650.

    Но все пак за да се убедя, че фазоинвертора е един от най-добрите варианти за повдигане на характеристиката на озвучителните тела за най-ниските честоти, направих тази симулация за обем 30 литра с честота на прохода 40 Hz. Оказа се, че говорителите ARN5688/8 дават доста добри резултати за този обем. И така на следващата графика това може да се види, като графиката с жълт цвят е тялото със затворен обем, а със зелен и син цвят е за фазоинверторно тяло, съответно за 40Hz и 50Hz:

        Вижда се, че долната гранична честота е около 45-47 Hz, а 2 Hz дори и професионалист по никакъв начин няма да може да различи.
 

    Ако обърнете внимание на последната графика, ще видите очевадното - резултатът с говорител LW650 (сив цвят) е толкова драстично по-добър, че веднага ме накара да изоставя довършителните работи по преобразуването на тонколоните KENWOOD, да ги възстановя в оригинален вид и да започна серия от дърводелски дейности за изработката на нови лицеви панели за 30 литровите озвучителни тела ОТС за да монтирам говорителите. Разбира се трябваше да намеря подходящ проход. За целта се огледах по магазините за озвучителни тела и открих такива Ф = 46 mm и L = 47 mm, при което честотата на прохода се позиционира на 45 Hz, повдигането на 60 Hz, а долната гранична честота на възпроизвеждане е 40 Hz. (Тези данни могат да се проверят и с дадената по-горе номограма. Така се очерта, че през този летен сезон съм изработил два успешни проекта на тонколони.

    Горните три снимки отразяват различни експерименти с говорител ARN5688, със затворен и отворен обем, отвора, с който съм изпробвал проходи с различна дължина. Ще забележите, че съм използвал два типа високочестотни говорители, но накрая се отказах от говорителя на "Конрад", който имаше твърде металически звук.

    Отново искам да акцентирам на "заиграването" с честотата на фазоинвертора и отново да припомня, че тази честота трябва да се избере равна или много близка до резонансната честота на говорителя. Разбира се, в зависимост от резултата, който търсите, тя може да бъде и под и над резонансната. Но има една опасност - ако изберете честотата на прохода твърде по-висока (повече от 10 Hz) е възможно да се обърне фазата на 180 градуса и вместо повишаване на КПД на озвучителното тяло, ефекта ще бъде отрицателен (и практиката го доказва). За целите на симулациите аз съм залагал разлики до -5/+10 Hz.

    След като завърших експеримента с говорители ARN5688, реших че една малка крачка напред ще бъде да запретна ръкави и да продължа с говорителите LW650 за да усетя звука, чиято характеристика видяхме по-горе. Но за да не разглобявам всичко направено до тук, закупих талашитена плоскост и други високочестотни говорители ALDA AVD503 с честотна лента 2.5-20 kHz и Pe = 20 W. Така запазих честотата на среза на лентовия филтър, 3000 Hz. Като се има предвид, че получената характеристика с LW650 е много добра, реших да направя някои експерименти с честотата на прохода чрез промяна на неговата дължина. Така разбрах, че характеристиката е компромис между възпроизвеждане на най-ниска честота и изискваното повдигане на ниските честоти. Така се спрях на честота на прохода 45 Hz, която е много близка до резонансната и съответно проход с размери Ф=46 mm и L = 48 mm. Тоест, реших окончателно да спазя тези размери.

    С така закупената плоскост започнах отново дърводелски дейности за да изрежа необходимите за говорителите и прохода отвори. Първо свалих от оригинала рамерите на предния панел с точност до 1 mm, след което с вертикален трион (зеге) със сравнително ситни зъби, започнах оформлението на панела. Изрязох по предварително свалените размери двата лицеви панела, след което с вертикалния трион (зеге) започнах най-трудната част, а именно изрязването на кръглите отвори за говорителите и фазоинвертора, по горните рамери.

    Тук искам да отбележа, че за да не се нарани лицевата част на панела при тези дърводелски операции първо направих огледален чертеж, по който изрязването направих откъм гърба на плоскостите. Така запазих лицевата част невредима от одрасквания а ръбовете на кръглите отвори с идеален срез, без олющвания на гетинаксовото покритие.

    Но ето как извърших тези операции:

 

    И така вече получих двата предни панела, след което започнах монтирането им към кутиите. След като ги закрепих здраво с болтове, внимателно огледах на слънце да не би да има някакви пропуски или отвори, тъй като за да бъде обема на тялото еластичен, не трябва да пропуска въздух. Тогава пристъпих към окончателния монтаж на говорителите и фазоинверторания отвор/проход. Внимателно поставих и центрирах говорителите, след което с тънък писец отбелязах отворите за закрепване. За да не нараня плоскостта първо пробих отвори с тънка бургия от 2 mm и след това разширих отворите до необходимия диаметър.

 

    Закрепването извърших със самонарязващи винтове за дърво. Тук напомням, че бях купил готови проходи с различни размери, а специално за избрания от мене диаметър се наложи да скъся прохода на половина от 100 mm на 50 mm. Не си мислето, че в движение променям размерите, тъй като по-горе съм написал 48 mm. Е, много просто - не съм забравил че при рязането размерът ще намалее с дебелината на среза, равна на дебелината на листа на ножовката. Разбира се срязването е трудно, ръбовете са неравни, поради което се налага изчистване на мустаците и протъркване с нежна шкурка.

    И така стигнах до финала - опроводих говорителите свързвайки ги с лентовия филтър, а него с предварително монтираната на гърба на колоните (задния капак) букса. За да получа по-добро поглъщане на кратни трептения във всяка от кутиите и завихряния на въздуха в обема, пъхнах предварително изрязано парче дунапрен с дебелна 4-5 cm малко по-голямо от размерите на кутията, след което затворих задния капак, също много здраво и внимателно без пропуски, които да позволят преминаване на въздух и нарушаване на елестичността на вътрешния обем.

    Естествено, побързах да ги включа към усилвателя и изпробвам звука. Беше невероятно! Може да се каже, че за любителски условия успях да постигна много добри резултати.

    И за да не си помислите, че при всички тези горе описани експерименти съм разчитал само на слуха си, веднага искам да отбележа, че всеки един съм изпробвал с осцилоскоп, като съм замервал амплитудите за целия честотен диапазон на човешкото възприятие 20-20,000 Hz. (Надявам се, знаете какво означава "октава").

    Разбира се, аз не разполагам със специализирано оборудване и шумоизолирана лаборатория, поради което измерването с двулъчев осцилоскоп беше най-евтиния и все пак точен начин за потвърждаване (или отхвърляне) на постигнатите резултати. Чрез опростената схема по-долу, ви представям един от "любителските" начини за измерване на амплитудата на изхода на говорителите, който няма да описвам, тъй като се предполага, че доста от вас са работили с осцилоскоп. А ако на изходите добавите и активен миливолтметър, ще можете да измерите нивата съвсем точно. Но човешкото възприятие е толкова субективно и неточно, че това просто не си заслужава труда и загубеното време.

    Ето някои от високочестотните говорители, използвани в горните експерименти, по реда на показването ARV078-08, ОДТ19-608, HT-2M, AVD-503:

 


    В процеса на работата докато издирвах на пазара подходящи високочестотни говорители, научих някои полезни съвети за тях, а именно, че с най-добро звучене от динамичните говорители са тези с копринена мембрана. Разбира се, те са и доста по-скъпи. Но избора си е персонален.

    След като казах няколко думи за високочестотните говорители, е редно да спомена и нещо за нискочестотните. За да не изпадам в големи подробности, а и който е следил написаното до тук, би се ориентирал по-лесно, прилагам таблица с параметри на използваните такива от мене:

    В тази таблица ще забележите два еднотипни говорителя LW650, но произведени от различни фирми. Ако се вгледате в T-S параметрите, ще забележите, уж, малки разлики, но се оказват съществени, ако с тях трябва да конструирате озвучително тяло с обем 30 литра. Сега ще ви покажа една и съща симулация с тях. Кутията е българската с вътрешен обем 50 литра, избраната честота на фазоинверторния проход 40 Hz. С жълт цвят е графиката за говорител RDM, а със зелен - FONICS. Оставям на вас да откриете разликите:

    А сега няколко думи за резултатите от трите експеримента.

    Първият опит за подобряване на качеството на звучене на фабричните тонколони KENWOOD се оказа неуспешен. Обемът от 17.5 литра изобщо не удовлетворява поставените предварителни условия, въпреки постигнатото повдигане на нискочестотната част от характеристиката. Това напълно съответства на извод No.1 в края на статията. Тоест, оказа се, че за този малък обем производителят е успял да намери най-доброто и евтино решение.

    Вторият опит с готови български тонколони с обем 50 литра и български говорители беше успешен и както споменах по-горе, с тях получих желания резултат, като тук извод No.2 по-долу се оказа изключително условие. Симулацията с кутия с обем 80 литра го доказва, но не съм правил на практика такива колони по финансови съображения.

    Третият опит с 30 литрови колони и говорител, съобразен за този обем също беше успешен, а полученият резултат е много добро звучене. Тук сравнението беше както с предишните два експеримента, така и с двата типа говорители, с които изработих за този обем две различни озвучителни тела - с ARN5688 и LW650. Последният, всъщност се оказа окончателен и с прекрасен резултат, както на слух, така и измерен с осцилоскоп.

    И така, доволен от получените резултати, вече си имам два комплекта тонколони, които съм разположил в две от стаите и не е нужно да ги местя ту в едната, ту в другата.

    Измерванията с осцилоскоп не са съвсем точни. Но не разполагам нито с микрофон с идеална линейна характеристика, нито с шумозаглушена стая. Но тук искам да добавя, че и това измерване на амплитудата има своята приемлива стойност. Бих искимание, че аз съм измервал напрежения, а не мощности. За да получа подходящото сравнение съм имал предвид измервнето в мерна единица децибел, при което например спад на звуковото налягане (мощността) с -3 dB се отразява на измереното ниво като спад с -6 dB, тоест два пъти.

    Някои обобщения и изводи от направените три експеримента:

    1. Не може да се постигне ниска долна гранична честота на възпроизвеждане с малък обем на озвучителното тяло, особено ако е затворено. Тоест за всеки обем на озвучително тяло трябва да се търси говорител с подходящи параметри. (Вижте литературата в края).

    2. Между еквивалентния обем на говорителя Vas и обема на озвучителното тяло Vb има пряка правопропорционална зависимост. По-голям Vas изисква равен или по-голям Vb. Или при еднакви други параметри два пъти по-голям Vas изисква два пъти по-голям обем на озвучителното тяло Vb. (Вижте т.7 от литературата в края).

    3. По-голям качествен фактор на системата Qts предизвиква по-голямо повдигане на характеристиката за най-ниските честоти. Qts > 0.5 изисква кутия със затворен обем.

    4. По-голям качествен фактор на системата Qts изисква по-голям обем на кутията Vb.

    5. При запазване на диаметъра на прохода на фазоинвертора, честотата му се намалява при увеличаване на дължината.

    6. Търсенето на повдигане на ниските честоти чрез фазоинвертор, трябва да бъде съобразено с Fs и Vas на говорителя и не трябва да се превръща в самоцел. Трябва да се акцентира и върху най-ниската възможна честота на възпроизвеждане, които позволяват обема на кутията и параметрите на говорителя.

    7. Избраната честота на фазоинвертора трябва да бъде равна на резонансната на говорителя или да се различава съвсем малко. Препоръка - задавайте честота на фазоинвертора, равна или най-много +/- 2-3 Hz.


    На края, искам да отбележа, че при практическата изработка се съобразих с горните правила (изводи т.6 и 7) и направих проходите за фазоинверторите на 30 и 50 литровите колони за честота 42 Hz. Но ето и последната графика на вече реално завършените тонколони:

    И преди да завърша тази статия, пак бих искал да подчертая, че това са любителски изпълнения. Сложността на промишлените тонколони е в основата за тяхното качество. Не е просто една кутия. Най-често кутията е секционирана по обеми, изчислена по съпротивление на обема (въздуха). Такива кутии могат да се изработят и при любителски условия, ноооо с много пари. Но все пак за тези, които се интересуват, препоръчвам да проследят в интернет практическото изпълнение на колони VISATON. И пак повтарям, акустиката е един огромен раздел на електрониката, в който малко хора са станали специалисти, малко производители са станали номер едно на пазара. Не е "просто и чисто" да "набуташ" няколко високоговорителя в една кутия и тя да запее.

    Горещо препоръчвам литературата по-долу. Разбира се, тя не е единствена на тази тема и в интернет могат да се намерят и други практически източници.

        Литература:

        1. Расчет громкоговорителей, М. Ефрусси, журнал "Радио" бр. 3 и 4, 1977 г.
        2. Двулентово озвучително тяло, А. Стоянова, сп. "Радио, Телевизия, Електроника", кн.5/1978 г.
        3. Малогабаритно озвучително тяло, Б. Нинов, сп. "Радио, Телевизия, Електроника", кн.9/1978 г.
        4. Практическо изчисляване на електрически разделителни филтри за двулентово озвучително тяло, сп. "Радио, Телевизия, Електроника", кн.6/1979 г.
        5. Високоговорители и озвучителни тела, Д. Попянев, 1980 г.
        6. Конструиране на озвучителни тела, Д. Попянев, 1984 г.
        7. Практическо изчисляване на електрически разделителни филтри от втори ред за трилентови озвучителни тела, Димитър Попянев, сп. "Радио, Телевизия, Електроника", кн.10/1982 г.
        8. Номограма за определяне стойностите на елементите от разделителните филтри за тонколони, Б. Цолев, сп. "Радио, Телевизия, Електроника", кн.12/1973 г.
        9. Озвучителни тела, инж. Стойчо Христев, 1998 г.
        10. Как да разбираме T-S параметрите: http://www.eminence.com/support/understanding-loudspeaker-data/
        11. Как да си изберем говорител: http://www.loudspeakersplus.com/choosing_the_correct_speaker.html
        12. LR Passive Filters, http://sound.westhost.com/lr-passive.htm
        13. 2-Way Crossover Designer/Calculator: http://www.diyaudioandvideo.com/Calculator/XOver/
        14. Speaker Crossover Calculators: http://www.v-cap.com/speaker-crossover-calculator.php
        15. Passive Crossover Designer 7, Free: http://audio.claub.net/software/jbabgy/PCD.html


    Параметри на някои говорители, които се продават в България, може да се намерят тук:

        1. http://megavoice.bg
        2. www.vissokogovoriteli.bg
        3. http://fonics.shoper.pl
        4. http://www.tvm-valmez.cz

    Този материал посвещавам на един от моите най-уважавани преподаватели, в памет на създателя на българския високоговорител и основател на Завода за високоговорители в Благоевград проф. Иван. Вълчев, наричан с уважение - Българският Акустик.

    Моля, обърнете внимание на книгите на к.т.н. Д. Попянев, един от корифеите на акустиката у нас.

    Моля, прочетете "ПРЕГЛЕД НА БЪЛГАРСКАТА ЕЛЕКТРОНИКА - 2006г. автор Добромир Дяков".

    Оригинална статия [doc-zip][5,1mb]

Валери Терзиев
13 март 2014 година