KN34PC - Домашно озвучаване с тонколони

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 недостатъчно 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 Ohm. 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 недостатъчно 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 недостатъчно 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 - кебапчета. 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 Ohm, 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 басрефлекторна 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 характеристика. 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 характеристиката 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 резултатът 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 Ohm, 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:

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 Ohm, Fs = 40Hz и ефективна електрическа мощност Pe = 40W, за който търговецът беше публикувал най-необходимите T-S параметри.

Ето резултата от симулацията:

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 басрефлекторни 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 Ohm, докато аз вече бях закупил говорители с импеданс Z = 8 Ohm. 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:

За високочестотен говорител избрах модела ARV-078-00/8 на TVM Acoustics със следните параметри: Pe = 20W, Z = 8 Ohm, 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 Ohm 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 Ohm, 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.

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 измерването 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.

Бих искал с това продължение на темата за двулентовите озвучителни тела да споделя още малко опит, натрупан в процеса на първичната реализация, а след това и в модификацията на готовите тела.

Тази идея ми подсказа администратора на сайта, тъй като беше забелязал сините електролитни неполярни кондензатори на използвания двулентов филтър от втори ред SPB1211. Аз отделих в основната статия специално място на този филтър, който закупих от пазара за резервни части.

Сините кондензатори са електролитни и са китайско производство – не може да им се има вяра. Както се казва, аз промених много нещица в движение, включително подмених кондензаторите, разбира се като спазвам изчислените стойности на L-C групите.

На следващата снимка показвам оригиналния филтър на оригинално закупените български двулентови озавучителни тела модел ОТС1-01. Те бяха с импеданс Z = 4 Ohm. Всъщност точно тях реших да "ъпгрейдна" преди няколко години, каато естествено запазих оригиналните филтри. В книгите на д.т.н. инж. Д. Попянев може да намерите подробности за тези тела, техническите им характеристики и стойностите на кондензаторите и индуктивностите на филтрите.

Но ето как изглеждат те:

Но нека първо да припомня схемите и стойностите по тях на няколко двулентови филтъра от втори ред, които ми попаднаха по време на осъществяване на проекта.

А ето и принципната схема на този двулентов филтър със стойностите на елементите:

Това, обаче, беше в началото.

След което реших да потърся готови филтри, които да удовлетворяват първоначалните условия и така попаднах на такъв, продаван от www.steadygroup.bg. Но моята беше създаване на бюджетно озвучително тяло, тоест такова което всеки може да си позволи, поради което потърсих по-евтини варианти. Такъв се оказа двулентовия филтър, китайско производство SPB1211, но за съжаление с импеданс Z = 4 Ohm, което наложи неговата преработка към импеданс Z = 8 Ohm, както описах в първата част. След преработката му, той придоби стойности на елементите на схемата, които може да видите по-долу, като припомням С2 замествах със стойност 4.7 uF или паралелна комбинация от кондензатори:

Тази схема много се доближава до схемата на двулентовия филтър от втори ред на българските озвучителни тела "Бета" с импеданс 8 Ohm, подробности за които може да намерите в литературата посочена на края на статията.
А ето и схемата им:

Стойностите на елементите в последните две схеми са почти еднакви, тъй като честотите на среза им са близки. Именно при промяната на тези стойности в моя проект съм се ръководил от последната схема. Е, разбира се, и с няколко часа изчисления, за да нагодя наличните индуктивности с подходящи кондензатори за новоизбраната честота на среза 3000 Hz.

За сравнение, ето и схемата на двулентов филтър на известната фирма за производство на висококачествени високоговорители и оборудване Visaton:

Бих искал да отбележа, че изчисленията са обемни и трудни поради което аз съм се придържал към вече известни схемни решения и стойности. Освен това в сайтовете, които съм посочил накрая може да намерите много подробности като например, че в зависимост от това какъв тип линейност на характеристиката изискваме, тоест по ниво или по фаза, съществуват различни методики на изчисление на филтрите. Тези от вас, които са учили в бившия ВМЕИ (сега Технически университет) със сигурност помнят страници след страници математическо извеждане на полинома на Чебишев, Беселовите функции и изчисленията на Бътърурд! Е, тези формули се прилагат и в акустиката. Но ние не сме математици и ползваме техния труд чрез различни вече разработени за целта on-line калкулатори и таблици, като например:

А сега няколко думи и за качеството на кондензаторите, които трябва да се използват. Преди всичко те трябва да бъдат неполярни. Ако не можете да намерите такива, бихте могли чрез последователно свързване да си направите неполярни от обикновени полярни електролитни кондензатори. Но аз препоръчвам по-специално внимание. Не е достатъчно да удовлетворим изискването за пробивно напрежение. Всички знаем формулата за мощността:

P = I . U или P = U²/ Rt или P = I² . R

Тоест, трябва да обърнем внимание на тока, който ще протече през тях, а за мощност около 50-70W върху товар 8 ома, стойността на тока според горните формули е приблизително 2.5А. Но за товар 4 ома този ток е съществен ~ 4А. Ясно е, че едно кондензаторче с диаметър 3.25 мм много бързо ще "гръмне"! За да не се случи това, аз горещо препоръчвам реализацията да бъде със специализирани кондензатори за audio или неполярни и неелектролитни кондензатори каквито са MKT, MKS/FKS, руски МБГП-2/МГБО-2 в метален корпус, ако успеете да намерите. Ето какви съм използвал аз в моите озвучителни тела:

А на следващата снимка са кондензаторите, с които е изграден двулентовия филтър на ОТС1-01:

Който е прочел моята статия с описани разработки на двулентови озвучителни тела, вероятно си спомня, че бях подметнал, че след завършване на този проект следващата по-простичка и лека стъпка е изработването на трилентово озвучително тяло на базата на същите български тетевенски кутии с вътрешен обем от 50 литра.

Отново искам да отбележа, че тази разработка е продължение на любителските експерименти от изминалото лято, които нямат претенции за "научен" подход. Трилентовите колони са естествено продължение на този проект. Всъщност към всичко описано и изработено остава да добавим средночестотен говорител с подходящи параметри и да заменим двулентовия филтър с трилентов.

Няма да се спирам на подробности, описани в статията "Двулентово озвучително тяло", а само ще припомня крайните резултати, а именно: тонколони с български говорители от фазоинверторен тип, обем 50 литра, честота на прохода 42 Hz, диаметър Ф = 46 мм, дължина L = 20 мм. Моля имайте предвид, че спазването на размерите на прохода е трудно, затова следва да се изреже с 1-2 мм по-голяма дължина и да се скъси чрез протъркване (припилване) върху лист шкурка. Разлика в честотата на прохода от 2-3 Hz води до големи разлики в размерите от 2-10 мм., което налага точност при изработката му.

Със следващата графика искам да припомня резултата при сравнението на тонколони със затворен и отворен обем:


затворен обем		отворен обем

Вижда се, че на ниво -3 dB честотната характеристика за озвучително тяло със затворен обем започва от 48 Hz, а с отворен обем от 38 Hz. Това е едното предимство на тялото с отворен обем, а второто е повдигането на честотната характеристика за най-ниските честоти, което предлага един добре звучащ бас. Но вече е време да спомена и един основен недостатък на озвучителното тяло с отворен обем, а именно големия механичен ход на мембраната на басовия говорител поради липса на съпротивление на въздуха в обема, което може да доведе до скъсването й при неправилно избрани параметри на говорителя или големи мощности, докато затворения обем предлага достатъчно съпротивление на въздушния обем, което рязко намалява опасността от повредата му. Недостатъка на тялото със затворен обем се крие в необходимостта от по-голяма мощност която трябва да бъде приложена върху говорителя за да получим същия ефект на звучене. Разбира се, има и други предимства и недостатъци, но ние не сме професионалисти, които разполагат със съответните лаборатории за да ги установим. Препоръчвам на тези които се интересуват да прочетат повече за "еластичност на средата" в обема.

След тази предварителна "увертюра" започвам описанието по същество. Както и в предишния материал, трябва да определим необходимите говорители, спрямо честотите на среза на разделителния лентов филтър. Първо се "порових" из интернет магазините, от където закупих такъв филтър от втори ред модел SPB1202, със стръмност 12 dB/oct и честоти на среза 800 Hz и 5 kHz. Като се има предвид, че целта беше само да "ъпгрейдвам" съществуващите 50 литрови двулентови тонколони, първо проверих честотния обхват на възпроизвеждане на съществуващите говорители: басов говорител 40-4000 Hz и високочестотен 3000-20000 Hz. Очевидно е, че и двата попадат в честотните диапазони на избрания трилентов разделителен филтър.

Остана за решаване средночестотния говорител. Но тук искам да припомня, че кутиите на българските тонколони имаха предварително изрязани отвори за говорители, един от който е за средночестотен с диаметър Ф = 100 мм. Това условие веднага ограничи избора на този говорител. Отново се наложи да изпълня същите действия както в началото на лятото, тоест да потърся подходящи български говорители, тъй като този проект до тук беше изпълнен само с български и едва тогава да търся вносни. Отново се наложи да отида до колегите разбирачи – търговци с една линийка за да "сваля" истинските вътрешни размери на избрания говорител. Но всъщност той беше ВКС 0434. За резервен вариант определих полския говорител на DIBEISI G4001. Честотния диапазон на възпроизвеждане на българските говорители е 1000-8000 Hz, а на полския 800-10000 Hz. Но след като посетих магазина на колегите техничари, се оказа, че резервният вариант стана основен – тоест избрах говорителя DIBEISI G4001. А ето как изглежда самият говорител:

Следващата стъпка беше да премахна капаците, с които бях покрил излишните отвори, след което демонтирах басовия високоговорител, под който във вътрешността на кутията беше монтиран двулентовия разделител филтър, а на негово място монтирах споменатия по-горе трилентов разделителен филтър SPB1202. Естествено, свързах трите говорителя като внимавах при спазването на полярността им за да получа на изхода синфазен сигнал. След това монтирах всички останали части отново, с което кутията се затвори и се приготвих за слушане, включих тонколоните към усилвателя иииии..... като пуснах същия музикален диск останах изненадан, че няма никаква разлика между варианта двулентови и варианта трилентови колони. Това беше голямата изненада. И разбира се, че случилото се трябваше да бъде предвидено – ухото не е селективен чувствителен орган и естествено не усети разлика в звученето. Но и със сигурност това доказва, че проекта "Двулентово озвучително тяло" се е оказал успешен.

На следващите снимки може да видите (от ляво на дясно) етапите на преработката и преминаване на конструкцията от двулентово към трилентово озвучително тяло:

След двата успешни експеримента, описани в статиите "Двулентово озвучително тяло" и "Трилентово озвучително тяло", опитът набран в практическото реализиране на озвучителни тела премина в друг стадий - а именно, построяване на озвучително тяло чрез спазване на изискванията в акустиката. Все пак, озвучителното тяло трябва да бъде бюджетно за да може всеки да си го позволи, а като цяло, този проект ще позволи на маниаците чрез по-скъпи и по-качествени материали да реализират още по-добър, но скъп проект на озвучителни тела.

Такива изисквания са например: правилно съчетаване на обема на тялото с препоръчителния обем на говорителите, избора на съответната резонансна честота, както и избор на такъв говорител, чиито основни T/S параметри като резонансна честота Fs, качествени показатели Qts, Qms, Qes, звуково налягане SPL и мощност Peff удовлетворяват изискванията на поставените цели.

Естествено, първата задача беше да намеря говорители, които се продават на нашия пазар и за които има технически параметри, освен тривиалните - мощност и импеданс. Това се оказа трудна задача, защото очевидно търговците в България продават каквото им падне, само да има "алъш-вериш". Но след като положих доста труд, успях да изнамеря доста модели говорители с обявени параметри, включително в чужди сайтове. В следващата таблица може да намерите параметрите на някои от тях, други може да потърсите сами.

С всеки един от посочените в таблицата високоговорители направих съответната симулация със свободната програма WinIsd за да потърся онези от тях, които биха дали най-доброто от себе си за да построя подходящи озвучителни тела. В тази таблица няма да намерите говорителите на Visaton, но повечето оттях са заложени в програмата. С повечето от тях, които се продават на пазара, симулациите показват една прекрасна амплитудночестотна характерситика, достатъчно линейна до най-ниските честоти. Но аз не съм маниак и не мога да жертвам 300-500 лева само за един говорител. Точно поради тази причина започнах да търся алтернативни говорители, които да бъдат на ниски цени и да удовлетворяват поставените изисквания. Може би най-приемлив от тази марка е моделът W200S/8 Ohm, ако все пак някой иска да плати над 100 лева за един брой.

Въпреки дадените параметри, се наложи да ги проверя, като използвах формулата, обвързваща Qts, Qms и Qes:

1/Qts = 1/Qms + 1/Qes

Но за да избегна ненужните изчисления, използвах готови калкулатори от интернет, какъвто има на сайта: http://www.bcae1.com/spboxad2.htm. Така установих, че от българските говорители единствено моделът ВКН1134 има малка разлика, тоест вместо Qts = 0.56, стойността е Qts = 0.51. След като направих симулация с двете стойности на Qts, се оказа, че разликата е пренебрежимо малка. Ето условията по заданието, с които съм се съобразявал при избора на съответните параметри:

1. От особена важност са геометричните размери на озвучителното тяло и съответстващи обем. Геометричните размери са необходими за да определим дизайна и как тези тела, с тези размери ще паснат на интериора например в нашия хол. Да не са твърде малки, за да губят от качественото възпроизвеждане на най-ниските честоти (баса), да не са съвсем големи, за да пречат на вътрешното обзавеждане и да се "набиват" в очите като прекомерно голяма мебел, която в даден момент става излишна.

2. Да получим възможно най-ниска честота на възпроизвеждане с подходящия обем кутия. Това зависи изцяло от типа на говорителя. Тъй като аз съм направил много симулации преди да направя своя избор, оставям на вас да минете по същия път за да изберете своя говорител, съответстващ на вашето разбиране за "бас каса" и възпроизвеждане на ниски честоти.

3. Казаното по-горе е в пряка връзка с избора на амплитудно-честотна характеристика. Истинската характеристика, така както пише в "дебелите" книги, трябва да бъде максимално линейна. Но в предходните две статии, аз показах как заиграването с някои параметри на говорителите, може да доведе до повдигане на АЧХ към най-ниските честоти, които слухът би възприел като подчертаване на ниските честоти. При озвучително тяло с отворен обем (басрефлектор) и неправилно избран говорител, този избор е опасен, тъй като липсата на достатъчна еластичност/съпротивление на въздушния обем, може да доведе до постигане на голям ход на буталото и скъсване на шпулата от мембраната. Затова при подобен избор трябва да се използват говорители с по-голям SPL и ефективна мощност. Тук искам да отбележа - не се заблуждавайте по мощностите, които търговците публикуват - в повечето случаи тези цифри са музикална мощност, която е до два пъти над ефективната. Търсете като параметър ефективната синусоидална електрическа мощност.

4. Изборът на говорителите е в зависимост, включително, от техните честотни характеристики и честотите на среза на избрания трилентов филтър от втори ред със стръмност на среза 12 dB/oct.

5. При горния избор трябва да се съобразим с нивото на излъчване SPL, което трябва да е почти еднакво.

6. За получаване на по-равномерна характеристика, елиминиране на кратните честотни отражения в кутията се налага обличането на вътрешната част със звукоизолационна материя, например дунапрен, вата, полиуретанова пирамида или друг звукоизолиращ материал.

7. И като последно изискване, което си бях наложил, беше изискването да използвам български високоговрители. Все пак, през годините те се бяха наложили като едни от най-добрите в Европа. Разбира се, не съм зачеркнал и други говорители, които се продават на пазара. Ако трябва да бъда честен, започнах симулациите си с тях, което е видно от порядъка им, посочен в горната таблица.

Разбира се, последното изискване дойде в процеса на работата по озвучителните тела. Но, както споменах по-горе, направих десетки симулации с различни говорители и тела със затворен и отворен обем, докато стигнах до крайния вариант. Тук искам да отбележа, че избора на нискочестотен говорител има двояко значение. Ако искате да направите двулентово озвучително тяло в същата кутия, която съм изчислил, то честотната му лента трябва да прехвърля честотата на среза на двулентовия филтър и високочестотния говорител трябва да бъде с най-ниска честота на възпроизвеждане съответно под нея. Такъв добър избор са говорителите LW800, LW1000, STX10.2.150, STX12-2 и българските ВКН1134 и ВКН10360. Посочвам тези говорители, защото се намират на пазара. Но ето симулация с първите два от тях на озвучително тяло 70 литра с отворен обем:

Графиката със зелен цвят е за говорител LW800, а в жълт - LW1000. Тези графики са нормирани. Ако обаче погледнем същите графики спрямо звуковото налягане SPL, определно ще изберем говорителя LW1000. Нивото е с 6 dB по-високо, а това означава, че с по-малка мощност ще постигнем по-силно излъчване на най-ниските честоти.

Ето и още едно сравнение - между полския STX10.2.150 и българския ВКН10360:

Очевидно е, че няма практическа разлика, която да е толкова забележима, че да избера полския високоговорител, който е и значително по-скъп от българския. Така че, аз на ваше място бих избрал българския високоговорител, дори само заради факта, че е българско производство, което по този начин ще го стимулирам.

Но все пак, искам да отбележа, че този проект беше задвижен от идеята да се изберат говорители и съответстващия им обем озвучително тяло, чиито параметри взаимно да се допълват и отговарят по параметри чрез поредица от симулации, които предварително съм направил за да попадна на точния говорител с подходящото по параметри тяло. Последната симулация показва един от добрите избори.

Аз няма да се спирам на десетината други симулации. Искам да подчертая, че именно чрез тях стигнах до убеждението да използвам само български говорители, а не смесица от най-различни марки за ниски, средни и високи честоти.

Накрая се спрях на следната комбинация от високоговорители, които удовлетворяват предварително поставените условия, а симулациите показват, че тяло със затворен обем 70 литра постига добри характеристики:

1. Нискочестотен говорител ВКН12412, 8 ома, 25-4000 Hz, SPL = 91 db, заменя се с STX12.2.150

2. Средночестотен говорител ВКС0933, 8 ома, 500-5000 Hz, SPL = 86 dB, заменя се с ВКС1831/1832, DBS-G5001

3. Високочестотен говорител ОДТ19-508, 8 ома, 3000-20000 Hz, SPL = 86 dB, заменя се с AVD-502/503, ARV-078-08

Всеки един от посочените говорители би могъл да се замени с подобен, но при условие, че е с подобни T/S параметри. Например, двата български нискочестотни говорителя ВКН12311 и ВКН12312 изглеждат еднакви, но чрез симулацията се вижда разлика в характеристиката:

ВКН12312 / ВКН12311 / STX12.2.150

Характеристиката в жълт цвят е за ВКН12312, а в зелен - ВКН12311. Веднага се забелязва, че ВКН12312 има по-добри нискочестотни свойства, като на ниво -3 dB разликата спрямо ВКН12311 е почти 8 Hz в полза на първия. Тоест със сигурност може да очакваме, че с говорител ВКН12312 ще получим по-добро възпроизвеждане на ниските честоти. Но другата трудност е, че не се намира лесно на пазара, поради което се налага да се правят компромиси, като се замести с друг български говорител, който се намира по-лесно. Най-близък заместител чуждо производство за този затворен обем се явява, обаче, полския говорител STX12.2.150 (GDN 12-2-150), графиката със син цвят. Като се има в предвид, че тези говорители са с честотни характеристики 30-4000 Hz, всеки може да се досети, че с тях в комбинация с високочестотния високоговорител ОДТ19-508 може да се изгради двулентово озвучително тяло, което е по-лесно за изпълнение. Именно това беше и моето "междинно стъпало" в подготовката и изработването на трилентово озвучително тяло. Искам да отбележа, че мощността на озвучителното тяло основно се определя от мощността на нискочестотния говорител и в комбинацията му с подходящи средно- и високо- честотни говорители. Така че моето изискване, беше да постигна синусоидална мощност на озвучителното тяло около 50-60 W, която както е известно, като музикална надхвърля 80-100 W.

Аз, обаче, успях да си намеря българските високоговорители ВКН12312 и продължих проекта с тях, без да се наложи да използвам полския говорител TONSIL STX12.2.150.

Тук искам да отбележа, без да коментирам повече, че избрания трилентов филтър е от втори ред модел SPB1202, със стръмност 12 dB/oct и честоти на среза 800 Hz и 5 kHz. Тоест, същият както в предишния проект. Той удовлетворява първоначалните изисквания. Ако някой иска да се презапаси в честотно отношение, би могъл да намали честотата на среза на ВЧ филтъра с 10% като увеличи стойността на кондензатора от 3.3 uF на 3.6 uF или смени модела на говорителя с друг подходящ по мощност, импеданс и честотен обхват. Разбира се, че може да се използват и други трилентови филтри, намиращи се на пазара, които отговарят на честотите на среза и избрания импеданс Z = 8 Ohm, включително много скъпи, а изборът зависи от вас. Но моята цел, все пак, е бюджетно озвучително тяло, а това означава приемливи компромиси.

След като успях да реша избора на подходящи говорители и филтър, преминах към следващата стъпка - изработване на дървената кутия с обем 70 литра. Първо изчислих обема спрямо вътрешните размери, за да е сигурно, че с каквато и дебелина на материала да се направи, то обемът ще се запази. Намерих фирма за производство на мебели и поръчах кутията, а за материал, те избраха МДФ (MDF) 12 mm. На маниаците препоръчвам 16 мм, за да са сигурни, че стените няма да вибрират при големи мощности. За да реша изискването за звукоизолация, трябваше вътрешната повърхност на кутиите да бъде покрита с вата, но направих компромис, за да постигна целта си за построяване на бюджетно озвучително тяло и закупих 2 кв.м. дунапрен 2000х1000х5 мм., с който след монтажа на говорителите облепих вътрешните й повърхности.

Подредих високоговорителите на предния панел, оразмерих и отбелязах геометричното им разположение и с вертикален трион (зеге) изрязах отвори, в които те трябва да се поместят. А поради по-голямото им тегло закрепването не извърших със самонарязващи винтове, а с болтове. Не оставайте с впечатление, че съм направил кутията и после съм напасвал говорителите - не. Предварително, след като ми бяха известни резултатите от симулациите, подбрах геометричните размери на кутията спрямо геометричните размери на най-големия говорител ВКН12312 (Ф = 312 мм) или STX12 (Ф = 317 мм).

Вътрешните размери са: Ш = 336 мм, Д=276 мм, В = 756 мм., чийто обем е точно 70,1 литра. Реалният ефективен обем е около 69 литра, тоест изключен е обема, зает от вградената част на говорителите и филтъра.
Но ето как изглеждат озвучителните тела в процеса на изработката:

А на следващата снимка е пълният комплект в "работно" състояние. Не забравяйте, че вътрешните повърхности трябва да се облепят със звукопоглъщаща материя, от които най-евтината е дунапрен. Аз силно препоръчвам използването на вата, която е с най-добри и доказани свойства. В моите озвучителни теля стените са облепени с дунапрен, а обема е запълнен с вата. Звукът е страхотен!

В изложението не съм дал симулациите и сравнението на озвучително тяло със затворен и отворен обем. Но за тези, които искат да експериментират със значително по-плътен и тежък бас, което нискочестотените високоговорители позволяват, препоръчвам за обем от 70 литра, Fb = 32 Hz, при което прохода е с Ф = 68 мм. и L = 99 мм. и се намира на пазара. При тези параметри, повдигането е с 6 dB на честота 55 Hz. За да не нарушавам дизайна на предната плоча, аз ще поставя басрефлектора на задната повърхност срещу средночестотния високоговорител. Напомням, че басрефлекторния отвор, освен, че трябва да има определени размери, трябва да бъде на минимално отстояние както от басовия говорител, както и края на прохода спрямо стената към която е насочен. Също така високочестотните говорители са с външен монтаж, тоест не са поместени в отвори, което ми позволи да експериментирам и с други марки и модели. На снимката по-горе озвучителните тела са без басрефлектор. Изпълнението остана за по-късен етап, а мястото е на задния капак (така както е показана на последната снимка от конструкцията по-горе) което ми позволи да мога да поставя капак върху отвора и по този начин да си осигуря възможността да имам това озвучително тяло както със затворен, така и с отворен обем.

С няколко думи, с тези говорители и избрания за тях обем на озвучителното тяло, получих честотна характеристика 32 Hz - 20 kHz, определена от най-ниската и най-високата честота на ниско- и високочестотния говорители.

След завършване на проекта, се оказа, че високочестотния говорител ОДТ19-508 работи добре до около 20 вата мощност, а при по-високи мощности силното звуково налягане от нискочестотния говорител издухва въздух през него. Това наложи замяната му с напълно капсулован високочестотен говорител, какъвто е българският ВВ108-01, също с импеданс Z = 8 Ohm. Той работи и при по-облекчен режим, тъй като е с номинална мощност 60W.

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, прочетете и "Преглед на българската електроника", 2006 г., автор Добромир Дяков.

Ориг. статии: част I [doc-zip][665kb], част II [doc-zip][1,4mb], част II, прод. [doc-zip][5,1mb]

Валери Терзиев
13 март 2014 година, доп. 13 март 2014 година, 14 март 2014 година,
доп. 28 март 2014 година, доп. 20 февруари 2022 година