- Разработка схемы
- Пошаговая инструкция последовательного подключения
- Что такое «подзвучка» («rear fill») и как эффективно ее использовать ?
- Многополосные акустические системы.
- Как сгладить амплитудно-частотную характеристику системы?
- Виды компонентной акустики
- Схемы коммутации двух сабвуферов к усилителю
- Два динамика с двумя катушками 4+4 Ома
- Два динамика с двумя катушками 2+2 Ома
- Два динамика с двумя катушками 1+1 Ом
- Схема параллельного подключения
- Схема параллельно-последовательного подключения
- Какие усилители в какое сопротивление можно подключать
- Двухполосный фронт и сабвуфер
- Soloфикация
- Акустическая система «по Чебышеву» (на сдвоенных динамиках)
- P=I 2 R 1 +I 2 R 2
- Параллельное соединение.
- Параллельное соединение динамиков
- Как самостоятельно изготовить пассивные разделительные фильтры?
- Последовательное, параллельное и смешанное соединение динамиков
- Соединение динамиков. Пример.
- Последовательное соединение динамиков.
- Параллельное соединение динамиков.
- Устройство акустики
Разработка схемы
Схема подключения зависит от количества входов усилителя, расположения и мощности колонок, наличия или отсутствия сабвуфера.
Усилители мощности бывают:
- двухканальный, рассчитанный на подключение только пары динамиков;
- четырех-, используется для подключения двух колонок и сабвуфера или четырех (есть еще схема последовательного подключения четырех частей и сабвуфера);
- шести-, используется для стандартного подключения четырех частей и сабвуфера.
Также важно учитывать номинальную мощность (Вт, Вт) и сопротивление всего подключаемого оборудования (Ом). Их можно найти либо на этикетках устройств, либо в технической документации. Суммарное сопротивление соединения не должно превышать максимально допустимую скорость.
Существует три способа подключения динамиков к усилителю.
- Последовательный — однотипные колонки поочередно подключаются друг к другу, а затем к устройству.
- Параллельные — выполняются полярным подключением непосредственно к выходам устройства, при этом их сопротивление и мощность могут различаться.
- Последовательно-параллельный – используется в тех случаях, когда необходимо подключить два динамика с одинаковым сопротивлением и несколько с разными параметрами.
Пошаговая инструкция последовательного подключения
В этом варианте сопротивления суммируются и рассчитываются по формуле:
Р = Р1 + Р2,
где R — общее,
R1 — первый динамик,
R2 — второй динамик.
При этом R1 должен быть равен R2, иначе акустическая система будет быстро изнашиваться, а ожидаемые звуковые эффекты не оправдают ожиданий. По этой схеме можно подключить сколько угодно динамиков, но их R-значение не должно превышать максимально допустимое R-значение усилителя. Также стоит учитывать, что чем больше колонок подключено последовательно, тем меньше громкости будет на выходе.
- Минус 1 подключается к плюсовому каналу колонки 2.
- Плюс 1 подключается к минусовой клемме устройства.
- Минус 2 подключается к плюсовому выходу.
Последовательное соединение трех и более динамиков осуществляется по той же схеме, где каждый последующий подключается по полярности к предыдущему, а их крайние контакты подключаются по полярности к клемме устройства.
Что такое «подзвучка» («rear fill») и как эффективно ее использовать ?
Как подключить колонки последовательно и параллельно? Динамики из отдельных компонентов для этой цели не подходят и могут свести на нет все усилия, поэтому лучше использовать пару коаксиальных динамиков.
Вилки типа «банан» и «двойной банан» вставляются непосредственно в отверстие в центре винтовой клеммы.
Близко к подписи — 8 Ом, сопротивление катушки. Что касается максимального количества последовательно соединенных динамиков, то этот параметр следует рассчитывать исходя из их собственного сопротивления.
Если подключить к усилителю колонки на 30В, то ничего хорошего не произойдет, и мы категорически не рекомендуем этого делать, хотя следует отметить, что случаи такого использования техники были, но они требуют предельной аккуратности и о них мы говорить не будем такие эксперименты, чтобы не поддаться искушению сделать это. Их отсечка регулируется в районе 80 Гц.
Поэтому при выборе усилителя трансляции необходимо учитывать возможность расширения системы. Чтобы рассчитать нагрузку на данную линию вещания, просто сложите все значения подключенной мощности на каждом громкоговорителе в линии.
Многополосные акустические системы.
Гораздо сложнее, если звуковых катушек две или нужно подключить несколько сабвуферов. В фильтрах первого порядка, однако, это включение не используется, так как в этом случае короткое замыкание переменного тока будет происходить на частотах выше или ниже частоты среза соответственно. Динамики должны иметь одинаковый импеданс, а их сумма не должна превышать импеданса усилителя. Даже лучшие ораторы страдают от случайного
Он такой драгоценный! Например, для подключения четырех динамиков с общим сопротивлением 4 Ом.
Место, где находится предохранитель, должно быть сухим. То есть с динамиками, играющими в разных областях частотного спектра.
Как правильно подключить колонки
Как сгладить амплитудно-частотную характеристику системы?
В первую очередь для этого нужен хороший эквалайзер — 15-полосный (2/3 октавы) или 30-полосный (треть октавы) или квазипараметрический эквалайзер (типа PPI’s PAR 224), позволяющий выделить центр частота и ширина полосы управления (добротность) для каждого регулятора. Это позволяет выполнять настройку в определенных частотных диапазонах.
Кроме того, на некоторое время вам понадобится анализатор спектра (RTA — Real Time Analyzer) — самый дорогой компонент, обычно доступный в хорошем хозяйственном магазине. Регулировка производится регуляторами эквалайзера таким образом, чтобы в полосе воспроизводимых частот частотная характеристика, измеряемая анализатором спектра, была максимально ровной.
Эту настройку можно сделать в магазине, но, к сожалению, большинство магазинов не делают это бесплатно, так как это может занять от получаса до многих часов.
Другой способ — купить измеритель звукового давления (SPL-метр — в Radio Shack от 32 до 60 долларов) и тестовый диск (например, Autosound 2000 — 25 долларов), на котором записаны дискретные частоты с шагом в 1/3 октавы. Воспроизводя эти частоты и измеряя звуковое давление, мы строим частотную характеристику системы.
Анализируя его, мы находим участки, требующие частотной коррекции. Этот метод займет намного больше времени, чем использование анализатора спектра (который анализирует все частоты в спектре сразу), но будет намного дешевле, если делать это самостоятельно. В крайнем случае измеритель звукового давления можно заменить качественным микрофоном с известной АЧХ и милливольтметром. Качество настройки не пострадает, но нужно учитывать и АЧХ микрофона.
И наконец: не полагайтесь полностью на устройства. После инструментальной настройки протестируйте звучание системы или лучше воспользуйтесь услугами специалиста.
Виды компонентной акустики
Ряд таких систем сводится к наличию нескольких динамиков, являющихся основными элементами. Поэтому компонентная система делится на:
- Двухкомпонентный, состоящий например из низкочастотного и высокочастотного динамика. Главное правило – это количество компонентов, излучающих звуковые волны. Следовательно, это может быть низкочастотный плюс высокочастотный твитер или любая другая конфигурация;
- Трехкомпонентный, соответственно состоящий из трех передатчиков звуковых волн с разными диапазонами рабочих частот;
- Четырехкомпонентные и пятикомпонентные используются крайне редко.
Схемы коммутации двух сабвуферов к усилителю
В этом разделе мы собрали «почти» все возможные варианты подключения двух сабвуферов
Два динамика с двумя катушками 4+4 Ома
Как они могут быть связаны?
- Использует последовательную цепь 4 Ом.
- Использует параллельную цепь 1 Ом.
Автомобильная акустика Урал Молния AS-ML100 (10 см)
Два динамика с двумя катушками 2+2 Ома
Как они могут быть связаны?
- Использует последовательную цепь 2 Ом.
- Использует параллельную цепь 0,5 Ом.
Светящаяся лента — тюнинг для автосалона
Два динамика с двумя катушками 1+1 Ом
Как они могут быть связаны?
- Использует последовательную цепь 1 Ом.
- Использует параллельную цепь 0,25 Ом.
Магнитный держатель для телефона в машину
Схема параллельного подключения
При параллельном подключении сопротивление нагрузки падает, а выходная мощность увеличивается пропорционально количеству динамиков. Здесь следует знать максимально допустимую нагрузку на усилитель и количество каналов.
Большинство моделей рассчитано на нагрузку 2 Ом, реже 1 Ом, но для качественного звучания и долговечности оборудования желательно создать для устройства оптимальную нагрузку. Так, например, при подключении двух динамиков с R = 4 Ом и двух динамиков с R = 8 Ом к усилителю с R = 8 Ом мы получим допустимое сопротивление всех динамиков (4+4+8+8=24 Ом). — общее; 24: 4=6 — общее сопротивление на единицу).
- Отрицательный канал динамика 1 и динамика 2 подключается к положительной клемме устройства.
- Положительный — к отрицательному контакту того же канала.
- Все остальные подключаются аналогично.
Схема параллельно-последовательного подключения
Это самый популярный способ подключения, так как он позволяет регулировать ток, подаваемый на устройство, и не допускать его перегрузки. Это обеспечивает высокое качество звука. В такой принципиальной схеме сочетаются оба метода.
Пошаговая инструкция по подключению четырех колонок к двум каналам на устройстве.
- Минусовая клемма динамика 1 подключается к положительной клемме динамика 2.
- Отрицательный контакт 3 подключен к положительному
- Плюсовой контакт 1 соединен с общим плюсовым каналом с плюсовым контактом 3.
- Минусовые контакты 2 и 4 выведены на общий минусовой контакт.
- Выведенные общие каналы подключаются к усилителю с учетом полярности контактов.
Таким же образом к этой системе можно подключить и сабвуферы, если используется двухканальное оборудование. При четырехканальном — сабвуферы подключаются отдельно мостом.
Какие усилители в какое сопротивление можно подключать
Снижая сопротивление, мы заставляем усилитель выдавать больше мощности. Например, при подключении динамика на 4 Ом усилитель будет выдавать 500 Вт, а если тот же динамик снова подключить на 1 Ом, мощность будет 1000 Вт.
К недостаткам соединения с низким сопротивлением относятся:
- повышенная нагрузка на бортовую сеть автомобиля.
- увеличьте искажения усилителя.
Проще говоря, мы жертвуем качеством звука ради громкости. Но не все усилители можно подключать к низкоомной нагрузке. Как правило, производитель указывает в инструкции, при каком сопротивлении усилитель будет стабильно работать, не уходя в защиту и не выходя из строя.
Первое, что мы учтем, это классы усилителей: AB и D.
- Усилители класса АВ имеют очень низкий КПД, то есть из 100% поступающей в них мощности в звук преобразуется только 50-60%, остальное преобразуется в тепло. Как правило, производители рекомендуют использовать такие усилители на 4 или 2 Ом. Если такой усилитель подключить на 1 или 0,5 Ом, то сильно греется. Если есть защита, то отключится. Если нет, то он просто сгорит.
- Усилители класса D имеют КПД более 80 % и выделяют мало тепла. Такие усилители не боятся низкоомных нагрузок. Производитель рекомендует подключать их до 1 Ом. Но многие подключают такие усилители на 0,5 Ом — все зависит от блока питания и надежности усилителя.
Кроме того, усилители могут различаться по количеству каналов. Используя 2- или 4-канальный усилитель для управления сабвуфером, вы создадите мост. В этом режиме устройство уже работает с максимальной нагрузкой. Если ваш мостовой усилитель относится к классу AB, его можно использовать только при нагрузке 4 Ом. При подключении на меньшую нагрузку, даже 2 Ом, будет сильно греться и возможно уйти в защиту, или просто сгореть.
Если усилитель, который вы хотите подключить, относится к классу D, он, вероятно, больше подходит для нагрузок с низким импедансом и может работать на 2 Ом. Но сначала все же стоит уточнить в инструкции, допускает ли это производитель.
Предупреждение! Подключать усилитель к меньшему сопротивлению (ниже указанного в инструкции) можно только при соблюдении следующих условий: хорошая мощность и не максимальная нагрузка. Но помните, что в этом случае значительно возрастает вероятность выхода оборудования из строя. Если что-то пойдет не так, вам будет отказано в гарантии, потому что вы используете устройство в нарушение рекомендаций, заявленных производителем.
Двухполосный фронт и сабвуфер
Меньшего энергопотребления обычных лампочек можно добиться, заменив их светодиодами.
Каждый вариант замены катушки универсален. Затем пользователь начинает искать способы апгрейда системы с минимальными затратами. Если вы нашли в кладовке или на балконе старый советский усилитель и колонки, не спешите их выбрасывать.
Помните: основной динамик — это тот, который содержит основные выходы, элементы управления и световые индикаторы. Динамики должны иметь одинаковый импеданс, а их сумма не должна превышать импеданса усилителя.
Каждая пара проводов динамика содержит кабель с черной полосой – это минусовой провод, другой выполнен в монотонном цветовом оформлении. После инструментальной настройки протестируйте звучание системы или лучше воспользуйтесь услугами специалиста. Выбор акустического кабеля Всегда используйте высококачественные кабели, соответствующие вашему бюджету.
Soloфикация
Кроме того, мы рассчитываем сопротивление по упрощенной формуле, так как у нас есть только 2 плеча, соединенных параллельно. Придется прибегнуть к определенным хитростям: следует развести мидбасовый RCA с помощью 2-х Y-разветвителей. Качество настройки не пострадает, но нужно учитывать и АЧХ микрофона. Если фильтр нижних частот круче, вы можете выбрать другую частоту среза.
Правда, большинство из них были изменены. Как правило, это клемма «0», в некоторых случаях она обозначается как «СОМ» и клемма «В». Штекерное соединение может выглядеть по-разному, но в любом случае клеммы каким-то образом маркируются.
Основной особенностью радиовещательных систем является использование в усилителе согласующего трансформатора, который выдает в линию сигнал с уровнем В, в некоторых случаях это может быть 30В, В, но эти случаи мы рассмотрим отдельно. Учтем также тот факт, что при проектировании пассивных кроссоверных фильтров в расчетах используется импеданс головок, величина которого непостоянна и зависит от частоты.
Читайте также: Основные неисправности и ремонт болгарки своими руками. Искрение щеток на болгарке причины и особенности их замены
Акустическая система «по Чебышеву» (на сдвоенных динамиках)
Аудиофил никогда не отдыхает. Он хочет добиться идеального звучания музыки в своем доме. В продаже имеется большой выбор акустических систем (АС). Правда цены больно «кусались», но так было не всегда. Лет 40 назад у меня не было выбора: в продаже был стереофонический радиоприёмник Symphony (даже без стереодекодера, для его подключения был только разъём на задней стенке), по цене эквивалентной трёхмесячной зарплате инженер начального уровня (330 «полных» советских рублей).
Радиоприемники переменного тока в целом работали хорошо, но самые низкие частоты звучали «неубедительно» (даже с транзисторным усилителем), т.к это закрытый ящик, резонансная частота динамика 70 Гц. И я бы послушал орган с его fn=16 Гц, и турецкий барабан, настроенный на 20 Гц, и, наконец, тот же концертный рояль (от 27,5 Гц)! Взгляните на рис. 1 и вам станет ясно, что и как (в какой области) оно звучит.
Если что-то нельзя купить, аудиофил строит «это» сам. Хорошие колонки для низких частот в то время в магазинах не продавались, их «добывали», приносили «с земли». Однажды, находясь в гостях у друга, я увидел замечательных спикеров из Великобритании. Их назвали модулем Джордана-Уоттса. Маленький (152х152х50 мм), тяжелый (3,2 кг), с металлической (анодированный алюминий) диафрагмой диаметром 4 дюйма (10 см).
Они имели ход конуса 6,5 мм, резонансную частоту 41 Гц, мощность 12 Вт и полосу частот от 30 до 17000 Гц (уровень ±3 дБ). К ним прилагался лист спецификации, на котором был изображен чертеж рекомендуемой коробки (рис. 2) и таблица семи вариантов АС. Были конструкции с двумя и одной головками (модулями) разных размеров (все фазопреобразователи). В зависимости от размера были получены разные более низкие воспроизводимые частоты. У динамика fн=20 Гц! Правда, уровень звукового давления не указывался.
Воспользовавшись статьей из журнала «Радио», я произвел расчеты фазоинверторов по размерам из таблицы и получил хорошее (на тот момент) совпадение с данными фирмы. Владелец колонок изготовил колонку Juliet по размерам, указанным в таблице, и остался доволен результатом. В этом динамике резонансная частота головки почти совпала с частотой настройки фазопреобразователя.
В то время расчет фазовращателей проводился по эмпирическим формулам и графикам. Теория не разрабатывалась, но предполагалось, что настройка фазоинвертора должна соответствовать резонансной частоте уличного динамика. А здесь (для динамиков «Юпитер») — 41 Гц на голову и 20 Гц на сам динамик. Тайна? Вымысел?!
И вдохновившись, я решил собрать колонки сам. Который? И лучший! С трудом приобрел четыре головки 25ГД-26 (прямо из Бердска) для вуферного звена (по две головки на динамик) 20 мм. Чертеж передней панели показан на рис.3. Учел все рекомендации по демпфированию стен: наклеил слой ДВП (6 мм) на вибропоглощающую мастику, обтянул виниловой кожей. Фазопреобразователи я поставил на 25 Гц (у динамиков fp = 36-42 Гц).
Начал слушать. Звук на низких частотах не удовлетворил! Я заполнил весь объем коробки ватой (почти 3 кг!). Звук улучшился, но бас по-прежнему звучал плохо (не было «легкости» и «мощности»). Кстати, появившиеся в продаже колонки 35АС-1 звучали не лучше. По одной оценке, финансовые затраты на мои колонки были эквивалентны стоимости 35АС-1.
Прошло несколько лет, и появилась книга Е.Л. Виноградовой, которая открыла ей глаза. Изложенная там теория все прояснила и поставила «на свои места». Хорошо функционирующий фазоинверторный динамик можно построить только при соблюдении определенных условий между параметрами динамика и коробки.
Параметры динамиков нужно всегда (подчеркиваю, всегда!) измерять. Это производственная вариация. Материалы стареют (изменяется гибкость подвеса, ослабевает магнит), а затем увеличивается добротность. Описания динамиков, в которых не приводятся измеренные авторами параметры используемых головок, кажутся мне бессмысленными, поэтому слепо копировать такие «шедевры» не советую».
Основные параметры при измерении динамика:
Еще несколько фактов:
Vas/V= (fh2–fb2) ∙ (fb2–fl2) / (fh2∙fl2), где
fl и fh — частоты (нижняя и верхняя) «горбов» на Z-характеристике фазовращателя;
fs’= (fl∙fh) /fb, где
fs’ — резонансная частота головки с учетом дополнительной воздушной массы, возникающей при работе головки в фазовращателе;
где Qб — добротность акустического оформления с учетом потерь в зазорах в коробе и головке, в заполнении коробки и в трубке фазопреобразователя;
Rb — сопротивление головки на частоте задания фазопреобразователя;
Rs — сопротивление головки на резонансной частоте.
Имея основные параметры динамических головок, по номограммам можно найти уставку частоты фазопреобразователя fr и его нижнюю рабочую частоту по уровню -3dB — f3.
По теории динамика в фазовращателе можно получить разную АЧХ при полной мощности. Они названы по именам математиков, изучавших соответствующие кривые и математические выражения — многочлены, описывающие эти кривые. Это полиномы Баттерворта, Чебышева, Кауэра и другие. При определенных соотношениях между параметрами достигаются различные частотные характеристики громкоговорителя.
Если Qt=0,383, Vas/V=1,41, fb/fs=1 и Qb>10, имеем частотную характеристику Баттерворта (максимально гладкую). Такие колонки строят чаще всего. У них fb=fs, т.е заданная частота фазопреобразователя равна резонансной частоте головки. При Qb=10 номограммы соответствуют рис.4, при Qb=5 – рис.5.
А если Qt существующей головы отличается от этих «баттервортских» значений? Тогда, как мы видим из номограмм, изменятся отношения Vas/V, fb/fs и f3/fs. Разумеется, изменится и АЧХ: с увеличением Qt она превращается из максимально гладкой (баттервортовской) в волнистую чебышевскую характеристику. А для этого f3/fs<1, т.е можно получить АЧХ с более низкой воспроизводимой частотой, меньшей резонансной частоты динамика. Вот ответ на английские акустические системы (41 Гц и 20 Гц).
В моих динамиках динамики имели Qt=0,54, Vas/V=90/68=1,32. Головы лежали рядом, а ваза для двух голов была вдвое больше, чем для одной. А для Qt=0,54 (рис.4 и рис.5) необходимо Vas/V=0,3, т.е объем ящика должен быть в 3 раза больше соответствующего объема головок. Получается: V = Vas / 0,3 = 90 / 0,3 = 300 литров.
Ситуацию дополнительно усугубляло активное сопротивление разделительного дросселя НЧ-головки в громкоговорителях, что увеличивало Qt на 10%.
Но аудиофил никогда не отдыхает! Мысль пришла неожиданно. Эврика! Я вспомнил две головы. Ведь их эквивалентный объем уменьшается вдвое по сравнению с одной головкой, добротность сохраняется, а fs=√(fs1∙fs2).
Сказано — сделано! Подсоединяю к диффузору через прокладку 3 мм две головки диффузора и вставляю этот «бутерброд» вместо низкочастотника с внутренней стороны передней панели. Ничего страшного, что магнит на одной голове торчит, а отверстие под другой динамик быстро латают куском ДСП (нижнее отверстие на рис. 3) Основная идея! Измеренное значение Qt = 0,5 — даже меньше, чем для отдельных громкоговорителей.
Ясно одно, ведь излучение идет с тыльной стороны диффузоров, а эффективная площадь уменьшена из-за окон в держателе диффузора, а сопротивление излучению увеличилось. Индуктивность катушки была линеаризована, гармоники уменьшены.
Кстати, искажения из-за эффекта Доплера не заметны на низкочастотном участке, если верхняя частота не выше 500-800 Гц, а нижняя 25-30 Гц. А здесь излучение по оси головок экранируется магнитами, и как писал Дрейзен: «На стороне нейтрали динамика этих искажений не слышно». Желающие могут рассчитать эти искажения по формуле:
KD= (18 ∙ 103 ∙fv√Pa) / (fn2∙d2) %, Pa=Pe∙ КПД, где:
Па – акустическая мощность, Вт;
Pe — электрическая мощность, Вт;
d — диаметр диффузора, см;
См также: Музыкальный PEGASUS 32Bit/1536kHz 24Bit R2R DAC 6BIT DSD сбалансированный импеданс
fн, fв – соответствующие предельные частоты для диапазона, Гц.
У меня при Ре = 10 Вт, КПД = 0,1%, fн = 28 Гц, fв = 800 Гц получилось:
КД = (18 ∙ 103 ∙ 800 √0,01) / (282 ∙ 202) = 4,5%.
Беру характеристику Z переменного тока, вычисляю Vas/V =0,29. Теперь все правильно! Замеряю fs на улице: голова 1: 34,5 Гц; голова 2: 42,8 Гц; двойной блок (композитный): 38 Гц.
Согласно расчетам:
fsk = √(fs1 ∙ fs2) = √(34,5 ∙ 42,8) = 38,4 Гц</a>;
Стирка/Вт = (41,42 — 242) ∙ (242 — 202) / (41,42 ∙ 202) = 0,29;
fsk= (f1 ∙ fh) / fb= (41,4 ∙ 20) / 24 = 34,5 Гц.
Напоминаю, фск
АЧХ проверяю на слух на тестовом диске. Слышу частоту 25 Гц с небольшим захлебыванием, 31,5 Гц нормально. Звучание музыкальных программ под турецкий барабан просто приятно («Похоронная месса» Верди, часть — «Лакримоза» в исполнении Страсбургского филармонического оркестра).
А когда барабаны входят в форте-фортиссимо хора и оркестра, все вздрагивают, в том числе и я от удивления. Это то, чего хотел великий Верди! Такой звук на низких частотах я слышал только от АС «Таппоу» объемом 200 литров и диаметром головки около 380 мм.
Бубнит «Чебышёв»? Я этого не заметил. А вот потери из-за дифракции — я заметил, когда начал измерять АЧХ динамиков, установленных на расстоянии 1,5 м от стен. Рассчитайте частоту, при которой формируется этот спад (-3 дБ), используя формулу:
f = 115 / W = 115 / 0,375 ≈ 300 Гц, где W — ширина АК, м.
Это значение точно соответствовало измеренному значению. Если колонки стоят в углах комнаты размером 6х3х2,7м вдоль узкой стены, бас не проседает из-за дифракции.
Конечно, необходимо учитывать, что частотная характеристика громкоговорителя в обычной гостиной будет иметь много пиков и провалов из-за отражения звука от стен, потолка, пола и других поверхностей. Это показано на рис. 6 (кривая 1 — АЧХ в помещении, кривая 2 в звуковой камере).
Позвольте мне резюмировать:
- Если вы хотите получить самые низкие частоты, а резонансная частота динамиков где-то в 1,5 раза выше их, вам поможет динамик Чебышева».
- Чтобы не строить огромные ящики, можно использовать двойные головки.
- Грамотно настроенные колонки «по Чебышеву» не «бубнят»!
- Аудиофил никогда не отдыхает (аксиома!).
P=I 2 R 1 +I 2 R 2
где I — общий ток, протекающий через оба динамика.
Из последнего уравнения ясно видно, что сила будет больше распространяться на одеяло, имеющее большее сопротивление. То есть, если мы подключим последовательно 8-омный и 4-х омный динамик, то 8-омный будет нагружен больше. Для многих это звучит странно, но это правда. Поэтому я бы категорически не рекомендовал включать последовательно колонки разного сопротивления. На самом деле будет работать только один.
Что произойдет, если громкоговорители имеют одинаковый импеданс? Теоретически мощность должна распределяться равномерно. Но есть один момент, о котором практически нигде не пишут — реактивная составляющая импеданса. Импеданс непостоянен, он зависит от частоты сигнала, подаваемого на катушку динамика. С увеличением частоты импеданс увеличивается, виновата индуктивность звуковой катушки. Все это знают. Но есть еще одна составляющая импеданса, которая очень важна и никогда не упоминается.
Дело в том, что динамик — это не только катушка с индуктивностью, в ней еще и движется магнитное поле. По сути, любой громкоговоритель популярной конструкции представляет собой электрическую поршневую машину. Электродвигатель. Как и почти все электрические машины, он обратим. Это означает, что динамик при работе создает некоторую ЭДС, которая выражается в увеличении импеданса — импеданса. Чем больше амплитуда колебаний, тем больше импеданс.
Величина увеличения импеданса невелика почти во всем звуковом диапазоне и не оказывает заметного влияния. Наверное, поэтому ее и не помнят. Но вблизи собственной резонансной частоты динамика величина обратной ЭДС настолько велика, что связанное с этим увеличение импеданса может быть в 10-20 раз больше, чем все другие составляющие импеданса.
Посмотрите на рисунок. Он показывает реальную характеристику импеданса динамика Oris GR-654. На резонансной частоте импеданс равен 48 Ом. Это просто колоссальная сумма. Это более чем в 10 раз превышает общее сопротивление в рабочем диапазоне.
Почему это явление вообще было упомянуто? Дело в том, что когда вы покупаете пару динамиков, они только технически одинаковы. На самом деле динамики, вынутые даже из одной коробки, немного отличаются. Где-то витков больше на пару витков, где-то сдвиг чуть жестче или мягче и т.д. У любого динамика они будут колебаться с разной амплитудой. Тогда сопротивление одного будет больше сопротивления другого.
Сила будет распределяться неравномерно. А если колонки работают близко к резонансу, а это почти всегда, то будет совсем не приятная ситуация. Динамик с большим импедансом будет больше нагружен. Немного. Амплитуда колебаний диффузора будет немного больше. Следовательно, сопротивление увеличится еще больше, что еще больше увеличит дисбаланс мощности, что еще больше увеличит сопротивление, и так далее.
Но мы помним, что вблизи резонанса сопротивление может увеличиться в 10 раз. Обо всем позаботится один из спикеров.
Получается классический вариант системы положительной обратной связи. Один из динамиков быстро перегрузится, а другой будет отдыхать. Это не может быть нормальный звук. Приходится «подрезать» пэды на частотах намного выше резонансной. В общем, я бы не рекомендовал подключать колонки последовательно. С мид и твитерами это еще как-то проходит, а вот с сабвуферами вообще беда.
Они всегда работают в области с сильным неравномерным сопротивлением. Поэтому если последовательно подключить два динамика (именно динамики, а не катушки динамика, это важно) работает и быстро перегружается только один, а другой болтается как пассивный излучатель. Я ни разу не видел нормально работающего сабвуфера с двумя последовательно соединенными динамиками. Даже на глаз видно, что их рассеиватели колеблются не синфазно. Часто это списывают на неверную причину, хотя и не имеют к ней абсолютно никакого отношения.
На приложенном видео достаточно хорошо видно, как два последовательно соединенных динамика Oris LW-D2.12 работают совершенно не синхронно. Не в противофазе, как может показаться на первый взгляд, а не синхронно. Это связано с тем, что при больших амплитудах колебаний между громкоговорителями возникают большие искажения нагрузки.
Параллельное соединение.
При параллельном подключении динамиков токи через них разные, но сигнал на них точно такой же. Следовательно, уравнение распределения мощности можно записать в другом виде:
Параллельное соединение динамиков
При параллельном подключении акустической системы эффект увеличивается пропорционально количеству динамиков, а сопротивление нагрузки уменьшается. Количество динамиков будет зависеть от характеристик усилителя (в большинстве случаев они легко справляются с нагрузкой в 2 Ом) и мощности динамиков. Есть оборудование, выдерживающее нагрузку 0,5 Ом. Если брать серию колонок, то мощность может варьироваться в пределах 10-100 Вт.
Существует также последовательно-параллельное соединение, этот способ часто используется для увеличения количества динамиков в автомобиле, общая мощность акустической системы увеличивается, а сопротивление нагрузки остается на приемлемом уровне. Здесь на один канал усилителя можно установить несколько громкоговорителей, в допустимых пределах сопротивления нагрузки.
При подключении колонок в любом порядке всегда необходимо учитывать минимальную нагрузку усилителя. Практически все оборудование выдерживает нагрузку в 2 Ом.
Как самостоятельно изготовить пассивные разделительные фильтры?
Конденсаторы должны быть двухполярными с рабочим напряжением не ниже пикового напряжения сигнала при максимальной выходной мощности. Например, пиковое напряжение усилителя мощностью 100 Вт на нагрузку 4 Ом равно 20 В. Для удобства можно использовать конденсаторы с рабочим напряжением 50 вольт. Биполярный конденсатор можно в крайнем случае заменить двумя полярными конденсаторами удвоенной емкости, включенными встречно-последовательно (+ к +), однако такая замена может привести к ухудшению звучания.
Для уменьшения потерь катушки индуктивности должны иметь низкое активное сопротивление — не более 0,1-0,2 Ом. С этой же целью их наматывают без магнитопровода на пластиковых каркасах или применяют бескаркасную намотку. В этом случае витки катушки фиксируются клеем или компаундом.
Оптимальная конструкция достигается, если внутренний диаметр обмотки в два раза больше высоты катушки, а внешний диаметр в два раза больше внутреннего диаметра.
При расчете задаем индуктивность катушки L (мкГн) и активное сопротивление R (Ом).
высота катушки (мм) | H=квадрат (8,66*Л/П) |
количество ходов | N=19,88*кв (Д/Ч) |
диаметр провода без изоляции (мм) | d=0,84*H/кв.(Н) |
длина кабеля (м) | л = 187,3 * кв (Д * В) |
где (sqr — квадратный корень).
Округлите диаметр проволоки до ближайшего стандарта. Наконец, индуктивность следует отрегулировать, размотав витки.
Последовательное, параллельное и смешанное соединение динамиков
Самое главное при подключении колонок сделать подключение так, чтобы ни одна из колонок не была перегружена. Перегрузка повредит динамик.
Важно понимать, что на динамик может подаваться мощность меньше или равна номинальной мощности, на которую он фактически рассчитан. В противном случае рано или поздно даже самый качественный динамик выйдет из строя из-за перегрузки.
Очевидно, что перед подключением колонок их нужно определить:
Номинальная мощность (Вт, Вт);
Активное сопротивление звуковой катушки (Ом, Ом).
Все это обычно указано на магнитной системе динамика, либо на кривой.
1Вт означает 1Вт, 4Ом — сопротивление звуковой катушки.
Марка динамика — 3ГДШ-16. Первая цифра 3 – это номинальная мощность, 3 Вт. Близко к подписи — 8 Ом, сопротивление катушки.
Иногда не указывают, но по маркировке видно.
СЧ динамик 15ГД-11-120. Номинальная мощность — 15 Вт, сопротивление катушки — 8 Ом.
Соединение динамиков. Пример.
Начнем, так сказать, с азов — наглядных примеров. Представим, что у нас есть усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) мощностью 6 ватт и 3 динамика. Два динамика мощностью 1 Вт (сопротивление катушки 8 Ом каждый) и один динамик мощностью 4 Вт (8 Ом). Задача состоит в том, чтобы подключить все 3 динамика к усилителю.
Для начала рассмотрим пример неправильного подключения этих колонок. Вот наглядный рисунок.
Как видите, сопротивление всех трех динамиков одинаковое и равно 8 Ом. Поскольку это параллельное соединение динамиков, ток будет поровну распределен между 3 динамиками. При максимальной мощности на усилителе (6 Вт) каждый из динамиков будет иметь мощность по 2 Вт. Понятно, что будут перегружены 2 динамика из 3-х — те, что мощностью 1Вт. Понятно, что такая схема подключения не подходит.
Если бы усилитель выдавал на выходе только 3 ватта звуковой мощности, такая схема подошла бы, но 4-ваттный динамик не работал бы на полную мощность — «филонил». Хотя это не всегда критично.
Теперь разберем пример правильного подключения все тех же динамиков. Мы используем так называемое смешанное соединение (как последовательное, так и параллельное).
Подключите два динамика по 1 Вт последовательно. В результате их общее сопротивление составит 16 Ом. Теперь параллельно им подключаем 4-ваттный динамик с сопротивлением 8 Ом.
Когда усилитель работает на максимальной мощности, ток в цепи будет делиться в зависимости от сопротивления. Так как сопротивление последовательной цепи двух динамиков в 2 раза больше (т.е. 16 Ом), то динамики получат от усилителя только 2 Вт звуковой мощности (по 1 Вт на каждый). А вот для 4-ваттного динамика подойдет мощность 4 Вт. Но он будет работать в соответствии с номинальной мощностью. Пробок при таком соединении не будет. Каждый из динамиков будет работать нормально.
И еще один пример.
Имеем 4-х ваттный усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ, он же «усилитель»). 4 динамика, каждый мощностью 1 Вт, сопротивление каждого 8 Ом. К выходу усилителя можно подключить нагрузку 8 Ом. Необходимо соединить динамики между собой так, чтобы их полное сопротивление было 8 Ом.
Как подключить колонки друг к другу в этом случае?
Последовательное соединение динамиков.
Для начала соединим все динамики последовательно. Что мы получаем в результате?
Так как при их последовательном соединении сопротивление динамиков увеличивается, в итоге получаем составной динамик с сопротивлением 32 Ом! Понятно, что такая схема крепления не пройдет. Такой же резистор (32 Ом), кстати, у капсюля наушников — в народе именуемый «вилками».
Если мы подключим такой составной 32-омный динамик к 8-омному выходу нашего усилителя, ток через динамики из-за высокого сопротивления будет небольшим. Динамики будут звучать очень тихо. Эффективного согласования усилителя и нагрузки (динамиков) не получится.
Параллельное соединение динамиков.
Теперь давайте подключим все колонки параллельно — может в этот раз получится?
При параллельном соединении общее сопротивление рассчитывается по такой сложной формуле.
Как видите, общее сопротивление (Rtotal) равно 2 Ом. Это меньше, чем необходимо. Если мы подключим наши динамики таким образом к 8-омному выходу усилителя, через динамики будет протекать большой ток из-за низкого сопротивления (2 Ом). Из-за этого усилитель может выйти из строя .
Устройство акустики
Компонентная акустика без усилителя состоит из следующих компонентов:
- Компьютерные колонки. Количество и мощность зависит от конкретной модели;
- Кроссовер, то есть фильтр для согласования выходного сопротивления радиоусилителя и подачи звуковых волн с необходимой частотой на соответствующий излучатель (динамик). Он состоит из тщательно подобранных конденсаторов, которые действуют как емкости, и катушек, создающих индуктивность. При монтаже получается электрическая цепь, которая действует как ограничитель, пропуская только соответствующие звуковые волны.
Такой фильтр является неотъемлемой частью любой акустической системы. При этом форма самих динамиков может быть любой:
- круглый;
- овальный;
- прямоугольный и так далее
Звук не зависит от формы головки динамика, он основан на других факторах, таких как качество диафрагмы и ее материала, а также профессиональная сборка.