Хороший НЧ/СЧ динамик. Ода динамику 4 ГД-5

Как-то попросили меня подобрать хороший НЧ/СЧ динамик для самодельного полочника. И приблизительно сформулировали такие требования:

  1. чтобы нижняя граница была бы от 40-45 Гц в объеме 30 литров;
  2. чтобы верхняя граница была бы примерно 4-6 кГц (предполагалась двухполосная АС с частотой раздела 4-6 кГц);
  3. чтобы качество звучания было бы ОЧЕНЬ высоким (пожалуй, это было главное требование);
  4. чтобы динамик мог хорошо работать от лампового усилителя.

По сопротивлению и чувствительности каких-либо ограничений не было.

Ну, поискал я в каталоге на сайте «Самоделка.Ru» нужные динамики. И обнаружил, что на первый взгляд подходящих динамиков вроде бы много, но если условно ввести ограничение на массу подвижной системы <не более 12-15 грамм> (чтобы минимизировать инерционность излучателя), то оказывается, что по-настоящему хороших динамиков класса НЧ-СЧ совсем не так уж и много!

Подобрал я тройку динамиков на выбор для поставленной задачи. Но закрался в голову вопрос: «Как же грамотно сделать хороший НЧ-СЧ динамик?» Имеется в виду – под сформулированные требования.

Данная статья – это подробное описание эксперимента по акустике, результатом которого явилось создание нового динамика, на мой взгляд, удачного. Никакой подгонки результатов под заранее заданные параметры не было, что получилось, то и получилось. Расскажу только правду, все как было…

1. Общие рассуждения

На первый взгляд задача кажется простой, возьмите систему 10МАС-1М, выньте из нее басовик 10ГД-30Е – и все! У этого НЧ-динамика резонансная частота 32 Гц, рабочая полоса 60-5000 Гц, достаточно поставить этот динамик в ящик объемом 30 литров и нижняя граница будет около 40 Гц.

Однако в этом случае не будет выполнено главное требование – <высокое качество звучания в области средних частот>. Так что, «с наскока» эту задачу решить не получается.

Попробуем проанализировать все нюансы проблемы, постараемся найти оптимальное сочетание всех факторов и, все-таки, решить задачу…

2. Выбор размеры динамика

Для начала, желательно, определиться с габаритным размером динамика. Но здесь большого выбора нет. Для ящика скромного размера (V=30 л) получить нижнюю границу 40-45 Гц на НЧ-динамике размером 10” практически невозможно. Так что остаются только динамики размером 8” или 6,5”.

Практика показывает, что самые простые промышленные динамики 8”, например, 10ГД-30Е или 25ГД-26, могут обеспечить частоту среза 40 Гц в объеме 30 литров (в качестве прототипа можно рассмотреть промышленные системы «25АС-2» от электрофона «Арктур-001»).

Также практика подтверждает, что на динамике 6,5” можно обеспечить частоту среза 40-45 Гц в объеме 16-20 литров. Это, разумеется, если грамотно спроектировать ящик и удачно подобрать динамик (например, наш 15ГД-17 или по новому ГОСТу 25ГДН-4-4).

Из сказанного следует, что для заданного объема (V=30 л) целесообразно остановить свой выбор на динамике 8”. По крайней мере, первые впечатления складываются такие, что на динамике 8” можно решить поставленную задачу.

3. Инерционность

Инерционность излучателя, на мой взгляд, самая существенная составляющая часть проблемы. В первую очередь имеют значение: масса диффузора, масса колпачка и масса звуковой катушки; в меньшей степени: масса подвеса и центрирующей шайбы.

Не будем «зацикливаться» на импортных дорогих динамиках, проанализируем три распространенных отечественных динамика размером 8”: 10ГД-30Е, 10ГД-36К и 4ГД-5.

Басовик 10ГД-30Е имеет резонанс 32 Гц, рабочий диапазон частот 60-5000 Гц, чувствительность 87 дБ, сопротивление 8 Ом, максимальный осевой ход диффузора Xmax=5 мм, масса диффузора около 10 грамм. Если этот динамик установить в «Закрытый Ящик» объемом V=30 л, то нижняя частота среза будет около 40 Гц (проверено). Однако качество звучания средних частот у этого динамика оставляет желать лучшего, главным образом, из-за большой массы диффузора.

Динамик 10ГД-36К (по новому ГОСТу 10ГДШ-1) относится к широкополосным динамикам, имеет резонанс 40 Гц, рабочий диапазон частот 60-20000 Гц, чувствительность 90 дБ, сопротивление 4 Ом, максимальный осевой ход диффузора Xmax=1,5 мм, диффузор составной, масса основного диффузора 6,2 грамма плюс масса высокочастотного конуса около 1,0 грамма. Этот динамик имеет высокое качество звучания, особенно на средних частотах, но динамик не способен дать хороших басов (из-за малого осевого хода).

Динамик 4ГД-5 нельзя назвать <распространенным> динамиком, это скорее редкий динамик, формально относится к низкочастотным динамикам. Имеет резонанс 45 Гц, рабочий диапазон частот 60-5000 Гц, чувствительность 93 дБ, сопротивление 8 Ом, максимальный осевой ход диффузора Xmax=5 мм, масса диффузора составляет 3,7 грамма. Этот динамик имеет ОЧЕНЬ высокое качество звучания, особенно на средних частотах.

Совершенно очевидно, что масса диффузора оказывает очень сильное влияние на качество звучания. У динамика 10ГД-30Е масса диффузора около 10 грамм, и – «середина» практически никакая(!), а чувствительность самая низкая из указанных динамиков. У динамика 10ГДШ-1 масса диффузора около 6-7 грамм – «середина» уже хорошая. Динамик 4ГД-5 имеет массу диффузора 3,7 грамма – в результате «середина» ОЧЕНЬ хорошая, а чувствительность самая высокая!

У динамика 4ГД-5, кроме всего прочего, еще и бумага высокого качества, так что играет этот динамик по-настоящему отменно, сравнить его можно, пожалуй, даже с легендарным динамиком 6ГД-2 Рижского радиозавода (кстати, 4ГД-5 изготавливался тоже на РРЗ). Кроме того, у динамиков 4ГД-5 и 6ГД-2 много общего: одинаковые конструкции магнитных систем и звуковых катушек, эти динамики отличаются только размерами диффузоров и корзин. Можно сказать, что 4ГД-5 – это уменьшенная копия 6ГД-2. Динамик 4ГД-5 даже более редкий, чем 6ГД-2, тем не менее, его можно достать на радиорынках и «барахолках»…

4. Постановка задачи

Не имеет смысла пытаться адаптировать для поставленной задачи динамик 10ГД-30Е, т.к. масса диффузора у него самая большая. Динамик, конечно, неплохой, но только как басовик с частотой раздела около 500 Гц.

Если исходить из главного требования (о высоком качестве звучания), то нужно остановить свой выбор динамике с самым легким диффузором. Поэтому возьмем в качестве исходного динамик, что называется, самый-самый(!), т.е. 4ГД-5. С точки зрения «звука» – это самое лучшее из троицы (10ГД-30Е, 10ГД-36К, 4ГД-5). И будем его модернизировать под поставленную задачу:

  1. чтобы качество звучания было бы очень высоким,
  2. чтобы нижняя граница была бы от 40-45 Гц в объеме 30 литров,
  3. чтобы верхняя граница была примерно 4-6 кГц,
  4. чтобы динамик мог работать от лампового усилителя.

Что касается <высокого качества звучания> и <верхней границы диапазона 4000-6000 Гц>, то эти требования в случае применения 4ГД-5 получаются автоматически. Высокое качество звучания у 4ГД-5 предопределено использованием очень легкого диффузора из бумаги высокого качества, а верхняя граница диапазона (5000 Гц), также во многом определяется диффузором.

Остается решить проблемы оптимизации акустического оформления, учета влияния высокого выходного сопротивления лампового усилителя и главное – как изменить конструкцию динамика, чтобы «ВСЕ ЭТО ЗАРАБОТАЛО»!

5. Выбор акустического оформления

При решении поставленной задачи нельзя рассматривать динамик отдельно от конструкции ящика. И если исключить экзотические виды акустического оформления, типа «Лабиринт» и т.п, то остаются три самых распространенных: так называемое «Открытое Оформление», «Закрытый Ящик» и «Фазоинвертор».

Многие фанаты акустики предпочитают только ЗЯ и считают такую конструкцию самой лучшей! Когда на каком-нибудь форуме спрашиваешь: «А почему не хотите сделать ФИ?», то иногда ответ бывает таким: «ФИ сложно настраивать…» – хороший аргумент, не так ли?

С моей точки зрения, нет ПЛОХОГО или ХОРОШЕГО оформления, а есть случаи, когда тот или иной тип оформления неграмотно спроектирован. Более того, для каждого типа оформления желательно подбирать динамик с ТС-параметрами, подходящими для данного типа оформления. Мне кажется, что большое количество отрицательных отзывов о ФИ – это результат неграмотно выполненных проектов.

ОТКРЫТОЕ ОФОРМЛЕНИЕ иногда еще называют ЭКРАНОМ. Представляет собой лист фанеры или ДСП, в котором установлен динамик, и этот Экран разделяет звуковые волны, излучаемые передней и задней сторонами диффузора НЧ-динамика. С точки зрения качества звучания следует признать, что Экраны обладают, пожалуй, самым высоким качеством звучания.

Однако нужно также иметь в виду, что нижняя граница частотного диапазона у Экрана определяется габаритными размерами самого Экрана! Дело в том, что на низких частотах происходит так называемое акустическое замыкание, т.к. звуковые волны от передней и задней сторон диффузора излучаются в противофазе и на НЧ начинают ослаблять друг друга. Для примера скажем, что на частоте 40 Гц длина волны составляет около 8 метров – представляете, какого размера нужно сделать Экран, чтобы исключить акустическое замыкание!?

Так что в малых габаритах, соответствующим объему ящика V=30 л, нереально сделать Экран с частотой среза 40-45 Гц.

ЗАКРЫТЫЙ ЯЩИК – это конструкция оформления, в которой звуковая волна, излучаемая тыльной стороной диффузора «не выходит наружу», а остается внутри закрытого объема ящика. В этом случае акустическое замыкание исключается полностью! Однако не так все просто и здесь нужно понять, как же «работает» ЗЯ…

При колебаниях диффузора НЧ-динамика в ЗЯ возникает поочередно избыточное давление или разрежение. И это избыточное давление замкнутого объема в дальнейшем передает свою энергию обратно диффузору – с точки зрения «физики» процесса вроде бы все ясно, но это только видимая часть айсберга…

При установке динамика в ЗЯ возрастает его резонансная частота, это происходит из-за влияния гибкости объема воздуха ящика. Скажем простыми словами: замкнутый объем ящика препятствует колебаниям диффузора динамика и по этой причине возрастает резонансная частота динамика! Представьте себе, что динамик имеет резонансную частоту в свободном пространстве fs=45 Гц и эквивалентный объем Vas=50 л (это параметры близкие «родному» динамику 4ГД-5). Если поместить этот динамик в ящик объемом V=30 л, то его резонансная частота в этом ЗЯ станет:

fs’ = fs √ (1 + Vas/V ) = 45 √ (1 + 50/30) = 73 Гц

Кроме этого, полная добротность динамика Qt в ЗЯ также возрастает, и в такой же пропорции, как и резонансная частота. А для получения гладкой АЧХ в этом случае нужно, чтобы полная добротность с учетом объема ящика Qt’ составляла бы 0,7-0,8.

Более подробно с методикой расчета акустического оформления типа «Закрытый Ящик» можно ознакомиться в статье О. Салтыкова «Расчет характеристик громкоговорителя», ж. Радио № 10, 1981 г, с. 32-34.

Что же получается – в ЗЯ объемом V=30 л и динамиком 8” невозможно получить частоту среза 40-45 Гц? А как же система «25АС-2» с нижней частотой диапазона 40 Гц?

На самом деле ситуация простая! И математически тут все понятно и логично… Чтобы частота среза в ЗЯ была около 40 Гц нужно, чтобы резонансная частота динамика в свободном пространстве была бы на уровне 30 Гц или ниже! Тогда при установке динамика в ЗЯ его резонанс возрастет до 40-45 Гц и ЭТОТ НОВЫЙ РЕЗОНАНС будет определять частоту среза АС.

Понизить резонансную частоту динамика можно двумя путями: уменьшить жесткость подвеса или увеличить массу диффузора (точнее общую массу подвижной системы).

Уменьшение жесткости (или увеличение гибкости) подвеса ничего не дает в ЗЯ. Дело в том, что при снижении жесткости, действительно, понижается резонансная частота динамика fs, но одновременно возрастает эквивалентный объем динамика Vas! Также очевидно, что резонансная частота динамика в ЗЯ fs’ возрастает в зависимости от соотношения (Vas/V), см. приведенную выше формулу.

Вот и получается, чтобы понизить частоту среза для ЗЯ (при неизменном объеме V) нужно увеличивать массу подвижной системы динамика – а это входит в противоречие с качеством звучания! Но именно так и получается частота «40 Гц» в акустике «25АС-2».

Перейдем к динамику 4ГД-5. У него очень легкий диффузор – и поэтому получается относительно завышенная резонансная частота (по паспорту 45 Гц). И это при очень мягком подвесе! Если поместить такой динамик в ЗЯ объемом V=30 л, то резонанс станет около 70-75 Гц. Частоту среза 40-45 Гц при такой ситуации получить нереально! Только не ниже 60-65 Гц…

Можно сформулировать сказанное выше очень коротко: в «Закрытом Ящике» объемом V=30 л с динамиком 8” частоту среза 40-45 Гц можно получить только на динамике с тяжелым диффузором (10ГД-30Е), а если диффузор легкий (4ГД-5), то частота среза будет около 60-65 Гц.

ФАЗОИНВЕРТОР (иногда такую конструкцию называют «Резонатором Гельмгольца») – это вариант конструкции оформления, в котором энергия, излучаемая тыльной стороной диффузора НЧ-динамика, если можно так сказать, «полезно используется». Совершенно очевидно, что это обстоятельство приводит к увеличению КПД громкоговорителя на низких частотах.

И если в ЗЯ частота среза получается на уровне 60-65 Гц, то, применив ФИ в том же объеме и с тем же динамиком, теоретически можно поднять уровень на самых низких частотах…

Опять-таки, на первый взгляд кажется все очень простым и элементарным. Предварительный анализ показывает, что для того, чтобы получить частоту среза 40-45 Гц в объеме V=30 л на динамике с легким диффузором, нужно (вроде как) применить ФИ. Однако здесь есть свои «заморочки»!

Дело в том, что, наверное, можно сказать, существует так называемая «оптимальная» полная добротность динамика Qtопт, т.е. такая, при которой получается гладкая АЧХ громкоговорителя на низких частотах. И для разных типов акустического оформления эта оптимальная добротность разная! Не будет секретом, если сказать, что для оформления «ФИ» оптимальная Qtопт составляет 0,3-0,5, для «ЗЯ» оптимальная Qtопт составляет 0,4-0,7, а для «Экрана» оптимальная Qtопт составляет 0,6-1,0 (значения приблизительные).

Если для выбранного типа акустического оформления применить динамик с «нехорошей» (для данного оформления) добротностью, то конечный результат получится отрицательный – это можно утверждать с большой вероятностью.

6. Параметры и возможности динамика 4 ГД-5

Познакомимся с динамиком 4ГД-5 немного поближе… Что же он из себя представляет? Номинальная мощность 4 вт, это немного, но зато у него достаточно высокая чувствительность – 93 дБ, диапазон частот 60-5000 Гц, полное сопротивление 8 Ω, индуктивность звуковой катушки составляет примерно 0,5 иГн, резонансная частота 45±10 Гц, габарит Ø202х73 мм. В магнитной системе применен кольцевой феррит-бариевый магнит К85х35х15, ширина магнитного зазора 1,0 мм, высота зазора 6 мм, магнитная индукция в зазоре около 1,0 Тл.

Диффузор бумажный, бумага очень высокого качества, с тыльной стороны диффузор имеет «пупырышки», т.е. структура поверхности очень рифленая. Диффузор изготовлен за одно целое с синусоидальным подвесом, который с внешней стороны пропитан не засыхающей мастикой (как у 6ГД-2). Пылезащитный колпачок изготовлен из легко-проницаемой ткани и установлен непосредственно на звуковую катушку. Высота намотки звуковой катушки равна 11 мм, максимальный осевой ход Xmax=5 мм.

Динамик изготавливался на рижском радиозаводе. Скажу, однако, что мне попадались динамики 4ГД-5, в которых подвес был без пропитки демпфирующей мастикой (!) и на этих динамиках была маркировка завода «ВЭФ». Я сталкивался как с динамиками «РРЗ», так и с динамиками «ВЭФ», поэтому могу обосновано утверждать, что играют они практически одинаково!

Вообще динамик 4ГД-5 давно снят с производства, так что достать НОВЫЙ динамик практически невозможно. Однако, на барахолках вполне реально достать такой динамик в хорошем или даже в очень хорошем состоянии. У меня нового 4ГД-5 не было (чтобы выложить в статье его фотографию), только «убитые» с сильными механическими повреждениями. Поэтому я обратился на нескольких форумах по акустике с просьбой «достать фотографию 4ГД-5», и мне участники форумов помогли! Большое им спасибо! На фотографии слева показаны динамики 4ГД-5 Рижского радиозавода (в комплекте с пищалками 1ГД-3), а на правой фотографии – динамик 4ГД-5 радиозавода «ВЭФ». Можно обратить внимание, что на динамике завода «ВЭФ» подвес без пропитки демпфирующей мастикой.

polka_015 ldsound.ru  (1)

polka_015 ldsound.ru  (2)

Насчет ТС-параметров – информация скудная, т.к. динамик очень редкий! Тем не менее, можно сказать, что приблизительно параметры такие: резонансная частота 45-50 Гц, эквивалентный объем около 50 л, полная добротность 0,75-0,85.

Иногда встречаются динамики 4ГД-5 откровенно старые, а именно с «усохшими» подвесами. В таких случаях, резонанс, как правило, составляет 60-70 Гц, эквивалентный объем занижен до 25-35 л, а полная добротность, напротив, завышена до 0,9-1,2. Для такого динамика можно рекомендовать следующее: обильно смазать подвесы бензином «Калошей» и приработать затем несколько дней подвес на звуковом генераторе. Это позволит в какой-то мере привести ТС-параметры динамика к норме.

Раньше я уже проводил «опыты» с динамиками 4ГД-5, о чем делал сообщение на форуме «ВегаЛаб»: http://www.vegalab.ru/forum/showthread.php/19676

В той работе я восстановил «убитые» динамики 4ГД-5. Мне удалось достать пару новых диффузоров идентичного размера и массой, подвесы я применил из прорезиненной ткани в виде тора. Звуковую катушку и магнитную систему сохранил без изменения. К своему удивлению обнаружил тогда, что доработанные динамики имели очень близкие ТС-параметры к «родным» 4ГД-5, объяснить это можно было тем, что, вероятно, гибкости тканевых подвесов оказались очень близки к «родным» бумажным подвесам.

Итак, приблизительные (среднестатистические) ТС-параметры динамика 4ГД-5 такие: резонансная частота fs=45 Гц, эквивалентный объем Vas=50 л, полная добротность Qt=0,8. Разумеется, эти параметры ориентировочные, но для предварительного математического анализа задачи этого вполне достаточно.

Рассмотрим четыре варианта акустического оформления с «родным» динамиком 4ГД-5:

  1. Экран бесконечного размера;
  2. ЗЯ объемом V=30 л;
  3. ФИ объемом V=30 л с частотой настройки fb=40 Гц;
  4. Также ФИ и тоже в объеме V=30 л, но с оптимизированными параметрами динамика и оформления (fs=45 Гц, Vas=50 л, Qt=0,38, V=30 л, fb=47 Гц).

Амплитудно-частотные характеристики акустических оформлений получены расчетным способом по методике, изложенной в книге Э.Л. Виноградовой «Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками», М, Энергия, 1978 г.

Результаты расчетных АЧХ всех четырех вариантов приведены в таблице:

polka_015 ldsound.ru  (26)

Для «родного» 4ГД-5 Экран обеспечивает идеально гладкую АЧХ. Здесь приведена теоретическая АЧХ для случая Экрана бесконечного размера: частота среза составляет 40 Гц по уровню -3 дБ и 32 Гц по уровню -6 дБ. Совершенно ясно, что для Экрана ОГРАНИЧЕННОГО ГАБАРИТА нижняя граничная частота будет определяться размерами Экрана.

В случае Закрытого Ящика (V=30 л) динамик 4ГД-5 обеспечивает частоту среза 53 Гц по уровню -3 дБ и 46 Гц по уровню -6 дБ, но на АЧХ в области «верхнего баса» наблюдается «горб» (+2,1…+2,9 дБ на частотах 80-120 Гц).

В случае применения Фазоинвертора (V=30 л, fb=40 Гц) динамик 4ГД-5 обеспечивает частоту среза 49 Гц по уровню -3 дБ и 41 Гц по уровню -6 дБ, однако на АЧХ в области «верхнего баса» наблюдается ОГРОМНЫЙ «горб» (+3,4…+5,6 дБ на частотах 80-120 Гц).

Приведенные теоретические расчеты только подтверждают уже сказанное выше: для определенного типа акустического оформления параметры динамика также должны быть строго определенные. И в первую очередь это касается добротности динамика! Для высокодобротного динамика (Qt=0,8) оптимальным типом оформления является Экран, а ЗЯ и ФИ с такими динамиками дают на АЧХ большой «горб» в области верхнего баса.

Для оформления типа ФИ нужен динамик с добротностью в пределах 0,3-0,5. Я выполнил несколько предварительных расчетов (для случая Vas=50 л и V=30 л) и пришел к мнению, что хорошо бы иметь добротность в районе Qt=0,38. Естественно, частоту настройки ФИ тоже нужно оптимизировать – у меня получилось в районе fb=47 Гц. Действительно, если бы динамик 4ГД-5 имел бы полную добротность Qt=0,38(!), то в ящике объемом V=30 л с ФИ (fb=47 Гц) получится гладкая АЧХ с частотой среза 49 Гц по уровню -3 дБ и 42 Гц по уровню -6 дБ.

Конечно, это не ожидаемая частота среза 40-45 Гц (по уровню -3 db), но нужно иметь в виду, что это гипотетические математические расчеты, которые всего лишь показывают путь, по которому следует идти, чтобы решить таки поставленную задачу.

Для наглядности далее приведены графические иллюстрации расчетных АЧХ, о которых было рассказано выше:

polka_015 ldsound.ru  (1)

7. Как же грамотно «употребить» 4 ГД-5?

Конечно, ЭТА ТЕМА не имеет прямого отношения к решаемой задаче (о «хорошем НЧ-СЧ динамике»), но раз уж зашел подробный разговор о динамике 4ГД-5, то имеет смысл рассказать несколько слов о том, как же грамотно следует применять этот динамик (в «родном» исполнении).

Формально это низкочастотный динамик, но следует признать, что глубоких басов он не может воспроизвести. Хотя – как знать?.. Как знать?.. Очень многое зависит от типа оформления, если поместить этот динамик в «Закрытый Ящик» объемом 25-30 л, то естественно – ничего хорошего не получится…

Теоретические расчеты показывают, что хорошие результаты (в полной полосе) динамик 4ГД-5 «дает» в оформлении типа Экран(!) или ЗЯ, но очень большого объема (V=60-100 л). Оба этих варианта – большого габарита.

Вообще, динамик высокодобротный и Открытое Оформление для него – это естественное техническое решение. Очень хорошо 4ГД-5 подойдет для старинной ламповой радиолы, в которой задняя стенка закрыта листом оргалита с большим количеством отверстий (это можно считать одним из вариантов Открытого Оформления).

Есть еще один вариант удачного использования головки 4ГД-5 – это в качестве среднечастотной в трехполосной АС! Когда я проводил свои самые первые «опыты» с головкой 4ГД-5, то полученные тогда динамики представляли собой модернизированные головки и по параметрам почти точно копировали «родные» 4ГД-5.

Примерно в то же время ко мне обратился один товарищ с просьбой помочь подобрать динамики для самодельной АС высокого класса. Также нужно было помочь ему с проектом ящика и с расчетом фильтров.

В результате мною были изготовлены (на заказ) басовики на тонком кевларе 50ГДН-3-8 (с легким диффузором) на сопротивление 8 Ом, «заточенные» под ламповый усилитель, и «восстановленные» головки 4ГД-5. Пищалки были закуплены Заказчиком – ленточные фирмы «Fountek» типа «NeoCD3.0». Вот этот набор динамиков:

polka_015 ldsound.ru  (3)

Не вдаваясь в подробности той работы, скажу, что частоты раздела фильтров были выбраны 350 Гц и 4,5 кГц. Подробную схему разделительных фильтров приводить, как мне кажется, здесь не имеет смысла, но коротко ее можно прокомментировать.

НЧ-звено: фильтр первого порядка на частоту 350 Гц с крутизной 6 дБ на октаву, плюс режекторный фильтр, настроенный на частоту 2300 Гц (частота резонанса кевларового диффузора головки 50ГДН-3). Фактическая крутизна спада АЧХ фильтра будет больше 6 дБ на октаву из-за влияния режектора.

Максимально упрощено СЧ-звено. Частоту 350 Гц «режет» фильтр первого порядка (конденсатор) с крутизной 6 дБ на октаву, а частота 4500 Гц – вообще не фильтруется! После проверки на звуковом генераторе оказалось, что у головки 4ГД-5 «реальный» завал АЧХ как раз и начинается с частоты примерно 4500 Гц. Применение простейшего СЧ-фильтра позволяет получить минимальные фазовые сдвиги в СЧ-звене.

ВЧ-звено: разделительный фильтр третьего порядка с крутизной 18 дБ на октаву на частоту 4500 Гц.

Габариты колонки – 1390х350х325 мм. Ящик имеет два отсека – низкочастотный и среднечастотный. НЧ-отсек – ящик с Фазоинвертором объемом V=80 л. ФИ представляет собой трубу с внутренним диаметром Ø90 мм и длиной 200 мм (такая труба обеспечивает резонанс в объеме 80 л fb=30 Гц). На упрощенном чертеже этих АС (см. далее) условно не показан звукопоглощающий материал.

СЧ-отсек ящика представляет собой ящик без задней стенки, иными словами его можно считать Открытым Оформлением! Точнее – на задней стенке СЧ-отсека установлен лист оргалита с большим числом просверленных отверстий (как в старинных радиолах). В этом же отсеке установлена ленточная пищалка и плата с фильтрами.

В данной АС расчетная частота среза составила 29 Гц по уровню -3 дБ и 26 Гц по уровню -6 дБ, АЧХ на НЧ максимально гладкая, чувствительность 90 дБ, сопротивление 8 Ω, но, несмотря на кевларовый басовик, главной «изюминкой» проекта являлось среднечастотное звено на «восстановленной» головке 4ГД-5!

ПОДВЕДЕМ ИТОГИ… Для динамика 4ГД-5 самое лучшее – это оформление типа Экран, или ЗЯ, но очень большого размера (60-100 л)! Возможен другой вариант применения – в качестве СЧ-головки в многополосной АС. И все ЭТО будет успешно работать!

polka_015 ldsound.ru  (3)

8. Что нужно изменить в 4 ГД-5, чтобы решить задачу?

Предыдущую главу можно вполне принять за некое «лирическое отступление», хотя и полезное… Займемся теперь главной задачей: как же сделать «ХОРОШИЙ НЧ-СЧ ДИНАМИК»?

В принципе, в главе 6 уже были указаны ТС-параметры, близкие к оптимальным… Имеется в виду, что речь там шла о динамике 4ГД-5 (т.е. с «родным» диффузором), у которого резонанс составляет примерно 45 Гц, но добротность каким-то искусственным способом занижена в 2 раза.

Короче, очевидно, что нужно уменьшить добротность динамика 4ГД-5 в 2 раза. И тогда можно будет решить поставленную задачу, решить полностью или максимально приблизится к нужным характеристикам АС (это уж как получится).

Кстати, было бы неплохо в этом эксперименте еще дополнительно уменьшить эквивалентный объем динамика Vas раза в полтора…

Вот с этими «ЦУ» и приступаем к эксперименту…

9. Поиск оптимальной конструкции

Про добротность динамика можно говорить бесконечно… Скажу, что на добротность влияет буквально все! В какой-то мере я уже говорил об этом в статье «САБ’овый динамик, заточенный под Лампу»: http://hiend.borda.ru/?1-4-40-00000009-000-0-0-1194729367

Есть статья Андрея Елютина с общим названием «Вспомнить все». Вот там, действительно, про добротность динамика рассказано ВСЁ! Кто интересуется – рекомендую почитать…

9.1. Магнитная система и звуковая катушка

Для нашего случая решение напрашивается само собой – выполнить намотку звуковой катушки в четыре слоя (вместо традиционных двух слоев).

Существует обоснованное (на первый взгляд) мнение, что лишние два слоя намотки катушки увеличивают ВДВОЕ так называемую «мощность мотора» динамика. Тем не менее, это совсем НЕ очевидно!!!

И я постараюсь это объяснить… Последнее утверждение (про увеличение мощности мотора) справедливо с одной существенной оговоркой: «При прочих равных условиях»! Иными словами, если длина провода увеличится в 2 раза, но при этом сохранятся без изменения общая масса, индукция в зазоре и т.п, то выигрыш действительно будет в 2 раза. Но вот этого то, как раз, и не выполняется при перемотке катушки на 4 слоя (или 6 слоев).

Покажем это на конкретном примере. Возьмем за исходный тот же динамик 4ГД-5: ширина зазора 1,0 мм, магнитная индукция в зазоре 1,0 Тл, ферритовое магнитное кольцо К85х35х15. Ширина зазора такова, что штатная катушка с двумя слоями туда еле-еле умещается! Чтобы «уложить» в этот зазор катушку с двумя ЛИШНИМИ слоями провода нужно увеличить ширину зазора (т.е. придется расточить керн или фланец магнитной системы). И если мотать тем же проводом в 4 слоя, то нужно увеличить зазор до величины примерно 1,60-1,65 мм. А дальше совсем просто – если оставить магнит «родной», то при таком увеличении зазора индукция в зазоре снизится с 1,0 Тл до примерно 0,75-0,80 Тл. Скажем также так, между прочим, что КПД динамика зависит от магнитной индукции <в квадрате>!

Вот и получается, что ожидаемого улучшения параметров динамика <в 2 раза> даже близко не будет, из-за снижения магнитной индукции в зазоре при расточке керна или фланца. А там еще – общая масса подвижки возрастет (медного провода ведь становится как минимум в 2 раза больше). И в лучшем случае суммарный выигрыш будет примерно 30%…

Чтобы перемотка катушки на два лишних слоя действительно дала бы результат <в 2 раза> НУЖНО УВЕЛИЧИТЬ МОЩНОСТЬ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ! Короче, нужно изменить конструкцию магнитной системы таким образом, чтобы, несмотря на увеличение зазора, индукция в зазоре осталась бы без изменения (а лучше, чтобы еще и возросла) – вот тогда можно будет получить действительно хороший результат!

Стандартные магнитные ферритовые кольца имеют типоразмеры: К85х35х15 (4ГД-5, 6ГД-2, 10ГД-34, 15ГД-11), К110х45х16 (10ГД-30Б, 25ГДН-3, 35ГДН-1), К134х57х12 (75ГДН-1 и др.), на 75-ках установлено по два магнитных кольца.

В принципе для перемотки динамиков типа 4ГД-5 или 6ГД-2 на катушку с 4-мя слоями подойдет «родная» МС от динамика 25ГДН-3 (с более мощным магнитом) – там зазор в аккурат 1,60 мм… Скажу больше, даже крепежные отверстия совпадают!

Но если бы было все так просто…

Дело в том, что есть еще одно обстоятельство, которое обязательно следует учитывать! Звуковая катушка динамика имеет определенную индуктивность, в результате этого полное сопротивление динамика складывается из омического и индуктивного сопротивления. С ростом частоты сигнала индуктивная доля в сопротивлении динамика возрастает, еще и фазовый сдвиг с ростом частоты также растет. И совершенно очевидно, что чем больше индуктивность звуковой катушки динамика, тем больше индуктивная доля в сопротивлении и тем больше фазовый сдвиг, особенно на частотах выше 2-3 кГц!

Так вот, перемотка катушки динамика на 4 слоя неизбежно приведет к росту индуктивности нагрузки (со всеми «вытекающими последствиями»). Для «чистого» басовика такое вполне можно допустить, но для НЧ-СЧ динамика – такое решение можно считать рискованным, т.к. излишняя индуктивность звуковой катушки может сильно навредить качеству звучания на средних и тем более на высоких частотах.

Тут можно дискутировать до бесконечности, но факт проверенный. Вопрос в другом – можно ли с этим бороться? Существует два способа, которые могут уменьшить рост индуктивности катушки при перемотке на 4 слоя.

Во-первых, можно уменьшить высоту намотки звуковой катушки! Кто-то спросит: «А как же с осевым ходом Xmax?» Если речь идет о НЧ-динамике, то максимальный осевой ход динамика можно определить, как разницу между высотой намотки катушки и высотой магнитного зазора. Если нужно уменьшить высоту намотки катушки, но при этом оставить без изменения Xmax, то следует ОДНОВРЕМЕННО УМЕНЬШИТЬ высоту намотки катушки и высоту магнитного зазора.

Приведем пример. Два динамика: первый – высота намотки катушки 15 мм, высота магнитного зазора 10 мм, получается: Xmax=5 мм; второй динамик – высота намотки катушки 10 мм, высота магнитного зазора 5 мм, осевой ход получается такой же: Xmax=5 мм. Так вот, у второго динамика индуктивность звуковой катушки будет существенно меньше (при намотке одинаковым количеством слоев и на одинаковое сопротивление).

Кстати, Дмитрий Рутковский также рекомендовал при намотке звуковой катушки в 4 или 6 слоев уменьшать высоту намотки с ОДНОВРЕМЕННЫМ уменьшением высоты магнитного зазора (это было, если не ошибаюсь, на форуме «Аудиопортал»).

Во-вторых, можно применить так называемый коротко-замкнутый виток на керне, иными словами, на керн следует надеть тонкий медный колпачок – это также существенно уменьшает индуктивность катушки динамика. Обычно толщина такого колпачка составляет 0,25-0,35 мм – очевидно, что применение колпачка приведет к еще большему увеличению зазора и снижению магнитной индукции в зазоре. Действительно, если нам нужен геометрический зазор 1,60-1,65 мм, то с медным колпачком на керне реальный магнитный зазор составит уже около 2,0 мм! В итоге – применение медного колпачка приводит к дополнительному снижению магнитной индукции в зазоре!

Получается так: «Хвост вытянул из трясины, но голова увязла, голову вытянешь – хвост увязнет…»

Улучшение какого-то одного параметра динамика, как правило, приводит к ухудшению других параметров. В который раз убеждаешься, что конструирование динамика – это постоянный поиск компромиссов!

9.2. Максимальный осевой ход

Особенность НЧ-СЧ динамика состоит в том, что ему надлежит воспроизводить как басы (40-50 Гц), так и середину (вплоть до 4000-6000 Гц). Если увеличить осевой ход динамика Xmax до 8-10 мм, то сильно возрастет индуктивность звуковой катушки и это просто «убьет» «верхнюю середину». Напротив небольшая величина Xmax сильно испортит нижнюю часть диапазона.

Исходя из статистических данных, я остановил свой выбор на Xmax, равном 5-6 мм. Дело в том, что у динамика 10ГД-30Е (8”) осевой ход Xmax=5 мм и при этом динамик способен «давать» басы на уровне 40 Гц! В то же время, такой же осевой ход (Xmax=5 мм) у динамиков 4ГД-5 и 6ГД-2 – и оба эти динамика очень хорошо воспроизводят «середину».

9.3. Выбор магнита

Если честно, то особенного выбора то здесь и нет. Либо ферритовое магнитное кольцо К110х45х16 (от динамика 25ГДН-3), либо два ферритовых кольца К134х57х12 (от динамика 75ГДН-1). Я уже «опыты» в этом направлении проводил и скажу, что кольцо К110х45х16 хорошее, но недостаточно мощное… Приходится в данной работе ориентироваться на МС от 75-ки.

Однако совершенно понятно, что МС от 75-ки – слишком громоздкая для корзины динамика 4ГД-5! Хотя она по мощности магнита более чем устроит, но для этого динамика – это слишком тяжелая МС. При такой массе МС (около 3,5 кг) может произойти деформация корзины динамика – в результате становится проблематичным применение магнитной системы от 75-ки для динамика 4ГД-5.

При осуществлении данного эксперимента по акустике я решил, что «патронов жалеть» не следует. Было ясно также, что МС от 75-ки для этого проекта не годится из-за чрезмерной массы. Поэтому было принято решение применить эксклюзивную магнитную систему, а именно применить высокоэффективные редкоземельные магниты марки «Неодим-Железо-Бор». Магниты этого типа позволяют получить огромную энергетику при очень скромных габаритах МС (фотографии я покажу далее).

9.4. Выбор подвеса

На «родном» динамике 4ГД-5 подвес из бумаги. Можно его отрезать и приклеить подвес из резины, из пенополиуретана (ППУ) или из прорезиненной ткани. Ссылки на изготовителей подвесов я приведу далее (см. гл. 16).

Если нужно понизить резонансную частоту динамика, то можно применить подвесы с бо’льшей гибкостью. Или простыми словами – эти подвесы должны быть более мягкие. В этом случае резонанс действительно снижается, однако, при этом увеличивается эквивалентный объем динамика! Расчеты показывают, что в такой ситуации выигрыш от снижения резонансной частоты «съедается» проигрышем от увеличения эквивалентного объема динамика, а это означает, что <по частоте среза> не получается никакого выигрыша от применения более мягкого подвеса! Нужно сделать оговорку, что такое утверждение справедливо при условии соблюдения «прочих равных условий».

Но, эквивалентный объем динамика Vas зависит не только от гибкости подвеса, но еще и от площади диффузора! В частности, если применить подвес такой же гибкости, но с уменьшенным так называемым «установочным» диаметром, то это позволит понизить эквивалентный объем динамика (почти) без изменения резонансной частоты!

На первый взгляд, это может показаться пустяками и «крохами», однако ЭТО сильное оружие в руках конструктора динамиков! Так, для динамика размером 8” снижение установочного диаметра подвеса с Ø150 мм до Ø140 мм (при сохранении гибкости) позволяет понизить эквивалентный объем динамика примерно на 15% – это соответствует увеличению объема ящика с V=30 литров до V=35 л! При желании это можно пересчитать в снижение частоты среза АС.

10. Техническое исполнение придуманного

Итак, диффузор «родной» от 4ГД-5 (масса диффузора 3,7 грамма). Подвес из прорезиненной ткани с уменьшенным установочным диаметром на диффузоре (Ø140 мм). Вместо пылезащитного колпачка из проницаемой ткани был установлен бумажный колпачок диаметром Ø40 мм и тоже с уменьшенной массой (в такой колпачок пальцем лучше не тыкать!) Центрирующая шайба была применена новая от динамика 25ГДН-1.

Каркас звуковой катушки был изготовлен из каптона, на боковой поверхности каркаса катушки были сделаны несколько отверстий для устранения компрессии под колпачком. Высота намотки 11 мм (как и у «родной» головки 4ГД-5), намотка таким же проводом (как у «родного» 4ГД-5) только в 4 слоя. Естественно при такой переделке сопротивление доработанной головки увеличилось ровно в 2 раза и стало 16 Ω, точнее 16 Ω – это полное сопротивление головки, а сопротивление постоянному току составило около 13 Ω.

Была изготовлена новая магнитная система с применением редкоземельных неодимовых магнитов (было изготовлено 2 комплекта). Задний фланец с керном был заимствован от МС КИНАП’овского динамика 4А-28, там как раз на керне уже установлен медный колпачок (КЗ-виток). Передний фланец от динамика 10ГД-34 (25ГДН-1), но переточенный. Вот внешний вид такой магнитной системы:

polka_015 ldsound.ru  (7)

Геометрическая ширина зазора составляет 1,65 мм, но если принять во внимание толщину медного колпачка, то реальная ширина зазора составляет около 2,0 мм. Высота магнитного зазора 5,5 мм, поэтому с учетом высоты намотки катушки (11 мм) максимальный осевой ход составил Xmax=5,5 мм.

Несмотря на компактные габариты по «энергетике» такая магнитная система примерно соответствует МС от 75ГДН-1, и даже чуть больше (на 15%), для сравнения я сфотографировал оба этих динамика рядом:

polka_015 ldsound.ru  (5)

Магнитная индукция в зазоре у «новой» МС составила 1,22 Тл (вместо 1,0 Тл у «родной» головки 4ГД-5 и это при увеличенной в 2 раза ширине зазора!)

Дополнительно были выполнены еще некоторые улучшения конструкции. Например, для уменьшения собственных резонансов корзина динамика изнутри была обклеена линолеумом толщиной 2,5 мм, а между корзиной и МС установлена демпфирующая прокладка из плотной бумаги.

Было изготовлено два модернизированных динамика на основе 4ГД-5, вот как окончательно все это выглядит:

polka_015 ldsound.ru  (4)

11. Параметры

Итак, полученные динамики имеют полное сопротивление 16 Ω, омическое сопротивление около 13 Ω, индуктивность звуковой катушки составила около 0,45 мГн. Верхняя граница частотного диапазона составила 5500 Гц. Нижняя граница диапазона 45 Гц, однако, совершенно ясно, что частота среза по НЧ зависит во многом от акустического оформления, т.е. от конструкции ящика. Расчетная чувствительность полученных динамиков 93-94 дБ (подробнее об этом поговорим далее).

По ТС-параметрам у изготовленной пары динамиков получилось некоторое расхождение, точнее чуть большее, чем я ожидал. Предполагалось применять эти динамики одновременно, а именно: один динамик в левой АС, второй – в правой АС. Поэтому, чтобы не вводить путаницу в дальнейший анализ результатов, я приведу сначала параметры одного динамика и покажу, что из этого получается. А затем в отдельной главе приведу параметры второго динамика и расскажу, что нужно изменить в конструкции АС, чтобы свести к минимуму разницу по АЧХ (см. главу 12).

Итак, параметры первого динамика: резонансная частота fs=47 Гц, эквивалентный объем Vas=33 л, полная добротность Qt=0,336. Первые впечатления очень обнадеживающие… По резонансу полученный динамик достаточно близок к «родному» 4ГД-5. Но эквивалентный объем оказался в 1,5 раза меньше, а полная добротность ниже «родной» более чем в 2 раза – эти факторы очень радуют, т.к. именно к этому я и стремился с самого начала данного эксперимента.

11.1. Влияние лампового усилителя

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

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

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

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

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

11.2. Расчетная АЧХ

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

polka_015 ldsound.ru  (31)

polka_015 ldsound.ru  (4)

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

11.3. Фазовый сдвиг

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

polka_015 ldsound.ru  (32)

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

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

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

polka_015 ldsound.ru  (33)

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

12. Второй динамик

Как обещал – правду и только чистую правду…

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

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

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

polka_015 ldsound.ru  (34)

polka_015 ldsound.ru  (3)

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

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

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

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

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

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

12. Прослушивание

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

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

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

polka_015 ldsound.ru  (4)  polka_015 ldsound.ru  (1)

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

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

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

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

13. Конструкция полочной АС

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

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

polka_015 ldsound.ru  (6)

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

Я «прикинул» конструкцию ящика для этой АС. Если предположить, что толщина стенок будет 16 мм, то ящик с габаритами 560х270х270 мм как раз и будет иметь объем V=30 л. Фазоинвертор – труба диаметром Ø60 мм. Для динамика №1 (с резонансом fs=47 Гц) длина трубы должна составить L=87 мм (расчетная частота настройки fb=46 Гц), а для динамика №2 (с резонансом fs=52 Гц) длина трубы должна быть L=100 мм (расчетная fb=44 Гц).

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

polka_015 ldsound.ru  (2)

14. Итоги

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

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

номинальная мощность: 6 Вт*
диапазон частот: 45 – 5500 Гц
чувствительность: 93 дБ
полное сопротивление: 16 Ом
сопротивление постоянному току: 13 Ом
индуктивность звуковой катушки6 0,45 мГн

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

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

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

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

ТС-параметры динамиков:

динамик №1: fs=47 Гц, Vas=33 л, Qt=0,336,
динамик №2: fs=52 Гц, Vas=26 л, Qt=0,421.

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

15. Повторяемость результатов

Вообще вся эта работа делалась очень медленно и растянулась на полтора года. Первоначальная идея постепенно переросла в конструкцию динамика. Плюс технологические проблемы пришлось решать достаточно долго (спроектировать магнитную систему, купить магниты, отдать токарю фланцы для расточки, сделать декоративные покрытия фланцев, собрать все и т.д.) Эта статья «сочинялась» постепенно и одновременно с работой.

На первых двух динамиках я допустил некоторое НЕвнимание при отборе комплектующих. И в результате «по факту» у пары динамиков оказалось расхождение по параметрам: по резонансу на 10% и по полной добротности на 25%.

Совсем недавно я повторил эту работу и изготовил еще пару таких же динамиков, причем на этот раз более тщательно подошел к предварительному отбору подвесов и центрирующих шайб. В результате на новой паре динамиков расхождение параметров было очень незначительным (дин. №3 – fs=46 Гц, Vas=34,5 л, Qt=0,328, дин. №4 – fs=48 Гц, Vas=31,5 л, Qt=0,354). По резонансной частоте расхождение составило всего 2 Гц, а по полной добротности расхождение было около 8%. Параметры второй пары были очень близки к динамику № 1 из первой пары.

После этого можно утверждать, что повторяемость результатов очень хорошая! То обстоятельство, что у второго динамика (в первой паре) параметры немного «уплыли», можно отнести на счет невнимательной комплектации перед сборкой. Тем не менее, я решил не удалять из статьи главу про «ВТОРОЙ ДИНАМИК». Мне кажется, что там содержится полезная информация, позволяющая в какой-то мере понять, что же делать, когда в левой и правой АС динамики имеют заметное расхождение ТС-параметров.

16. Рекомендации для желающих это повторить

Когда я раньше опубликовывал свои «опыты» с кевларом, то меня часто упрекали, что нельзя, мол, это повторить, а где его (кевлар) брать? и т.д. В итоге мой кевлар довольно часто начинали жестоко ругать. На этот раз ничего сверх естественного! Никакого кевлара… Так что, все ЭТО при желании можно повторить, не правда ли?

Достаточно на радиорынке или барахолке купить динамики 4ГД-5, пусть не новые, пусть сгоревшие или даже с порванным подвесом, главное, чтобы диффузор был бы целым. Подвес, кстати, можно оставить «родной» бумажный, если он целый, или применить резиновые подвесы от динамиков 10ГД-30Е (только мягкие), или применить подвесы из ППУ производства ООО «Диффузор» (г. Санкт-Петербург), или использовать тканевые подвесы от Петра Зодниева (г. Казань). Вот ссылки: http://diffusor.spb.ru/podves.html и http://podves.narod.ru/

На предварительной стадии отбора целесообразно подобрать подвесы и центрирующие шайбы более-менее одинаковые по жесткости, чтобы минимизировать разброс параметров. Если же при отборе комплектующих очевидно, что один из подвесов чуть жестче другого, то при сборке можно на динамике с более жестким подвесом установить более мягкую центрирующую шайбу – это позволит минимизировать различия по ТС-параметрам в паре динамиков.

Я использовал задний фланец и керн с медным колпачком от КИНАП’овского динамика 4А-28, передний фланец от динамика 25ГДН-1, но расточенный. В принципе можно применить «родные» детали (и без доработки) от МС распространенного динамика 10ГДШ-1, там тоже керн имеет медный колпачок. Правда, 10ГДШ-1 грубовато изготовлен…

Неодимовые магниты в виде цилиндров сейчас можно купить в некоторых магазинах радиотоваров или через Интернет. Еще ссылка: http://www.chipdip.ru/catalog/show/magnets.aspx

Так что ничего невозможного нет!

16.1. Вариант на динамике 10 ГДШ-1

Очевидно, что аналогичную работу можно проделать и на корзине динамика 10ГДШ-1, только рекомендую удалить высокочастотный конус. Разумеется, по сравнению с «родным» 10ГДШ-1 результат также будет существенно положительный, однако в 10ГДШ-1 масса «родного» диффузора в полтора раза больше по сравнению с динамиком 4ГД-5, в итоге конечный результат будет более скромный.

16.2. Вариант на динамике 6,5”

Если то же самое сделать на динамике размером 6,5”, то можно получить хороший НЧ-СЧ динамик, на котором будет возможным получить частоту среза 40-45 Гц в объеме ящика 16-20 л. Для получения хорошего результата следует применять легкие диффузоры.

16.3. Вариант на динамике 6 ГД-2 (10”)

По-моему, это самый интересный случай. Динамик 6ГД-2 в некотором роде аналогичен динамику 4ГД-5. У 6ГД-2 тоже завышенная полная добротность Qt (чаще всего 0,6-0,8 и очень редко 0,5) и, как правило, очень большая величина эквивалентного объема. Поэтому 6ГД-2 успешно применяется в Открытом Оформлении или в ЗЯ очень большого размера. С Фазоинвертором этот динамик почти никогда не «сочетается». В результате 6ГД-2 не может «дать» глубоких басов.

Так вот, применение описанной выше конструкции в динамике 6ГД-2 позволит существенно уменьшить добротность. Как следствие – этот легендарный динамик можно будет успешно применить в оформлении типа «ФИ». У такой АС неизбежно возрастет КПД в области самых низких частот. Кроме того, следует отметить, что для случаев с низкой добротностью Qt для получения гладкой АЧХ рекомендуется увеличивать отношение (Vas/V), что, как раз, крайне желательно для динамиков с большим эквивалентным объемом! Помимо этого, у такого модернизированного 6ГД-2 (по аналогии с доработанным 4ГД-5) должно улучшится качество звучания «верхней середины».

17. Несколько слов в заключении

На первый взгляд может показаться, что все рассказанное в этой статье – полный бред. Однако не следует торопиться с выводами… Конструирование АС дело сложное, а конструирование динамика – тем более. Хорошо, когда габариты колонок ничем не ограничены, в этом случае можно сделать крупногабаритную АС или Экран циклопических размеров. И КАЧЕСТВО ЗВУЧАНИЯ НЕ ЗАСТАВИТ СЕБЯ ЖДАТЬ!

Другое дело, когда габариты жилого помещения ОГРАНИЧЕННЫЕ и приходится применять акустику среднего или малого габарита. В малогабаритной АС намного сложнее получить приемлемый уровень в низкочастотном диапазоне – а что делать, если этого очень хочется? Можно применить ТЯЖЕЛЫЙ диффузор и тогда наверняка «басов прибавится», но качество звучания при этом ухудшится из-за увеличения инерционности излучателя. А как получить достаточный уровень НЧ, да еще на ЛЁГКОМ диффузоре, да еще и в ограниченных габаритах АС? Вот, что называется, задача!

Когда-то давно принесли мне в ремонт НЧ-динамик 1-504-233-11 (от музыкального центра Sony «Император»). Это какой-то элитный музыкальный центр и в данном случае это («Музыкальный центр») скорее символическое название, т.к. там ящики были около 50-60 литров. Сам басовик – 10”, имеет легкий бумажный диффузор, очень похожий на диффузор от нашего 6ГД-2, корзина, кстати, тоже штампованная, подвес очень мягкий из прорезиненной ткани, звуковая катушка намотана в 4 слоя, полное сопротивление 12 Ω. Интересный динамик! Кстати, после прочитанной статьи ничего не напоминает? Потрясающее качество звучания и очень «серьезные» басы, несмотря на легкий диффузор!

Аналогичные конструкции с легким бумажным диффузором и звуковой катушкой, намотанной в 4 слоя, я встречал и в других импортных бытовых динамиках. Вот примеры : динамик 1-504-534-11 фирмы Sony JPN, 10” 12 Ω, динамик 20WB806A фирмы Sharp JPN, 8” 6 Ω, динамики Т-8110-420-1 и 1-504-377-11 фирмы Sony JPN, 6,5” 6 Ом.

Существует расхожее выражение, типа, подумаешь, «Велосипед придумал»! Означает, что «ничего нового» в этом нет. Действительно, нового, пожалуй, я ничего не придумал. Все это где-то и когда-то уже было. Взять, например, наши эстрадные басовики фирмы КИНАП (25ГДН-4, 2А-9 и др.) – относительно легкие диффузоры, катушка в 4 слоя и огромной мощности магнит. И, тем не менее: НЧ-СЧ динамик в итоге получился оригинальный (!?) и найти ему аналог в каталогах разных фирм очень непросто…

Динамик 4ГД-5 уже был «опробован» в качестве среднечастотного в многополосной АС и результат был отличный – это уже факт!

Применение же доработанной головки 4ГД-5 в качестве НЧ-СЧ динамика требует дополнительного прослушивания, т.к. «объект исследования» совсем еще малоизученный. Хотя признаюсь, что и «новая» НЧ-СЧ головка также сравнивалась с «родной» головкой 4ГД-5 и с исключительно положительным результатом! Из-за существенного снижения полной добротности такой динамик становится возможным (и нужным!) применять в оформлении типа «ФИ».

Конечно, можно было бы ограничиться только фотографиями модернизированного динамика и привести его ТС-параметры. И все. Однако, я решил подробнее изложить ход своих мыслей при разработке этой модели динамика, а также подробно показать некоторые конструктивные особенности, в результате которых и «родился» данный динамик. По сути, здесь продемонстрирован способ, как можно «заточить» динамик под любую конкретную задачу.

Надеюсь, что кому-нибудь из динамикостроителей мой опыт окажется полезным…

Автор работы: Зотов С.  (zotoff@inbox.ru)
2010

5 комментариев: Хороший НЧ/СЧ динамик. Ода динамику 4 ГД-5

  1. Владимир пишет:

    Спасибо за труд !! и идею

  2. Antanas357 пишет:

    Спасибо. Очень интересный материал.

  3. Сергей пишет:

    Грамотный подход к конструированию ас. Только это ужн не 4гд5.Улучшение ВЕРХНЕЙ СЕРЕДИНЫ я связываю с повышением индукции в зазоре. У меня 6гд2 с Альнико.Знаю, что говорю.После многочисленных экситриментов и комбинаций отказался использовать его на самом низу.Это сильно влияет на красоту звука, которую ни чем не измерить.Сейчас трудяться как НЧ/СЧ до 5000гц в открытых ящиках от 1 Симфонии растиленной ровно пополам с уменьшением боковых крыльев.Обьем около 20 литров.

  4. corvet028 пишет:

    явас приветствую меня зовут евгений из мариуполя абсолютно все очень грамотно научно-практично обосновано даже неслушав вашу работу могу сказать что все будет играть на высшем уровне сам доделываю шиты на 2 30гдн 2б 1 25гд 1-8 большой широкополосник пр-ва гагарина и вч бумага rft измерять не чемвсе на слух я уже собирал их понравилось приятно читать от человека с головой и руками!

  5. serg пишет:

    У автора чувствуется тяга к ламповым усилителям.Переделка и доработка динамиков непростое дело,чтобы объективно оценить полученные характеристики необходима заглушенная камера,измерительное оборудование и т.д.,а полагаться на слух – это очень субъективно.Время переделок и доработок старых динамиков прошло.Автор сделав эту публикацию похоже ищет себе работу.Я уже много лет использую акустику Canton Karat M 90 DC и мне смешно вспоминать как звучали 10 мас,25 ас,35 ас и прочие.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *