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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Lautsprecher mit Dipolstrahlern. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Lautsprecher Der Autor schlug ein originelles Design von Lautsprechern mit Dipolstrahlern vor. Das Akustikdesign dynamischer Köpfe, die hauptsächlich für Autolautsprecher bestimmt sind, besteht aus Kunststoffrohren. Es ist auch zulässig, Rohre aus Pappe oder Pappmaché mit ausreichender Dicke und geeignetem Durchmesser zu verwenden. Um die Parameter des hergestellten Lautsprechers zu konfigurieren und zu überprüfen, verwendete der Autor das Computerprogramm SpectraLab. Kürzlich in der Zeitschrift Radio veröffentlichte Artikel zeigen, dass der Entwicklungsstand audiophiler Lautsprechersysteme auf ein neues Niveau gestiegen ist. Dies ist offensichtlich nicht zuletzt auf die Verfügbarkeit hochwertigerer Köpfe zurückzuführen. Heutzutage werden am häufigsten dynamische Köpfe für Autolautsprecher unterschiedlicher Leistung verkauft, die eine recht hohe Klangqualität bieten. Das im Artikel beschriebene Akustiksystem kann einem Amateur mit dynamischen Köpfen zur Verfügung gestellt werden, und die Verwendung vorgefertigter Kopfsätze für Autolautsprecher vereinfacht deren Auswahl erheblich. Der Zweck der Entwicklung dieses Designs war der Wunsch, ein Akustiksystem mit gutem Klang und originellem Design zu schaffen; Darüber hinaus war es interessant, sich verschiedene Möglichkeiten der akustischen Gestaltung der Felle anzuhören. Insbesondere sollten die besonderen Klangeigenschaften von Bipolar- und Dipollautsprechern verglichen werden, die sich in der Richtcharakteristik und Phasencharakteristik der Abstrahlung unterscheiden (mehr zu den Besonderheiten ihrer Wirkungsweise weiter unten im Text). Als Ergebnis der Analyse des Designs verschiedener Lautsprecher (bipolarer „Mirage“ [1], Dipol „Alon“, hergestellt von ACARIAN SYSTEMS usw.) entwickelte der Autor das Design des hier beschriebenen Lautsprechers. Die Gehäuse der Lautsprechersysteme (Abb. 1) bestehen aus Polyethylenrohr mit einem Außendurchmesser von 160 mm und einer Wandstärke von 9 mm. Lautsprecher: Drei-Wege-Lautsprecher; Jeder besteht aus drei separaten Boxen, die zu einer Struktur zusammengefasst sind. Der dynamische Basskopf wird horizontal in der oberen Endebene der Hauptbox eingebaut. Sein Innenvolumen ist von unten (bis zu den Bassreflexrohren, die sich auf der Rückseite des Gehäuses befinden) mit Polyesterpolsterung geringer Dichte gefüllt, und über den Rohren befinden sich zwei Ringe aus dichtem Schaumgummi mit einer Breite von 5 cm, die das Stehen reduzieren Wellen im Körper. Der Abstand zwischen den Ringen beträgt ca. 50 cm.
Die über dem Tieftönerkopf montierte Mitteltönerbox dient gleichzeitig als „Diffusor“ für den Tieftönerstrahler. Diese Box besteht aus einem Abschnitt eines ähnlichen Rohrs. Das Innenvolumen ist mit dreilagiger Polsterung mittlerer Dichte (Sintepon-Baumwolle-Sintepon) gefüllt. An den Stirnseiten sind baugleiche Kopfhalter aus Kunststoff mit abnehmbaren Schutznetzen daran befestigt (mit Kleber oder Schrauben). Die Befestigung der Box erfolgt, wie aus der Zeichnung ersichtlich, mit gebogenen Stiften, die durch die hervorstehenden Halterungen des LF-Kopfes geführt werden (Wenn solche Vorsprünge nicht vorhanden sind, können Sie beispielsweise eine 2...3 mm dicke Duraluminiumhalterung mit den erforderlichen Vorsprüngen verwenden) und durch die Wände des oberen Blocks. Die Montagehöhe der Box wird mit gemusterten oder normalen Muttern eingestellt. Die HF-Box besteht aus einem Stück Polyethylenrohr mit einem Durchmesser von 40 mm und wird auf zwei Zierbolzen montiert, so dass zwischen den Boxen ein Abstand von ca. 15 mm entsteht. Die HF-Köpfe werden auf beiden Seiten des Rohrstücks montiert und nur durch festen Sitz fixiert. Das Aussehen der Lautsprecher - in Abb. 2.
Rohre mit dem erforderlichen Durchmesser können nach der in „Radio“ [2] beschriebenen Methode aus Pappmaché hergestellt werden, aber auch aus handelsüblichen Rohren für verschiedene Zwecke ausgewählt werden. Als letzten Ausweg können Sie rechteckige Kisten mit quadratischem Querschnitt aus Spanplatten oder MDF (komprimierte Holzstaubplatte) herstellen. Das Design (das Lautsprecherdiagramm ist in Abb. 3 dargestellt) verwendet drei Arten dynamischer Köpfe. Für das LF-Band (BA5) – ein Kenwood KW-160-1374-Kopf mit Thiel-Small (TS)-Parametern: Resonanzfrequenz Fs = 45 Hz, Gesamtqualitätsfaktor Qts = 0,5...0,55. Im Mitteltonbereich (VAZ, VA4) kommen P130LU15-08-4 Köpfe der Ryazan Radio Plant mit einer Resonanzfrequenz Fs = 75 Hz und einer Empfindlichkeit von 89 dB zum Einsatz [3]. Im HF-Band (BA1, BA2) werden LANZAR-Köpfe (für Autoakustik) verwendet: effektives Strahlungsband – 1...24 kHz, Empfindlichkeit – 94 dB und nahezu flach, ohne sichtbare Resonanz, komplexe Impedanzcharakteristik. Bei diesen Köpfen besteht die Kuppel aus Titan und in den Magnetspalt wird eine ferromagnetische Flüssigkeit eingebracht.
MF- und HF-Köpfe können auch aus Komponenten-Autolautsprechern verschiedener Hersteller verwendet werden. Es ist unerwünscht, Köpfe mit eingebautem zusätzlichem HF-Horn zu verwenden. Kompakte Tieftonköpfe mit ausreichender Leistung und einem Durchmesser von 6...6,5 Zoll dürfte man auch leichter unter den für Autolautsprecher konzipierten finden. Es ist zulässig, andere verfügbare Tieftöner zu verwenden, allerdings muss dann möglicherweise die Montage des Tieftönerkopfs und der Mitteltönerbox geändert werden. Die berechneten Abmessungen des Gehäuses mit Bassreflex für den verwendeten Basskopf erwiesen sich als unzumutbar groß (Volumen Vb, = 42 l), daher wurden die Abmessungen und die untere Frequenz des Wiedergabebandes an das Gehäuse mit kleinerem Volumen angepasst. Um die Länge des Resonators mit der berechneten Querschnittsfläche zu reduzieren, werden zwei Bassreflexrohre verwendet. Der Bassreflex-Resonator wurde ohne Tiefpassfilter nach dem Kriterium der besten Wiedergabe des Klangs tiefer Frequenzen bei gleichzeitig klarem Klang im Mittelfrequenzbereich abgestimmt. Anschließend wurde die komplexe Widerstandskennlinie überprüft, die die Gleichheit der charakteristischen Maxima und der Rohrabstimmfrequenz Fb = 42 Hz zeigte. Werden in Lautsprechern heimische NF-Köpfe verwendet, so sind die Parameter der Konstruktionselemente (Gehäusevolumen, Bassreflexrohrabmessungen etc.) in [4] und in Beschreibungen von Konstruktionen mit ähnlichen Köpfen zu finden. Dieses Design verwendet Filter der zweiten (für den NF-Kopf) und ersten (für die MF- und HF-Köpfe) Ordnung. Bei Filtern 3. Ordnung (MF und HF) erwies es sich als schwierig, einen konsistenten Klang und eine akzeptable Phasencharakteristik der komplexen Impedanz im gewählten Akustikdesign zu erzielen. Bei der Herstellung von Filtern verwendete der Autor K73-17-Kondensatoren mit einer Kapazität von 4.7 μF bei 63 V, Oxidkondensatoren mit einer Kapazität von 100 und 47 μF von Jamicon (unpolare NP-Gruppen). Spule L1 hat 110 Windungen und ist mit 0,72 mm PEL-Draht ohne Rahmen auf einen Dorn mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Wickelbreite von 10 mm gewickelt. Um Verluste zu reduzieren, wird die Spule L2 (100 Windungen PEL 0,9-Draht) mit einem Magnetkern aus einem Paket W-förmiger Platten mit einem Querschnitt von 3,5...4 cm2 (ohne Brücken) hergestellt und auf den Rahmen gewickelt ein Ultraschalltransformator eines alten Fernsehers. Die Induktivität der Spule L2 wird durch Aufwickeln eines Teils der Windungen ausgewählt. Eine unschätzbare Hilfe bei der Messung aller Parameter der Köpfe und des Systems können das Programm SpectraLab [5] und eine einfache Set-Top-Box sein, die an die Soundkarte des Computers angeschlossen ist (Abb. 4). Mit einem solchen Gerät können Sie den Frequenzgang und den Phasengang der komplexen Impedanz direkt bei der Messung der Kopfparameter und der Einstellung des Bassreflexresonators und der Filter beobachten.
Im Programm müssen Sie im Abschnitt „Einstellungen“ den Modus einstellen, um den Quotienten der Teilung der Spannung am Eingang des rechten Kanals durch die analoge Spannung am linken Kanal (oder umgekehrt) anzuzeigen, und auch Schalten Sie den linearen Eingang der Karte im Modus „Aufnahme“ ein. Als Ergebnis sehen wir auf dem Bildschirm den Frequenzgang und den Phasengang des untersuchten Quadripols. Die Soundkarte des Computers muss vollduplex sein, d. h. einen gleichzeitigen Betrieb mit Ein- und Ausgang ermöglichen. In allen Modi müssen Sie den integrierten „Rosa“-Rauschgenerator im Abschnitt „Dienstprogramme“ aktivieren (weitere Informationen finden Sie im Abschnitt „Hilfe“ des Programms). Indem Sie das Programm in den Spektrum-Anzeigemodus schalten und den Mikrofoneingang der Soundkarte auswählen, können Sie den Frequenzgang und den Phasengang des Kopfes (Systems) anhand des Schalldrucks mit einer Genauigkeit messen, die von der Qualität des Mikrofons abhängt. Der Frequenzgang von Elektretmikrofonen für Computer ist linear genug, um die Ungleichmäßigkeit des Frequenzgangs von Köpfen und Lautsprechern auszuwerten. Darüber hinaus verfügt das Programm über Funktionen zum Ausgleich der Nichtlinearität des Frequenzgangs des verwendeten Mikrofons. Für akustische Messungen wurde ein „YOGA“ EM-195-Mikrofon mit einer Empfindlichkeit von 64 ± 3 dB (O dB = 1 V/µbar bei 1 kHz) und einer Bandbreite von 20...16000 Hz verwendet. Bei der Herstellung von Filtern für dieses Akustiksystem lag die größte Schwierigkeit in der Abstimmung der Mittel- und Hochtonköpfe, und am Ende erwies sich die einfachste Lösung als die effektivste. Bei den im Design verwendeten Köpfen ermöglichten Filter zweiter und erster Ordnung einen gleichmäßigen Frequenzgang. In Abb. Abbildung 5 zeigt den Frequenzgang des Lautsprechers, der vom Programm „SpectraLab“ dargestellt wird, aufgenommen, als das Mikrofon auf der Strahlungsachse von 0 Grad (obere Kurve) und in einem Winkel von 90 Grad (untere Kurve) installiert wurde.
Der Frequenzgang des komplexen Impedanzmoduls des Lautsprechers, dargestellt in Abb. 6, ändert sich stufenlos im Bereich von 3,8...8 Ohm. Abweichungen in der Linearität des Phasengangs betragen nicht mehr als ±45 Grad. Es ist zu beachten, dass die für Messungen verwendete Soundkarte einen Phasengangabfall oberhalb der Frequenz von 10 kHz auf -90 Grad aufweist. Daher ist es vor der Messung erforderlich, den Messpfad zu kalibrieren, indem anstelle des Kopfes ein variabler Widerstand (mit einstellbarer Widerstandsskala) angeschlossen wird. Gleichzeitig kann damit die komplexe Impedanz des Lautsprechers gemessen werden.
Beim Anhören des gefertigten Akustiksystems wurden zwei Möglichkeiten zum Einschalten der Felle in den Mittelton- und HF-Boxen getestet. Die erste Möglichkeit besteht darin, dass die vorderen und hinteren Köpfe (unter Berücksichtigung ihrer physischen Position) gegenphasig eingeschaltet werden. In diesem Fall kann die resultierende Strahlungscharakteristik als bipolar betrachtet werden (Strahlung vorwärts und rückwärts in Phase). Sein Frequenzgang (im Artikel nicht dargestellt) ist in den Positionen 0 und 90 Grad gleichermaßen flach. Bei niedrigen Frequenzen (unter 300 Hz) treten Wellen auf, die den Klang jedoch nicht beeinträchtigen. Der Klang erhält im Vergleich zu einem herkömmlichen Lautsprecher eine größere Lautstärke. Der größte Effekt wird erzielt, wenn der Abstand zwischen den Lautsprechern mehr als 3...4 m beträgt. Beispielsweise wird bei der Installation von Lautsprechern in den diagonalen Ecken des Raumes die Stereobalance durch den entsprechenden Regler im Verstärker erreicht und sorgt so für einen angenehmen Klang für Heimvideos, Unterhaltungsmusik und Computerspiele. Die zweite Schaltmöglichkeit besteht beim phasengleichen Einschalten der Köpfe. Als Ergebnis erhalten wir ein Dipol-Akustiksystem, dessen Richtcharakteristik als „Achter“ definiert werden kann, da seitliche Strahlung im MF-HF-Bereich unterdrückt wird. In Wirklichkeit machte sich dieser Effekt nur geringfügig bemerkbar: Der Frequenzgang beim seitlichen Einbau des Mikrofons im 90-Grad-Winkel ist wie beim axialen (0 Grad) ebenfalls flach, jedoch mit einem sanften Abfall des Schalldruckpegels die mittleren und hohen Frequenzen (siehe Abb. 5). Diese Einbeziehung von Köpfen kann als isobar betrachtet werden, was die Resonanzfrequenz der Köpfe im akustischen Design nicht erhöht und darüber hinaus gerade Harmonische reduziert. In diesem Fall erlangte der Klang zusammen mit der Lautstärke eine größere Genauigkeit in der Entwicklung der Klangbühne und Klarheit; Diese Option wurde vom Autor bevorzugt. In beiden Fällen unterscheidet sich der Klang qualitativ vom Üblichen hinsichtlich der Tiefe der Bühne und ihrer Konstruktion sowie der geringen Abhängigkeit der tonalen Balance vom Hörort. Dadurch ist es möglich, sich im Raum sowohl vor der „Klangbühne“ als auch direkt in dieser zu bewegen, im Gegensatz zur üblichen eher schmalen Stereo-Effektzone. Lautsprecher sollten von den nächsten schallreflektierenden Flächen mindestens 40...50 cm entfernt sein und diese Flächen selbst sollten nach Möglichkeit mit absorbierenden Materialien (z. B. Vorhängen) abgedeckt werden. Um in einem Mehrkanal-Heimkinosystem im Dolby Surround ProLogic-Format ein diffuses Feld zu erzeugen, das die akustische Atmosphäre vermittelt, empfiehlt das Home THX-Lizenzprogramm die Verwendung von Dipolstrahlern als hintere Lautsprecher, die auf die Zuhörer ausgerichtet sein sollten, nicht mit der Vorder- oder Hinterlappen, jedoch mit der „Null“. Literatur
Autor: S. Alikov, Moskau
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