Схема громкоговорителя – Автоэлектрика, громкоговоритель для авто. – Схема-авто – поделки для авто своими руками

Электромагнитный громкоговоритель — Википедия

Капсюли ТА-56М, один из них — со снятой крышкой и мембраной. Видны полюсные наконечники

Электромагнитный громкоговоритель (по отношению к устройствам, не излучающим звук в окружающее пространство, а предназначенным для телефонов и наушников, применяются термины электромагнитный капсюль и электромагнитный телефон) — громкоговоритель, в котором звуковые колебания создаются за счёт движения мембраны из магнитного материала либо металлического якоря в поле неподвижного электромагнита. Исторически — самый первый громкоговоритель. С появлением динамических громкоговорителей электромагнитный громкоговоритель вышел из употребления в большинстве устройств, за исключением некоторых наушников и малогабаритных звуковых излучателей (например, компьютерных спикеров).

Принцип электромагнитного звукоизлучателя был использован в телефоне Белла. Однако конструкция его телефона позволяла только индивидуальное прослушивание воспроизводимого звука. До появления радиоламп предпринимались различные попытки усиления звука с помощью прерываемого воздушного потока (принцип сирены), но они отличались плохим качеством звука и не позволяли регулировать громкость.

Рупорный громкоговоритель, 1927 год

С появлением радиоламп появился источник электрического сигнала достаточно большой мощности, однако устройства, работавшие по принципу телефона Белла, не были способны воспроизводить звуковые колебания достаточной для непосредственного излучения звука в окружающее пространство амплитуды. В качестве решения проблемы долгое время использовались рупоры. Однако рупоры вносили искажения в сигнал и, кроме того, достаточно широкополосные для воспроизведения музыкальных произведений рупоры были весьма громоздкими.

В 1915 году Питер Йенсен (англ.)русск. предложил вместо мембраны использовать металлический якорь, соединённый с бумажным диффузором[1], что позволило отказаться от громоздкого рупора. Следующим шагом было изобретение индукторных громкоговорителей, или громкоговорителей системы «Фаранд», в которых якорь двигался не в направлении полюсных наконечников, а параллельно их поверхности, что позволило добиться большей амплитуды колебаний и лучшего воспроизведения низких частот.

В 1924 году Честер У. Райс (англ.)русск. и Эдвард У. Келлог (англ.)русск. представили конструкцию динамического громкоговорителя, которая в последующие годы вытеснила электромагнитные громкоговорители из большинства областей применения[2]. Однако это произошло не сразу: дело в том, что электродинамический громкоговоритель требует для работы магнита большой силы. Вместо этого до конца 40-х годов в громкоговорителях использовались электромагниты, что требовало дополнительного источника постоянного тока. Это ограничивало использование динамиков в батарейных приёмниках (что привело бы к большому расходу батарей) и радиоточках. Это также было одной и причин, почему громкоговорители типа «Рекорд» в СССР производились вплоть до 1952 года. В то же время, в недорогих сетевых приёмниках недостаток превращался в достоинство: полевая обмотка служила дополнительным фильтром питания для источника анодного напряжения, что упрощало и удешевляло конструкцию.

После прекращения выпуска электромагнитных громкоговорителей, электромагнитные капсюли широко использовались в телефонах, а также в наушниках, не требующих высокого качества воспроизведения звука. Кроме того, продолжают выпускаться миниатюрные электромагнитные излучатели, имеющие схожую область применения с пьезокерамическими. Вновь популярность электромагнитным излучателям вернули внутриканальные наушники, так как они не требуют большой амплитуды колебаний, а значит практически не имеют проблем с неравномерностью магнитного поля в зазоре и связанными с этим нелинейными искажениями, а также миниатюрные слуховые аппараты, где конструкция излучателя позволяет размещать его более компактно в слуховом проходе.

  • Рупорный громкоговоритель: рупор свёрнут в спираль

  • Диффузорный электромагнитный громкоговоритель

  • Диффузорный индукторный громкоговоритель

  • Громкоговоритель типа «тарелка»

  • Высокоомные головные телефоны

Устройство электромагнитного телефонного капсюля

Простейший электродинамический преобразователь состоит из постоянного магнита, насаженных на полюсные наконечники обмоток электромагнита и мембраны из магнитомягкого материала, заключённых в корпус из немагнитного материала. В исходном состоянии мембрана притягивается к полюсным наконечникам за счёт постоянного магнита, из-за чего прогибается в их сторону. При пропускании тока через электромагнит, в зависимости от направления тока, магнитные поля постоянного магнита и электромагнита складываются либо вычитаются. Если их векторы магнитной индукции направлены в одну сторону, они складываются и мембрана сильнее притягивается к полюсным наконечникам. Если в разные — магнитный поток уменьшается, мембрана распрямляется под действием силы упругости.

Такая схема годится для телефонов и наушников, не критичных к качеству звука и не требующих большой громкости. У таких телефонов ограничена как площадь мембраны, так и амплитуда её колебаний. Если суммарный магнитный поток будет достаточно сильным, мембрана притянется к полюсам и останется неподвижной при дальнейшем его росте. В обратном направлении движение мембраны ограничено нулевым результирующим магнитным потоком, когда мембрана полностью распрямляется, после чего с ростом тока в обмотке начнёт движение обратно к полюсным наконечникам. Если попытаться расположить мембрану дальше от полюсных наконечников, это приведёт к значительному ухудшению КПД. Кроме того, из-за несимметричности и неодинакового магнитного потока на разных расстояниях от полюсных наконечников такая схема подвержена чётным гармоникам[3].

Существовали также диффузорные громкоговорители такой схемы: в них вместо мембраны использовался металлический якорь, который с помощью тяги соединялся с бумажным диффузором. Однако довольно быстро в диффузорных громкоговорителях стали применяться более сложные схемы.

Дифференциальная схема[править | править код]

Механизм дифференциальной схемы

Для компенсации чётных гармоник применялись схемы, в которых на якорь в исходном положении силы притяжения магнитов не действуют. Для этого один или оба полюса электромагнита расщепляются. Полюса и якорь располагают так, чтобы последний притягивался к одной или другой паре полюсов в зависимости от направления пропускаемого через электромагнит тока.

Один из вариантов такого механизма изображён на рисунке. Здесь обмотка электромагнита расположена вокруг якоря, а сам якорь насажен на ось. В зависимости от направления тока через электромагнит, якорь будет притягиваться к правому верхнему и левому нижнему полюсу или правому нижнему и левому верхнему. Через тягу якорь соединён с диффузором.

Электромагнитный излучатель, применяющийся во внутриканальных наушниках Арматурные внутриканальные наушники Ultimate Ears SuperFi 5 Pro

Другой вариант, который применялся в громкоговорителях типа «рекорд» («тарелка»), а позднее — во внутриканальных наушниках, содержит гибкий якорь, соединённый с диффузором с помощью стержня. Один конец якоря соединён с одной парой противоположных полюсов двух постоянных магнитов, а другой — находится в зазоре между двумя другими. При пропускании тока через катушку, в зависимости от направления тока, сердечник притягивается к одному из двух магнитов.

Дифференциальные схемы имели небольшую величину чётных гармоник, однако не решали проблему неравномерности силы притяжения якоря в зависимости от расстояния от полюсного наконечника, из-за которой не удавалось значительно снизить уровень нечётных гармоник, особенно на низких частотах. В то же время, в излучателях небольшого размера, например, во внутриканальных наушниках, требуемая амплитуда колебаний невелика, из-за чего нелинейные искажения в таких наушниках, особенно на средних и высоких частотах, не больше, чем в динамических, и поэтому они годятся для высококачественного звуковоспроизведения.

Индукторные громкоговорители[править | править код]

Главная особенность индукторных громкоговорителей в том, что якорь в них двигался параллельно поверхности полюсных наконечников, что позволяло уменьшить зазор между полюсами и якорем, а также не допускать прикосновения якоря к полюсам при большой амплитуде колебаний.

Одна из схем индукторных громкоговорителей — система «Фаранд». В таком громкоговорителе также имеются четыре полюсных наконечника, на каждом из которых имеется электромагнит. Громкоговоритель такой системы имеет два якоря, соединённых тягой, расстояние между которыми отличается от расстояния между парами полюсных наконечников. Обмотки электромагнитов включены так, чтобы при подаче тока увеличивать магнитный поток через одну пару полюсов, и препятствовать замыканию магнитного потока через другую. В результате один из якорей будет втягиваться в «свой» магнитный зазор сильнее, а другой — слабее.

  • В.Г. Лукачер. Системы громкоговорителей // Радиофронт. — 1936. — № 5 (март).
  • В. В. Фурдуев. Электроакустика. — М.; Л.: тип. «Печат. двор», 1948. — С. 243-271. — 515 с. — (Физ.-матем. б-ка инженера). — 6000 экз. — ISBN 9785458387644.

ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ - Динамики - Усилители НЧ и все к ним

Редакция готовит к изданию книгу "Любительские громкогово­рители" нашего давнишнего автора Сергея Давидовича Батя. Предлагаем вниманию наших читателей описание конструкции одного из громкоговорителей из этой книги, в которой представ­лено несколько моделей АС с импортными головками.
Выбран­ные типы головок отличаются малым разбросом электроакусти­ческих параметров. Это отличие важно при повторении конст­рукций радиолюбителями, не располагающими специальной из­мерительной аппаратурой. В книге описания конкретных разра­боток дополнены полезными сведениями о параметрах головок и разделительных
фильтров, а также о конструкции корпусов громкоговорителей.

В конструкциях любительских громкоговорителей используются два типа акустического оформления головок НЧ: закрытый корпус и фазоинвертор.
Фазоинвертор является более слож¬ным      акустическим      оформлениемлучение на разных частотах имеет разный фазовый сдвиг относительно излучения диффузора динамической голов¬ки. Результирующее звуковое давление громкоговорителя получается путем сложения в пространстве прямого излу¬чения головки и выходного отверстия
 
шается на 3 дБ. Такое акустическое оформление удобно рассчитывать с по-мощью компьютерных программ, в ли¬тературе имеются таблицы и номо-граммы для расчета фазоинверторов.
При разработке громкоговорителя модели V2 ставилась задача создать напольный громкоговоритель с невы¬сокой себестоимостью, ориентирован-ный на работу с транзисторными уси¬лителями.
В громкоговорителе V2 используются динамические головки фирмы VIFA: НЧ— СЧ — M18WO-08-08 и ВЧ — D27TG-45-06 http://www.arkada.com>.
Корпус громкоговорителя с полез¬ным объемом 22 л изготовлен из ме-бельной фанеры толщиной 18 мм; его чертеж показан на рис. 1. В корпусе имеются две перегородки с отверстия¬ми, разделяющие объем натри отсека.
Труба фазоинвертора с наружным ди¬аметром 60 мм, внутренним диаметром 50 мм и длиной 73 мм закреплена на зад¬ней стенке так, что она находится в ниж¬нем отсеке. Два верхних отсека заполне¬ны синтепоном низкой плотности. Ниж¬ний отсек поглотителем не заполнен,
 

 

фЫТЫЙ корпус добавляет дополнитель¬ную жесткость динамической головке, в то время как фазоинвертор сам по се¬бе является колебательной системой. Динамическая головка и такое акусти-ческое оформление представляют со¬бой две связанные колебательные сис¬темы, которые в процессе работы обме¬ниваются энергией. Излучение звука происходит от фронтальной поверхнос¬ти диффузора и через отверстие фазо-инвертора, которое эффективно излу¬чает лишь в интервале частот, располо¬женном вблизи его резонанса. Это из-
 

фазоинвертора. Сложение звукового давления происходит с учетом фазы. При определенном подборе парамет¬ров динамической головки и фазоин¬вертора удается получить приемлемую АЧХ по звуковому давлению.
Для расчета такого акустического оформления необходимо по возможно¬сти точно знать T-S параметры головки (Тиля—Смолла): Fs, Vas, Qts- По этим па¬раметрам рассчитывается объем кор¬пуса Vb, частота настройки фазоинвер¬тора Fb и нижняя граничная частота F3, на которой звуковое давление умень-
 
но внутренние его поверхности оклеены искусственным мехом с длиной ворса до 15 мм.
На рис. 2 приведена АЧХ по звуковому давлению громкого-ворителя V2. Частотная харак-теристика имеет небольшой плавный провал в области средних частот, что совместно с несколько подчеркнутыми фа-зоинвертором басами создает иллюзию мягкого комфортного звука.
Схема громкоговорителя V2 показа¬на на рис. 3. Тональный баланс можно регулировать подбором сопротивления резисторов R1 и R2. Характер звучания басов можно изменять, меняя плот¬ность заполнения синтепоном верхних отсеков корпуса.
Для подключения к усилителю на задней стенке корпуса громкоговори-теля установлен терминал, для которо¬го предусмотрено отверстие диаметром 60 мм. Терминал представляет собой круглую чашку из изоляционного материала, в которой закреплены две клеммы. Винтовые зажимы или клеммы можно также установить на круглой или квадратной изоляционной панели с вну¬тренней стороны задней стенки корпу¬са. Щели между панелью и терминалом герметизированы.
При изготовлении корпуса громкого¬ворителя следует обеспечить прочность соединения и жесткость стенок, чтобы колебания воздуха внутри корпуса не вызывали его вибрации. Вибрации, пе-редаваемые корпусу от головок, долж¬ны по возможности сильно затухать, чтобы не вносить заметной окраски зву¬чания громкоговорителя.
Соединение стенок выполнено с ис¬пользованием клея ПВА и шурупов. Предварительно засверленные панели в местах соединения смазывают клеем и стягивают шурупами. В торцы фанеры и панели MDF хорошо заворачиваются шурупы диаметром 3,5...4 мм и длиной 40...150 мм. Головки шурупов желатель¬но утопить в цилиндрические углубле-ния, которые зашпаклевываются и не мешают декоративной отделке корпуса.
Между задней стенкой и рейками введено уплотнение из ленточного пе-нополиэтилена, приклеиваемого к рей¬кам. Такое уплотнение продается в хо¬зяйственных магазинах для утепления окон. На этих полосках нанесен клея¬щий слой, защищенный легко снимаю-щейся ленточкой бумаги. Задние стенки крепят шурупами, которые заворачива-
ют в рейки. Число шурупов определяет¬ся размером задней стенки, расстояние между шурупами 80... 100 мм.
В разделительных фильтрах громкого¬ворителя использованы конденсаторы К73-16 на 63 В и керамические резисторы
 
мощностью 5 Вт. Можно использовать также конденсаторы фирмы Solen и МБГО на номинальное напряжение 250 В.
Катушки индуктивности фильтров на¬мотаны на каркасах из органического стекла проводом диаметром 1 мм. Актив¬ные сопротивления катушек фильтров в громкоговорителе V2 не должны превы¬шать значения 0,3 Ом (L1) и 0,5 Ом (12).
 
При самостоятельном Изготовлении катушек разделительных фильтров можно воспользоваться сведениями из таблицы, где использованы следующие обозначения: D1 — внутренний диаметр каркаса, D2— диаметр щечек, Н — ши¬рина намотки (расстояние между щеч-ками), N — число витков.
Внешний вид громкоговорителя V2
показан на рис. 4. 

L, мГн

D1, мм

D2, мм

,   Н, мм

N, вит.

 

1,3

32

64

20

172

 

0,35

24

40

16

102

 

Схемы устройств для защиты акустических систем (АС)

Приведённое устройство предназначено для задержки подключения громкоговорителей на время переходных процессов в УМЗЧ при включении питания и отключении их при появлении на его выходе постоянного напряжения любой полярности.

Принципиальная схема устройства приведена на рис.1. Оно состоит из диодного распределителя (VD1 – VD6) и электронного реле на транзисторах VT1 – VT4. К выходам каналов УМЗЧ оно подключается вместе с громкоговортелями через контакты реле К1. Цепи R1C1, R2C2 предотвращают срабатывание устройства на колебания звуковой частоты. При необходимости число контролируемых каналов можно увеличить простым подключением соответствующего числа дополнительных цепей, аналогичных цепи R1C1VD1VD2, и применением электромагнитного реле с большим числом контактных групп. Постоянное напряжение навыходе УМЗЧ, при котором срабатывает устройство защиты , определяется напряжением стабилизациистабилитрона VD7 и связано с ним соотношением  

При включении питания (источником напряжения может быть блок питания УМЗЧ) начинает заряжаться (через резистор R9) конденсатор С3, поэтому транзистор VT4 закрыт и реле К1 обесточено. По мере зарядки напряжение на конденсаторе растёт, транзистор VT4 начинает открываться и через некоторое время (примерно 3с) его эмиттерный ток возрастает на столько, что реле К1 срабатывает и подключает громкоговорители к выходу УМЗЧ.

Транзисторы VT1 – VT3 в исходном состоянии также закрыты. При появлении на выходе любого из каналов напряжения любой полярности, превышающее указанное выше значение , открывается транзистор VT2, а вслед за ним VT1, VT3. В результате конденсатор С3 разряжается через участок эмиттер-коллектор транзистора VT3 и резистор R8, транзистор VT4 закрывается и реле К1 отключает громкоговорители и вход устройства от выхода УМЗЧ. Транзистор VT1, осуществляющий положительную обратную связь в каскаде на транзисторе VT2, играет роль “защёлки”, поддерживая последний в открытом состоянии и после отключения устройства от выхода УМЗЧ: не будь его, после пропадания напряжения на входе и закрывания транзистора VT2, VT3 вновь началась бы зарядка конденсатора С3 и по истечении времени зарядки громкоговорители снова подключились бы к УМЗЧ.

В устройстве применено реле РЭС-9 (паспорт РС4.524.200). Транзисторы КТ603б (VT3,VT4) могут быть заменены на КТ315г.

Для питания устройства используется источник питания 20В. При большом напряжении из-за обратных токов коллекторов возможно самопроизвольное открывание транзисторов VT1,VT2. Чтобы этого не случилось, необходимо уменьшить сопротивление резисторов R5, R6. Если же напряжение питание больше 30 В, в устойстве следует использовать транзисторы с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее.

 

При снижении напряжения (заменой стабилитрона Д814а) необходимо позаботится о том, чтобы амплитуда переменного напряжения нижших частот на выходах фильтров R1C1, R2C2 не достигала значений, вызывающих отключение громкоговорителей. Сделать это не трудно - достаточно увеличить постоянные времени названых цепей (например увеличить С1, С2).

Большими возможностями обладает устройство защиты рис.2.

Оно предохраняет громкоговорители от бросков выходного напряжения как при включении, так и при выключении питания, при неисправности УМЗЧ и в моменты вероятного отказа последнего - при понижении или полном исчезновении одного или обоих напряжений питания, а также при превышении ими предельно допустимых значении (это может иметь место при питании от стабилизированных источников) и, наконец, отключает их при подсоединении головных стерео телефонов. Питается устройство от того же двуполяного источника, что и выходные каскады УМЗЧ.

В момент включения питания начинает заряжаться конденсатор С3, поэтому транзистор VT2 открыт, VT3 закрыт, реле К1 обесточено и громкоговорители отключены. Как только напряжение на конденсаторе достигает значения

- напряжение стабилизации стабилитрона VD9), состояния указанных транзисторов изменяются на обратные, срабатывает реле К1 и громкоговоритель подключаются к выходам каналов УМЗЧ.

Время задержки подключения

, формула справедлива при условии

. При указанных на схеме номиналах элементов 

Напряжение стабилизации стабилитрона VD11 выбрано из условия

При понижении напряжении любого источника питания на величину, большую чем

, транзистор VT3 закрывается и реле К1 отключает громкоговорители от УМЗЧ.

Стабилитроны VD7 и VD9 в цепях баз соответственно транзисторов VT1, VT2 одинаковы и выбраны с учётом следующего. Как видно из схемы, для того, чтобы открылся транзистор VT2 (а следовательно, закрылся транзистор VT3 и отпустило реле К1), напряжение питания должно удовлетворять условию

, где и - соответственно напряжение и минимальный ток стабилизации стабилитрона VD9.

Отсюда: . При указанных на схеме номиналах и типах деталей

, а это значит, что при устройство отключит громкоговорители, если отрицательное напряжение питания возрастёт (по отношению к номинальному) на 2,8 В.

Транзистор VT1 открывается по цепи VD1 - R5 - VD7, идентичной цепи VD6 - R7 - VD9. Это приводит к открыванию транзистора VT2 и закрыванию транзистора VT3, т.е. к отключению громкоговорителей при увеличении на 8 В напряжения питания положительной полярности.

В случае появления на выходе УМЗЧ постоянного положительного напряжения транзистор VT2 открывается током протекающим через резистор R3 (или R4), VD4 (VD5) и цепь R7VD9. Условие его открывания в этом случае выглядит так:

. Если же напряжение на выходе УМЗЧ имеет отрицательную полярность, по цепи R3 (R4) - VD2 (VD3) - R5 - VD7 открывает транзистор VT1.

Для подключения стереотелефонов служит розетка ХS1, с которой механически связан выключатель SA1. При установке вилки стереотелефонов в розетку контакты выключателя размыкаются, реле К1 отпускает и громкоговорители отключаются от УМЗЧ. То же происходит и при выключении питания УМЗЧ кнопкой SB1 (А1 - источник питания). Поскольку коллекторная цепь транзистора VT3 и цепь сетевого питания разрываются практически одновременно, громкоговорители отключаются до начала переходного процесса и щелчок не прослушивается.

В устройстве применено реле РЭС-22 (паспорт РФ-4.500.130). Неполярные оксидные конденсаторы С1, С2 - К50-6. Транзистор КТ815В можно заменить любым другим с допустимым напряжением коллектор - эмиттер более 50 В и максимальным током коллектора ни менее значения

- сопротивление обмотки реле К1). Вместо стабилитронов КС527А можно использовать КС482А, КС510А, КС512А, КС175Ж, КС182Ж, КС191Ж и т.п., соединив нужное число приборов для получения напряжения стабилизации, выбранного приведённым формулам. Диоды VD1 - VD6, VD8, VD10, VD12 - любые кремниевые маломощные с обратным напряжением более 50 В.

Оригинальные устройства защиты громкоговорителей (рис.3) питается напряжением сигнала звуковой частоты, что позволяет встроить его в громкоговоритель. Устройство отключает последний при перегрузке по мощности, а также в случае появления на выходе УМЗЧ постоянного напряжения любой полярности. В схеме использованы громкоговорители мощностью 10 Вт и электрическим сопротивлением 4 Ом.

В исходном состоянии реле К1 обесточено и сигнал ЗЧ (звуковой частоты) с выхода усилителя поступает через контакты К1.1 на громкоговоритель. Одновременно он выпрямляет мостом VD1 - VD4, и его постоянная составляющая через нормально замкнутые контакты К1.2 подводится к пороговому устройству, выполненному на транзисторе VT1 и микросхеме DA1. Пока напряжение входного сигнала не превышает порога срабатывания, транзистор закрыт и напряжение на выводе 12 микросхемы DA1 равно напряжению стабилизации стабилитрона VD6, что больше напряжения образцового источника микросхемы, которое может находиться в пределах 1,5 ...3 В. (Стабилитрон VD6 предотвращает пробой эмиттерного перехода транзистора дифферинциального каскада микросхемы обратным напряжением).

В момент, когда входной сигнал достигает уровня срабатывания устройства (напряжение на движке подстроечного резистора R5 - около 1,5 В), транзистор VТ1 открывается и напряжение на выводе 12 микросхемы DA1 становится меньше образцового. В результате открывается регулирующий транзистор микросхемы, срабатывает реле К1 и громкоговоритель отключается от УМЗЧ, а обмотка реле подключается непосредственно к выходу выпрямительного моста VD1 - VD4. При уменьшении выпрямленного напряжения до напряжения опускания реле устройство возвращается в исходное состояние.

Аналогично ведёт себя устройство и при появлении на выходе УМЗЧ постоянного напряжения.

Порог срабатывания устанавливают подсроечным резистором R6. Конденсатор С3 предотвращает срабатывание устройства при кратковременном превышении сигналом порога срабатывания. Минимальное напряжение сигнала, при котором устройство работоспособно, определяется напряжением срабатывания реле. В случае использывания реле РЭС-47 (паспорт РФ4.500.407-04) и деталей с указанными на схеме номиналами оно не превышает 5 В. Стабилитрон VD8 ограничивает напряжение на обмотке реле.

При отсутствии микросхемы К142ЕН1А можно применить К142ЕН1, К142ЕН2 с любым буквенным индексом. Диоды КД522Б можно заменить любым другим с обратным напряжением более 40 В, прямым током не менее 100 мА и максимальной частотой

(КД51А, диодные сборки серии К542 и т.п.), стабистор КС107А - любым кремниевым диодом, транзистор КТ3412Б - любым маломощным кремниевым транзистором структуры n-p-n с допустимым напряжением коллектор - эмиттер не менее 40 В. При изготовлении устройства для защиты громкоговорителей мощных звуковоспроизводящих устройств следует использовать диоды КД204А - КД204В, КД212А, КД212Б, КД213А, КД213Б и т.п., заменить реле РЭС-47 другим, с контактами, допускающими коммутацию больших токов, а если необходимо, и "умощнить" микросхему DA1 внешних транзисторов для обеспечения необходимого тока через обмотку реле.

Может случиться, что в момент срабатывания устройства будет возникать дребезг контактов реле. Предотвратить его можно, включив конденсатор ёмкостью 10...20 мкФ между выводами 16 и 8 микросхемы DA1 или резистор сопротивлением 1 кОм между её выводом 13 и базой транзистора VT1 (создав, таким образом, положительную обратную связь).

 

ОПТРОНННАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ АС

Предлагаемое устройство (рис.4)

обеспечивает защиту акусических систем (АС) от повреждения при появлении на выходах стереофонического усилителя постоянного напряжения положительной или отрицательной полярности.

Функции исполнительного элемента защиты выполняет резисторный оптрон U1. Работает он следующим образом. При появлении отрицательного или положительного постоянного напряжения на любом из выходных усилителей звуковой частоты (УЗЧ) через опрон начинает протекать входной ток и сопротивление его резистора резко уменьшается. Как только величила постоянного напряжения достигнет 3-4 В (взависимости от экземпляра оптрона), сопротивление это становится столь малым, что транзисторы VT1, VT2 закрываются, обмотка реле К1 обесточиваются и его контакты К1.1, К1.2 отключают АС от УЗЧ.

Стабилитроны VD1, VD2 ограничивают входной ток оптрона величиной 18 мА. Поскольку для стабилитронов Д815А допускается разброс напряжения стабилизации 15%, необходимо подобрать такие экземпляры, чтобы напряжение прикладываемое к светоизлучателю оптрона не превышало 5,5 В.

Дроссели L1, L2 ограничивают переменную составляющую входного тока оптрона до величины исключающей возможность срабатывания защиты. Они выполнены на магнитопроводах ШЛ12*12 и содержат по 1200 витков провода ПЭЛ-0,23. активное сопротивление каждого дросселя 36 Ом.

За счёт большого времени зарядки конденсатора С1 через резистор R1 обеспечивается задержка открывания транзисторов VT1, VT2, срабатывания реле К1 и подключения АС к усилителю. В результате переходных процессов, возникащие в усилителе после его включения, затухают раньше, чем устройство подключит АС, поэтому щелчок в них не прослушивается. При включении питания усилителя выключателем 8В1 контакты 1 и 4 последнего замыкаются, вызывая мгновенное закрывание транзисторов VT1, VT2. Естественно АС открывается от усилителя до начала в нём переходных процессов и щелчок в громкоговорителе также не будет слышен.

Устройство защиты АС питается от 2-хполярного источника питания усилителя мощности. При выборе элементов VT1, VT2, C1, R2, K1 следует учитывать величину напряжения источника.

В изготовленном автором экземпляре использовано реле РСМ-1, паспорт Ю-171.81.37. Можно применить и другое подходящее по напряжению и току срабатывания (он не должен превышать 100 мА) реле. При использовании реле РЭС-9, РЭС-22 устройство защиты можно дополнить системой сигнализации его срабатывания.(рис.5)

Описанное устройство разрабатывалось для конкретного усилителя с напряжением питания равным плюс-минус 15 В. В этом случае при появлении на одном из выходов усилителя максимальнное напряжение, тепловая мощность, выделяемая на дросселях L1 или L2, не превышает 3 Вт, что исключает его значительный перегрев за время в течении которого может быть сделан вывод о неисправности усилителя мощности (УМ) и принято решение о его выключении.

При более высоком напряжении питания и отсутствии гарантий своевременного обнаружения момента срабатывания устройства защиты его можно собрать по несколько изменённой схеме (рис.6).

В этом случае в момент срабатывания системы защиты питание усилителя мощности отключается. Светоизлучатель оптрона контактами К1.3 реле К1 подключается к источнику питания усилителя, что позволяет удерживать устройство защиты в режиме "Авария". Кроме того, при отсутствии одного из напряжений 2-хполярного источника питания устройство защиты не подключает к нему УМ и отключает его, если одно из этих напряжений исчезнет. Загорание светодиодов сигнализирует о неисправности в усилителе или источнике питания.

В устройстве, собранном по схеме рис.3, реле К1 должно иметь 4 группы контактов на перелючение (РЭС-22, паспорт РФ4.500.130).

Следует отметить, что такая схема системы защиты функции предотвращения щелчков в АС утрачивает.

На рис.7 представлена , отключает усилитель от питающей сети.

Для включения усилителя нужно нажать кнопку SB1. При этом напряжение питания поступит на устройство защиты, срабатывает реле К1 и его контакты заблокируют кнопку SB1 так, что при её отпускании УМ остаётся подключенным к источнику питания. Для отключения усилителя необходимо нажать кнопку SB2. Принцип этого устройства аналогичен описанному выше. Он срабатывает и отключает усилитель от сети при появлении постоянного напряжения на одном из его выходов или пропадании напряжения питания.

Кнопки SB1, SB2 без фиксации в нажатом положении КМ21, КМД2-1, а реле К1-РЭС-32, паспорт РФ 4.500.335-02 (или РЭС-22, паспорт РФ 4.500.130).

 

ПАССИВНАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ.

Наиболее распространённый способ защиты акустических систем от опасного перенапряжения - их отключение от источника сигнала с помощью электромагнитного реле. Однако в АС высокого класса применять его нецелесообразно из-за нелинейных искажений, вносимых в воспроизводимый сигнал. Дело в том, что контакты реле имеют собственное активное сопротивление, которое в новых изделиях колеблется от0,1 (в лучшем случае) до 0,5 Ом. В результате при прохождении через них электрического тока значительной величины на них рассеивается большая тепловая мощность. Это вызывает окисление металла, из которого изготовлены контакты, что само по себе уже является источником искажений. Кроме того, в процессе эксплуатации реле окисление увеличивается и сопротивление контактов может возрасти до1 Ома и более, что соизмеримо с сопротивлением самих АС и способно уменьшить их отдачу.

В другом варианте защиты АС при появлении на них опасного перенапряжения выходы УМЗЧ подключается к общему проводу с помощью тиристора до момента срабатывания плавкого предохранителя в цепи питания выходного каскада. Однако и этот способ имеет существенные недостатки, так как представляет определённую опасность для самого УМЗЧ и связан с необходимостью замены предохранителей.

В ряде зарубежных АС используется поликристалические элементы, специально разработанные для защиты ВЧ и СЧ головок, но они вносят в сигнал ещё большие искажения и также не могут быть использованы в АС высокого класса.

Предложенное устройство пассивной защиты громкоговорителей представляет собой мощный диодный симметричный ограничитель сигнала звуковой частоты (рис. 8).

Выполнен он в виде 2-хполюсника, включаемого паралельно защищаемой цепи: либо АС в целом, либо какую-то из её излучателей, например, ВЧ или СЧ головке. В последнем случае его устанавливают непосредственно в АС, а в первом он может быть размещён и на выходе УМЗЧ, и в самой АС.

Устройство работает следующим образом. При появлении на его выводах напряжения, превышающего установленный порог ограничения, диоды соответствующей ветви открываются и через них начинает протекать ток. На диодах рассеивается определённая тепловая мощность, а сигнал, поступающий на АС или излучатель, мягко ограничивается по напряжению и соответсвенно по мощности. При уменьшнии поступающего на АС напряжения ниже порога срабатывания устройство оно отключается. В ждущем режиме устройство защиты на звуковую частоту не влият, поскольку в этом случае диоды обеих ветвей закрыты, а их результирующая ёмкость ничтожно мала.

В устройстве следует применять мощные выпрямительные диоды с высокой перегрузочной способностью, повышенной максимальной рабочей частотой и небольшой собственной ёмкостью. из наиболее распространённых можно порекомендовать КД213 с любым буквенным индексом, а также КД2994, КД2995, КД2998, кд2999. Эти диоды допускают протекание постоянного тока 10..30 А и более в зависимости от типа, а максимальный импульсный ток через них может достигать 100 А. Без теплоотвода каждый диод способен рассеять электрическую мощность около 1 Вт, что соответствует току порядка 1 А. При установке на простейшие пластинчатые теплоотводы мощность, рассеиваемая каждым диодом, может быть увеличена до 20 Вт. На рис.9 показана возможная конструкция защитного устройств с использованием пластинчатых теплоотводов.

Из особенностей работы устройства защиты необходимо учитывать следующее.

В момент открывания диодов через них протекает небольшой ток. При этом для открывания каждого из диодов необходимо напряжение 0,6...0,7 В в зависимости от его типа. При дальнейшем увеличении напряжения на гнёздах устройства защиты растёт проходящий ток и соответственно увеличивается падение напряжения на переходах диодов. Величина его может составлять до 1..1,4 В в диапазоне токов до 10...30 А.

Расчёт устройства защиты сводится к определению типа диодов и их числа в каждой ветви. Для этого необходимо определить порог ограничения по мощности и напряжению. Предположим, что мы хотим защитить от перегрузки динамическую головку с номинальной мощностью 10 Вт и нормальным сопротивлением 8 Ом. При этом целесообразно определить напряжение на уровне мощности порядка 8 Вт. Тогда через головку должен протекать ток равный 1 А при подводимом напряжении 8 В. Определяем число диодов в каждой ветви по простейшей формуле:______, где__- пороговое напряжение открывания диода, а __ - напряжение ограничения. При использовании Диодов КД213 с пороговым напряжением 0,6 В число диодов в каждой ветви составляет примерно 13. Всего для 2-х ветвей 26 диодов.

Технические характеристики такой системы защиты будут весьма высеки. Порог срабатывания составляет 8 В. Максимальный уровень ограничения мощности на защищаемой цепи при токе через диоды 10 А - около 30 Вт. Начальная мощность, поглощаемая системой защиты, составляет примерно 4+4 Вт, максимальная при токе 10 А и использовании теплоотвода - до 130 Вт.

При выборе диодов предпочтительнее те из них, которые допускают максимальные токи 20...30 А при падении напряжения на них 1 В. К ним относятся: КД2994. Они значительно дороже, чем КД213, но имеют существенно лучшие для наших целей характеристики. Так, пороговое напряжение у них выше и составляет около 0,7 В, а падение напряжение при токе 20 А составляет всего1,1 В. Кроме того, их корпус более удобен для монтажа на печатной плате и крепления теплоотвода.

При использовании в вышеприведённом расчёте КД2994 (вместо КД213) их число в ветвях уменьшится с 13 до11, что от части компенсирует высокую стоимость. Характеристика устройства защиты будет гораздо более пологой: при токе через диоды 10 А уровень ограничения мощности на защищаемой цепи составит уже не 30, а только 12 Вт. При этом система защиты будет поглощать мощность порядка 100+100 Вт.

Применение описанной схемы в тракте звуковоспроизведения высокой верности, особенно если выходной каскад УМЗЧ работает в чистом классе А, позволяет полностью избавится от искажений, вносимых обычными устройствами защиты. Наиболее целесообразно использовать предложенную систему для защиты относительно маломощных АС и излучателей. Однако при наличии соответствующих средств и свободного места в АС её можно рекомендовать и для защиты НЧ излучателей. Правда, при этом нужно будет увеличить число параллельно включенных диодных ветвей. Так, при включении в параллель 2-х одинаковых диодных ветвей поглощаемая системой защита мощность увеличивается в 2 раза.

 

УСТРОЙСТВО ЗАДЕРЖКИ ВКЛЮЧЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ.

Принципиальная схема этого устройства показана на рисунке 10. Оно состоит из входного ФНЧ R1R2С1, реле времени на транзисторе VT1 и элементах R1 - R4, С1 и ключа на транзисторе VT2. В момент включения питания конденсатор С1 начинается заряжаться через резисторы R1, R2. В течении времени его зарядки транзистор VT1 будет открыт, VT2 закрыт и ток через обмотку реле не потечёт. Резистор R3 устраняет влияние базового тока транзистора VT1 на зарядку конденсатора и увеличивает положительный порог срабатывания устройства защиты. Когда конденсатор зарядится, напряжение на базе транзистора VT1 упадёт и он закроется, а связанный с ним ключевой транзистор VT2 откроется и через обмотку реле К1 потечёт ток. Реле сработает, и его замкнувшиеся контакты К1.1 и К1.2 подключат громкоговорители к усиилтелю. Задержка включения равна примерно 4 с.

Если на каком-то из выходов усилителя появится постоянное напряжение положительной полярности, это приведёт к частичной разрядке конденсатора С1, открыванию транзистора VT1 и закрыванию транзистора VT2. В результате ток через обмотку реле прекратится и его контакты отключат громкоговорители от усилителей. Если же на выходах последних появится постоянное напряжение отрицательной полярности, то оно непосредственно через диод VD1 поступит на базу транзистора VT2, закроет его и таким образом обесточит реле К1, контакты К1.1, К1.2 которого разомкнутся и снова отключат громкоговорители от усилителя. Диод VD1, VD2 ограничивают максимальное отрицательное напряжение на базе входного транзистора VT1 на уровне 1,3 В.

Хотя и в режиме защиты громкоговорителей, и в режиме задержки их включения конденсатор С1 заряжается через одни и те же цепи, время срабатывания защиты на порядок меньше, поскольку для этого конденсатор должен изменить свой потенциал всего на несколько вольт. Пороги срабатывания защиты составляют не более +-4 В.

Правильно изготовленное устройство начинает работать сразу и настройки не требует. Диоды можно применить любые кремниевые. Остальные элементы желательно применить те, которые указаны в схеме. Реле К1 - РЭС-9, паспорт РС4.524.200 с сопротивлением обмотки примерно 400 Ом. Подойдёт и любое другое реле, срабатывающее при выбранном напряжении питания, но в этом случае нужно подобрать резистор R4, от которого зависит отрицательный порог срабатывания защиты. Устройство работоспособно при изменении напряжения питания в пределах 20...30 В. При другом напряжении питания нужно будет изменить сопротивление резистора R4.

Недостаток этого устройства - необходимость питания его от источника с пульсациями не более 1 В, иначе возможны ложные срабатывания.

Литература:

Войшилло А. “О способах включения нагрузки усилителей НЧ” Радио’1979 № 11 с. 36, 37;

Корнев И. “Защита громкоговорителей” Радио’1960 № 5 с. 28;

Роганов В. “Устройство защиты громкоговорителей” Радио’1981 № 11 с. 44, 45; 1982 № 4 с. 62;

“Устройства защиты громкоговорителей” Радио’1983 № 2 с. 61;

Барабошкин Д. “Блок защиты усилителя мощности” Радио’1983 №8 с. 62, 63;

Решетников О. “Устройство защиты на оптронах” Радио’1984 № 12 с. 53;

“Устройства защиты громкоговорителей” Радио’1986 № 10 с. 56-58.

строение динамика (часть 2) / Stereo.ru

Появление динамика

С началом активного использования электричества появилась возможность передавать звуковой сигнал, преобразуя его в электрический и обратно. В разное время изобрели много способов этого преобразования. Среди них — электродинамический, электростатический, изодинамический, ленточный, излучатель Хейла, пьезо и даже плазменный излучатель.

Они работают на разных физических принципах, различаются спецификой применения. Но самым первым все-таки было устройство, реализующее электродинамический принцип. Оно и остается самым распространенным. Динамик, электродинамическая головка, динамический драйвер — все эти термины являются синонимами к одному и тому же изобретению.

Слева — Ханс Эрстед. Справа — первая коммерческая версия электродинамического излучателя (6-дюймовый динамик, стоимость — около $3000 в современном эквиваленте)

Физические принципы, на которых работает динамик, основаны на электромагнетизме, открытом Хансом Эрстедом и описанном впоследствии целой плеядой физиков 19-го века. Тот факт, что проводник с током выталкивается магнитным полем, а в проводнике, движущемся в этом поле, наоборот, возникает ток, собственно, и привел к изобретению динамика.

Первое устройство, в котором применены все основные конструктивные принципы современного динамика, было запатентовано в 1898 году Оливером Лоджем после приблизительно тридцати лет самых разных попыток нащупать эффективный способ реализации. А сам динамик, в том виде, к которому мы все привыкли, появился спустя еще приблизительно тридцать лет.

С тех пор принципы его работы и основные элементы конструкции остаются неизменными. При этом, — вот что особенно удивительно, — не проходит и года без информации об очередном революционном усовершенствовании динамика, позволяющего ему работать еще лучше.

Устройство динамика

Любой современный динамик включает в себя каркас [1], который еще называют корзиной или даже пауком. На нем держатся все остальные части конструкции.

В тыльной части корзины крепится магнитная система, которая состоит из кольцевого магнита [2] и магнитного керна [3] — вместе они образуют кольцевой зазор. Этот магнитный зазор, кольцевая щель между двумя магнитами, должна быть минимальной для создания максимально мощного магнитного поля.

В зазоре расположена так называемая голосовая (звуковая) катушка [4], которая может совершать возвратно-поступательные движения под воздействием магнитного поля, поскольку по ней протекает переменный ток, соответствующий по форме воспроизводимым звуковым колебаниям. Она, как правило, состоит из проволоки, покрытой изолирующим лаком и намотанной на тонкостенный цилиндр, который называют каркасом [5] звуковой катушки.

Он крепится к диффузору [6] — тонкостенному элементу конструкции, который, колеблясь, собственно, и воспроизводит звук. Для этой цели диффузор должен иметь возможность двигаться. Для этого установлены так называемые подвесы [7, 8]: верхний (наружный) и нижний. Это шайбы из тонкого и гибкого материала с концентрическими выпуклостями. Благодаря такой форме, подвесы позволяют диффузору двигаться вдоль оси симметрии всей конструкции вперед-назад.

Он делает это потому, что его толкает голосовая катушка, на которую действует электромагнитная сила, пропорциональная силе переменного тока, который подается на катушку по гибким безмоментным проводникам [9]. С другой стороны эти провода заканчиваются клеммами [10], к которым подсоединяется акустический кабель, идущий от усилителя.

Завершает картину пылезащитный колпачок [11], который крепится к диффузору спереди и, что понятно из названия, защищает магнитный зазор от проникновения в него частичек пыли.

Разнообразие динамиков огромно. Они различаются по мощности, рабочему диапазону воспроизводимых частот, сфере применения и по множеству других параметров. Естественно, от этого зависят технологии и материалы, применяемые в производстве каждой из частей. Их мы и рассмотрим по отдельности.

Диффузор

Изначально диффузор делался из целлюлозы — бумаги или картона. Из того же материала выполнялся и пылезащитный колпачок (если он был предусмотрен). Целлюлозные диффузоры очень часто применяются до сих пор. Бумага хороша своим сочетанием легкости и жесткости. Влагоустойчивости, прочности и долговечности ей добавляют с помощью пропитки синтетическими материалами.

В этом смысле хорош пластик, но чисто пластиковый некомпозитный диффузор имеет ряд недостатков. Для их исправления применяются композитные материалы с разнообразными компонентами: от древесных или стеклянных волокон до кевлара или даже графена. Повышенную жесткость имеют металлические диффузоры. Чаще всего они делаются из алюминиевых сплавов.

Одними из лучших параметров обладает бериллий, но, ввиду повышенной стоимости материала и технологий его обработки, такой вариант достаточно дорог. В так называемых купольных высокочастотных динамиках чаще всего применяется ткань с пропиткой, иногда армирующая слой максимально жесткого композита, с жестким наполнителем, вплоть до алмазного порошка.

Важнейшие требования к диффузору — минимум собственных резонансов и максимальная жесткость, при которой становится возможным «поршневой» режим движения диффузора по всей его площади. Эти параметры должны сочетаться с важнейшими требованиями к весу подвижной системы динамика — он должен быть минимальным. Таким образом, качественный диффузор всегда является компромиссом взаимоконфликтующих условий.

Подвес динамика

Внутренний (ближний к магниту) подвес динамика еще называют центрирующей шайбой. Чаще всего эту деталь формуют на прессе с нагреванием из легкой, крепкой на разрыв ткани с эластичной синтетической пропиткой — прочно и подвижно. В некоторых мощных низкочастотных динамиках применяются две центрирующие шайбы, расположенные одна за другой.

С внешним подвесом все немного сложнее. Изначально он делался в виде концентрических волн (гофров) по внешнему краю бумажного диффузора. Так в некоторых случаях поступают и сейчас, добавляя синтетическую пропитку зоны гофров. Для больших амплитуд колебаний внешний подвес делают из резины, чаще всего это — искусственный бутадиеновый каучук. Резиновый подвес в сечении, в большинстве случаев, представляет собой выпуклую дугу. Есть варианты и «многоволновых» резиновых подвесов, либо применения других профилей, в том числе и переменных по углу.

Оба подвеса должны обеспечить строго плоско-параллельное возвратно-поступательное движение всей подвижной системы динамика с минимальными отклонениями в сторону от его оси.

Звуковая (голосовая) катушка

Эта катушка, работающая в магнитном зазоре динамика, намотана на каркас — цилиндр, который часто делается из плотной бумаги. Для каркаса также применяется устойчивый к нагреву пластик: каптон, текстолит, либо другие композитные материалы. Для большей плотности и температурной устойчивости (при серьезной нагрузке, т. е. громкости, катушка нагревается) используют сплавы на основе алюминия и даже титан.

Проволока, которой наматывается голосовая катушка, чаще всего, медная. Алюминиевая проволока легче, и это в данном случае — плюс, но она имеет свои недостатки (большее электрическое сопротивление при меньшей температурной устойчивости) и применяется реже. Есть вариант с биметаллической алюминиевой проволокой с медным покрытием, что улучшает проводимость.

Для более плотного расположения витков проволоку иногда делают в сечении прямоугольной либо шестиугольной. Для получения нескольких вариантов сопротивления катушки при параллельном или последовательном соединении ее частей или использования раздельных усилителей, звуковая катушка, чаще всего в низкочастотных динамиках, может разделяться на отдельные секции, намотанные на общем каркасе.

Для лучшего охлаждения голосовой катушки магнитный зазор в некоторых высокочастотных динамиках заполняется специальной жидкостью с наполнителем из мелкодисперсного магнитного порошка. Это повышает эффективность системы и улучшает отвод тепла.

Магнитная система

Эффективность магнитной системы динамика определяется, в первую очередь, материалом магнита. Самый распространенный — феррит. В середине прошлого века были распространены магниты из сплава AlNiCo (железо-алюминий-никель-кобальт), в отдельных случаях этот вариант до сих пор применяется. В новейший исторический период все большее распространение получают неодимовые магниты, создающие гораздо более сильное магнитное поле. Проблемой здесь стало получение неодимовой заготовки нужных размеров: неодим — материал труднообрабатываемый. Кроме того, стоимость неодимовых магнитов в последнее время растет.

Корзина динамика

Самый распространенный и максимально технологичный вариант корзины, или каркаса динамика — штампованная деталь из мягкой стали. Каркасы небольшого размера могут быть выполнены из пластика. Более совершенное, прочное и, что самое главное, точное в своей геометрии изделие получают методом литья, чаще всего из алюминия, с последующей обработкой на металлорежущих станках.

Важно понимать: чтобы добиться минимального магнитного зазора, звуковую катушку, расположенную в этом зазоре, нужно заставить двигаться, не задевая его краев. Для этого ее движение должно быть идеально соосным магнитному зазору вдоль всей возможной амплитуды колебаний. Расположение катушки в магнитном зазоре должно быть идеально симметричным. Это накладывает высокие требования на точность изготовления и сборки всех частей.

Все компоненты динамика соединяются с помощью клея на специальном оборудовании.

Каждый динамик, согласно примененным в нем материалам и технологиям, размерам, весу, электрическим и механическим параметрам, имеет свое в точности определенное назначение. О этом предназначении и обо всем, что с ним связано — в следующей части.

Продолжение следует...

Другие материалы цикла «Акустические системы»:

Акустические системы: поговорим о звуке (часть 1)

Подключение трансляционных усилителей и громкоговорителей

В этой краткой статье мы рассмотрим основные особенности подключения трансляционных усилителей и громкоговорителей. Мы не станем описывать «Почему», не будем приводить формулы расчетов подключений, мы просто опишем «Как».

Трансляционное оборудование принципиально отличается от техники, которую мы привыкли использовать у себя дома или от профессиональных концертных или клубных систем. Основная особенность трансляционных систем это использование в усилителе согласующего трансформатора, который выдает в линию сигнал с уровнем 100В (в некоторых случаях может быть 30В, 240В, но эти случаи мы рассмотрим отдельно). Такое напряжение позволяет (в отличии от домашних или профессиональных усилителей) проводить протяженные трансляционные линии до сотен метров (возможно примерно до 1 км, но при условии подбора подходящего кабеля). Громкоговорители, которые используются совместно с трансляционными усилителями также должны содержать понижающий трансформатор и иметь соответствующее входное напряжение 100В (соответственно в некоторых случаях 30 или 240В).  Важно помнить, суммарная мощность подключаемых трансляционных громкоговорителей не должна превышать мощность усилителя (в отличии от профессиональных акустических систем и усилителей, где рекомендуется обратное правило). В отличии от профессионального оборудования, у которого  подключение нескольких акустических систем на один усилитель может вызвать определенные трудности (последовательно-параллельная схема подключения), трансляционная техника избавляет нас от подобных сложностей. На схеме ниже, вы можете посмотреть общий принцип подключения трансляционных громкоговорителей к усилителям ROXTON AA-35/60/120/240/360/480 и линейки серии MA-60/120/240/360. Данная схема подключения вполне актуальна для техники других производителей.

 

Общая схема подключения 100В трансляционного усилителя выглядит примерно так:

Подключение 100В трансляционных громкоговорителей на выход усилителя 70В.

Большинство 100В трансляционных усилителей, помимо основного выхода 100В в линии громкоговорителей, имеют также выход 70В. При подключении громкоговорителей на этот выход, их мощность падает в два раза, но максимальное количество подключаемых громкоговорителей может быть также увеличена вдвое. Например к усилителю мощностью 30 Вт можно подключить не более 3-х громкоговорителей мощностью 10Вт на 100В выход. На 70В выход усилителя возможно подключение 6-ти 10Вт громкоговорителей.

 

Подключение трансляционных громкоговорителей к многозоновым усилителям.

Многозоновые усилители ROXTON серии AZ-120/240/360/480/560/650, серии MZ-120/240/360 а также комбинированные системы оповещения SX-240/480 позволяют подключать несколько шлейфов акустических систем для организации на объекте многозонового вещания. Подключение производится отдельными шлейфами на пронумерованные пары клемм. У этих усилителей также имеется общий выход 100В, 70В и 4 Ом, которые используются при отсутствии необходимости делить территорию предприятия на отдельные зоны трансляции. В этом случае используется соответствующий общий выход усилителя.

Можно ли подключать трансляционные усилители одного производителя к громкоговорителям другого производителя.

Конечно можно. Но важно учитывать тот момент, чтобы совпадали выходное напряжение усилителя и входное напряжение громкоговорителей. Наиболее распространенной техникой в данном сегменте рынка является 100В оборудование (и усилители и громкоговорители), однако могут использоваться системы с напряжением в сети 30В, 120В и 240В. Если к 100В усилителю подключить 30В громкоговорители ничего хорошего не произойдет и мы категорически не советуем поступать таким образом (хотя надо отметить, что были случаи подобного использования техники, но они требуют чрезвычайной аккуратности и мы не станем рассказывать о подобных экспериментах, что бы вообще не вводить в искушение поступать подобным образом). К усилителю с выходным напряжением 30В можно спокойно подключать 100В громкоговорители, но потери мощности (фактически громкости) будут совершенно неприемлемы. Сочетание 100В усилителей  и 120В громкоговорителей приемлемо, будет некоторая потеря мощности. 120В усилители и 100В громкоговорители в принципе работать будут, но мы очень не рекомендуем использовать подобную схему.

Подключение трансляционных громкоговорителей.

Мы здесь остановимся только на 100В схемах подключения громкоговорителей. Какие выходы усилителя необходимо использовать для подключения трансляционной акустики Вы можете посмотреть на схемах выше. Как правило это клемма "0" (в некоторых случаях обозначается как "СОМ") и клемма "100В".

На картинке ниже мы видим шильдик громкоговорителя (к примеру PA-20T). На нем помимо указания модели, входного напряжения и номинальной мощности есть еще три надписи, обозначающие цвета и назначение проводов выходящих от громкоговорителя.

  1. BLUE: COM (т.е. синий провод - общий, он подключается всегда на клемму усилителя "0" или "СОМ")
  2. RED: 20 Вт (т.е. красный провод используется для подключения громкоговорителя на мощность 20 Вт, этот провод заводится на клемму усилителя 100В)
  3. YELLOW: 10 Вт (т.е. желтый провод используется для подключения громкоговорителя на мощность 10 Вт, этот провод заводится на клемму усилителя 100В)

Подключение громкоговорителя на 20 Вт.

 Подключение громкоговорителя на 10 Вт.

В некоторых случаях вместо проводов используются таким же образом подписанные клеммные колодки (например СОМ; 10 Вт; 5 Вт; 2,5 Вт), в этом случае подключение еще проще, соединяем 0 (СОМ) на усилителе с 0(СОМ) на динамике, а 100В клемму усилителя соединяем с выбранной мощностью, на которую необходимо подключить громкоговоритель.

Совсем простой является схема, когда из громкоговорителя выходят всего два провода (или стоит одна колодка с двумя клеммами), а на корпусе громкоговорителя установлен подписанный переключатель, позволяющий  просто установить регулятор в нужное положение, на нужную мощность.

Как подключать громкоговоритель, если не аказаны значения мощности, а обозначены только сопротивления отводов громкоговорителя.

Действительно, в некоторых типах акустических систем не указана возможная подключаемая на конкретный отвод мощность. Если с "общим" отводом ("СОМ" или "0") всё понятно, то другие отводы, как на картинке внизу , могут обозначаться различными сопротивлениями.

В примере 1 (рупорный громкоговоритель Inter-M HS-20, 20/10Вт) мы видим общий отвод "СОМ" - черный провод (BLACK), а также несколько сопротивлений - 8 Ом (RED), 500 Ом (WHITE) и 1 кОм (GREEN).  Отвод 8 Ом (RED) предназначен только для подключения к низкоомным выходам усилителя и используется в трансляционной технике редко. Если Вы видите обозначение отвода громкоговорителя 4 или 8 Ом, то про него можно сразу забыть, использование этого отвода возможно только если сам усилитель мощности не является трансляционным и имеет только низкоомные выходы. (то же самое можно,кстати сказать про выходы трансляционных 100В усилителей 4-8-16 Ом, эти выходы используются в обратной ситуации, когда в силу тех или иных причин к трансляционному усилителю необходимо подключить бытовые, профессиональные или любые иные акустические системы с входным сопротивлением 4-8 Ом). Остаются два отвода - 500 Ом (WHITE) и 1 кОм (GREEN). Правило в данном случае простое, чем меньше сопротивление, на которое вы подключаетесь, тем большую мощность выдает громкоговоритель. Мы в этом примере рассматривали громкоговоритель HS-20 мощностью 20 и 10 Вт. При подключении на 500 Ом, громкоговоритель будет "играть" на 20 Вт, при подключении на 1 кОм он будет выдавать 10 Вт. Существуют формулы расчета соотношения сопротивления и мощности которые мы не станем приводить в рамках данной статьи. Просто можно запомнить: чем меньше сопротивление на которое вы подключаете громкоговоритель (8 Ом вообще не учитывать!), тем на большую мощность он будет работать.

В примере 2 мы показали обозначения громкоговорителя CS-810 мощностью 10 и 5 Вт. Что бы подключить акустическую систему на полную мощность (10 Вт) мы подключаем клеммы "СОМ" и 1 кОм, для подключения громкоговорителя на половину мощности (5 Вт), используем клеммы "СОМ" и 2 кОм.

Одинаковые громкоговорители в одной трансляционной линии можно подключать на различные мощности. Например часть акустики можно включить на полную мощность, часть на половину и часть на треть. Также можно в одну трансляционную линию подключать различные типы акустических систем (и различных производителей в том числе). Для подсчета нагрузки на данную трансляционную линию необходимо просто сложить все значения подключенной мощности на каждом громкоговорителе в линии.

Сколько громкоговорителей можно подключить к трансляционному усилителю.

Правило простое. Суммарная мощность акустических систем не должна превышать мощность усилителя. Желательно даже оставлять некоторый запас. Поэтому при подборе трансляционного усилителя необходимо учитывать возможность расширения системы. Если вы купили 12 громкоговорителей мощностью по 10 Вт и усилитель мощностью 120Вт, то для подключения дополнительной акустики не остается никакого резерва (разве только переподключить все громкоговорители на часть мощности).

Также отметим важный момент, некоторые многозоновые усилители не позволяют, например, подключить на отдельную зону мощность, превышающую примерное значение мощность самого усилителя, поделенную на количество зон. Так например, усилитель JPA-1120A с селектором на 5 зон трансляции не позволяет подключить более 25Вт на каждую зону трансляции. В этом случае, не смотря на то, что суммарная мощность громкоговорителей может быть существенно ниже мощности самого усилителя, при необходимости подключить на отдельную зону трансляции (например) нагрузку в 50Вт, необходимо или покупать усилитель, который позволяет включать такую нагрузку на отдельную зону трансляции или различными способами (иногда затратными, иногда неудобными) решать эту проблему.

Все усилители ROXTON, которые представлены на нашем сайте позволяют подавать на отдельную зону трансляции хоть всю подключаемую мощность, поэтому выше изложенный нюанс к ним отношения не имеет.

Можно ли использовать одновременно 100В выход усилителя и выход 8 Ом.

Нет. Нельзя.

Какой кабель использовать для подключения трансляционных громкоговорителей и усилителей.

Специальный акустический кабель (который используется в профессиональном звуке) использовать не стоит. Как правило системы радиотрансляции прокладываются обычным электрическим проводом сечением 0, 75мм и выше (ШВВП-2*0,75, любой ПВС и т.д.). Чем больше длинна трансляционной линии, тем с большим сечением должен использоваться кабель.

Вы можете использовать такую формулу для расчета сечения кабеля:

Минимальное сечение = 0,08 * (длину линии) * (суммарную мощность громкоговорителей в линии) / 10 000

Но, желательно не меньше 0,75 мм (ШВВП 2*0,75 например)

Для 100В систем пределом является расстояние около 1 км, при этом стоимость кабеля для прокладки сети на подобные расстояния может значительно увеличить стоимость самой системы. При построении систем оповещения людей о пожаре целесообразно использовать специальные огнестойкие кабели, марку которых Вам подскажут специалисты нашей компании.

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЙ ТРЕХПОЛОСНЫЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ | Техника и Программы

Ф. Буданков

Известно, что степень верности звуковоспроизведения в равной мере зависит от качества усилителя НЧ и гром­коговорителя. Вниманию радиолюбителей предлагается высококачественный трехполосный громкоговоритель. Оя рассчитан на работу с усилителем НЧ с мощностью канала 10…25 Вт и содержит динамические головки пря­мого излучения — низкочастотную 10ГД-30, среднеча-стотную 4ГД-8Е, высокочастотную ЗГД-31 и раздели­тельный фильтр. Акустическое оформление низкочастот­ной головки выполнено по принципу фазоинвертора, что Позволило расширить частотную полосу громкоговорите­ля в сторону низших частот и уменьшить искажения на этих частотах.

Основные технические характеристики

Мощность, Вт:

номинальная ……………12.

максимальная ………… 25

Номинальное полное электрическое сопротивле­ние, Ом…………….. 8

Номинальный интервал рабочих частот, Гц, при неравномерности частотной характеристики по зву­ковому давлению не более 12 дБ……35… 18 000

Среднее стандартное звуковое давление, Па …..0,15

Частоты разделения фильтра, Гц:

первая …………… 500

вторая …………….. 5000

Крутизна спада характеристики фильтра за часто­тами раздела, дБ/октава ……….. 12

Габариты громкоговорителя, мм ……. 440X280X263

Принципиальная схема громкоговорителя изображе­на на рис. 1. Катушки фильтра намотаны на каркасах из изоляционного материала. Каркасы катушек L1, L2 изготовлены из отрезков длиной 36 мм полиэтиленовой трубы диаметром 66 мм, к которым тремя винтами МЗ прикреплены щечки из фанеры толщиной 4 мм. Катуш­ки L3, L4 намотаны на картонных гильзах от элементов 373. Катушки L1 и L2 содержат по 230 витков провода ПЭВ-1 1,12, намотанных между щечками. Индуктивность катушек 3,1 мГн. Катушки L3 и L4 намотаны в несколь­ко слоев проводом ПЭВ-1 0,86. Число витков — 145, дли­на намотки 42 мм, индуктивность — 0,4 мГн. Конструк­ция каркасов катушек показана на рис. 2.

В фильтре использованы конденсаторы МБГП на но­минальное напряжение 160 В и резисторы ПЭВ-5.

Рис. 1. Схема громкоговорителя

Ящик изготовляют из плотной фанеры толщиной 10 мм. Размеры боковых стенок — 440×263 мм, а ниж­ней и верхней — 280×263 мм. Выпиливать заготовки деталей из фанеры следует пилой с мелкими зубьями, чтобы избежать сколов и трещин на торцах. Удобно воспользоваться для этой цели ножовкой по металлу.

Выпилив заготовки, оклеивают их наружные стороны декоративной пленкой или шпоном ценных пород дре­весины. Декоративную пленку приклеивают клеем 88Н. К внутренним сторонам заготовок приклеивают эпоксид­ным клеем деревянные бруски сечением 25X20 мм, рас­положение которых показано на рис. 3. Переднюю па­нель склеивают эпоксидным клеем из двух кусков фа­неры толщиной 10 мм каждый, предварительно выпилив лобзиком отверстия под головки и туннель фазоинвер-тора. Форма и размеры заготовок и сама панель в сбо­ре показаны на рис. 4.

Детали ящика склеивают эпоксидным клеем, стяги­вают веревками, на верхнюю панель кладут груз и оставляют на 1,5…2 суток для полного отверждения клея, После этого снимают веревки, осматривают ящик и, если есть щели в стыках, заливают их эпоксидным клеем.

Туннель фазоинвертора с внутренним диаметром 40 мм склеен из толстого жесткого картона или нескольких слоев ватмана клеем ПВА. Толщина стенки 3 мм. Тун-, нель приклеивают эпоксидным клеем к передней панели после настройки фазоинвертора, а на время настройки крепят пластилином.

Рис. 2. Конструкция каркасов катушек

Рис. 3. Конструкция ящика громкоговорителя

Головку 10ГД-30 устанавливают на переднюю па­нель ящика изнутри, а головки 4ГД-8Е и ЗГД-31 — сна­ружи. Головку 4ГД-8Е закрывают колпаком из фанеры или дюралюминия. Внутренний объем колпака заполня­ют ватой (но так, чтобы она не касалась колеблющейся мембраны головки). Это необходимо для того, чтобы колебания воздуха, создаваемые НЧ головкой, не влия­ли на работу головки СЧ.

Детали разделительного фильтра монтируют на пла-те, которую затем крепят к дну ящика. Заднюю стенку прикрепляют к ящику шурупами. Провод для подклад, чения головок продевают в отверстие в задней стенке и заливают его клеем. Чтобы обеспечить герметичность установки задней стенки, пользуются герметизирующей мастикой или прокладкой из губчатой: резины. Внутрен­нюю поверхность ящика оклеивают поролоном толщи, ной 30…40 мм.

Фазоинвертор настраивают на резонансную частоту головки 10ГД-30 в открытом воздухе. Резонансную ча­стоту измеряют по полному сопротивлению (кривая 1 на рис. 5). Затем, установив головку в ящик, снимают зависимость полного сопротивления от частоты и, из­меняя длину туннеля, добиваются, чтобы на резонанс­ной частоте головки было минимальное полное сопро­тивление (кривая 2). Если минимум кривой 2 располо­жен левее fpe3, то необходимо уменьшить длину туннеля, и наоборот. Для этого изготавливают туннель заведомо большей длины и, укорачивая его, настраивают фазоин­вертор. В описываемом громкоговорителе длина туннеля равна 190 мм. Следует заметить, что при изготовлении громкоговорителя в точном соответствии с описанием настройка фазоинвертора скорее всего не потребуется. Она будет необходима при изменении внутреннего диа­метра туннеля более чем на 7…10% и объема ящика — на 10…20%.

Декоративную рамку лучше всего изготовить так, как сказано в статье О. Салтыкова «Малогабаритный гром­коговоритель» (см. «Радио», 1977, № 11, с. 56, 57).

При прослушивании разнообразных музыкальных программ было отмечено заметное преимущество дан­ного громкоговорителя по сравнению с заводскими мощ­ностью до 20 Вт (10МАС-1, 20АС-1), особенно на низ­ших частотах.

OCR Pirat

Устройство современных микрофонов и динамиков

Работа всей современной аудиоаппаратуры основана на использовании процесса обработки, передачи и усиления путём преобразования звуковых частот в электрический сигнал и обратно. При этом динамики и микрофоны становятся важнейшими составляющими подобного оборудования.

Что такое акустика

У понятия "акустика" достаточно много значений, каждое из которых связано со звуком. Но в первую очередь это наука о звуке, его физической природе, принципах возникновения, восприятия, распространения. Одним из её разделов является электроакустика, которая позволяет исследовать вопросы приёма, воспроизведения, а также записи звуковой информации при помощи техники.

Именно в рамках таких научных изысканий изучаются вопросы формирования и развития систем вещания, телевидения, радиотелефонной связи, систем звукоусиления. Когда же речь идёт об электрической аппаратуре акустика (или акустическая система) представляет собой устройство, которое используется для преобразования токовых сигналов в звуковое колебание.

Конструкция микрофона и динамика

Конструктивно динамики (динамические головки, громкоговорители) состоят из нескольких основных конструктивных элементов:

  1. Магнитов,
  2. Катушек, намотанных на каркас,
  3. Диффузоров.

Внутри каркаса с катушкой располагается постоянный магнит-сердечник, с помощью которого при подаче сигнала на вход образуется магнитное поле. При этом катушка начинает своё движение, характер которого зависит от поданных сигналов и их амплитуды (с её снижением уменьшается и ход самой катушки). Одновременно с катушкой двигается и диффузор, присоединённый к катушке, создавая при этом в воздухе звуковые колебания.

Устройство динамика

Микрофон по своей конструкции фактически повторяет динамик: его диффузор принимает воздушные колебания, а катушка напрямую связана с ним и магнитом внутри. Основным отличием стало то, что катушка динамической головки имеет меньше витков в сравнении с катушкой, которая устанавливается в микрофоне.

Схема микрофона

Устройство и принцип действия микрофона

Принцип работы любого микрофона вне зависимости от особенностей его конструктивного исполнения заключается в воздействии на тонкую мембрану звуковых колебаний воздуха. В результате мембранные колебания становятся причиной возбуждения электрических колебаний. В зависимости от типа устройства могут быть использованы различные технологии и физические явления: микрофон может быть

  • Электродинамическим
    • Ленточным, когда материалом для катушки служит гофрированная алюминиевая фольга;

      Схема ленточного микрофона

    • Катушечным, оснащённым диафрагмой в кольцевом зазоре магнита, при колебаниях которой под действием звуковых волн катушка пересекается силовыми линиями и в ней наводится ЭДС;

      Схема катушечного микрофона

  • Пьезоэлектрическим, работа которого основана на использовании кристаллических пластинок;

    Устройство пьезоэлектрического микрофона

  • Конденсаторным, оснащённым конденсатором, ёмкость которого изменяется во время звуковых колебаний при вибрации одной из обкладок (для этого она изготавливается из эластичного материала).

    Схема конденсаторного микрофона

Основными техническими параметрами всех микрофонов является их

  1. Чувствительность – отношение выходного напряжения к звуковому давлению при заданном уровне частоты (в большинстве случаев она составляет 1000 Гц): чем она ниже, тем меньше чувствительность микрофона;
  2. Акустическая характеристика, которая определяется интенсивностью влияния звукового поля;
  3. Уровень собственного шума,
  4. Амплитудно-частотная характеристика, зависящая от особенностей звуковых колебаний;
  5. Направленность, которая определяется зависимостью чувствительности аппарата от его расположения по отношению к источнику звука.

Устройство и принцип действия динамика

Работа любой динамической головки основана на использовании в составе конструкции кольцевого магнита с полюсами, которые размещены на его плоской стороне, и его поля. Замкнутое магнитное поле при этом формируется за счёт использования стальных листов с обеих сторон элемента. Полученная система играет роль магнитопровода и по своей форме и размеру полностью совпадает с параметрами магнита.

Магниты динамика

Равномерность распределения магнитных линий обеспечивается за счёт вставленного в центральное отверстие стального цилиндра. Разница в диаметрах цилиндра и отверстия в магните определяется конструкцией катушки. В полученном зазоре происходит концентрация магнитного поля.

Катушка индуктивности, размещённая в зазоре, всегда погружается внутрь зазора на половину высоты, что позволяет обеспечить её одинаковый ход во время работы динамика в обе стороны. Подключение к катушке к источнику питания в зависимости от совпадения полярности катушки и самого магнита (при одной её совпадении она выталкивается, при противоположных значениях – втягивается) фактически обеспечивает работу всего устройства.

Магниты динамика со стальным цилиндром

Для того чтобы добиться механического движения воздуха катушка фиксируется на жёстком цилиндре с бумажным конусом. При перемещении катушки конус также будет двигаться и появится звук. Исключить любые искажения помогает фиксация полученной конструкции при помощи диффузородержателя и центрирующей шайбы.

Магниты динамика с диффузородержателем

Читайте также: Что такое цифровой микрофон?

0 0 vote
Article Rating
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments