Изготовление акустических систем своими руками

Прежде подробного рассмотрения проблемы обрисуем круг задач, потому что, зная конечную цель, будет проще работать в нужном направлении. Изготовление акустических систем своими руками нечастый случай. Практикуется профи или начинающими музыкантами, когда магазинные варианты не устраивают. Например, появляется задача встраивания в мебель или качественного прослушивания уже имеющейся медиа. Это типичные примеры, которые решаются набором общепринятых способов. Рассмотрением мы и займемся. Не рекомендуем листать по диагонали устройство акустической системы, вникайте!

Устройство акустических систем

Нет шансов сделать акустическую систему самостоятельно без понимания теории. Любителям музыки следует знать, что биологический вид Homo Sapiens слышит внутренним ухом звуковые колебания частот 16-20000 Гц. Когда дело касается классических шедевров, то разброс высок. Нижний край – 40 Гц, верхний – 20 000 Гц (20 кГц). Физический смысл этого факта заключается в том, что не все динамики способны воспроизвести сразу полный спектр. Относительно медленные частоты лучше удаются массивным сабвуферам, а пищание на нижней границе воспроизводят менее габаритные громкоговорители. Понятно, что для большинства людей это ничего не значит. И даже если часть сигнала пропадет, не будет воспроизведена, никто этого и не заметит.

Устройство акустической системы

Устройство акустической системы

Полагаем, что те, кто поставил целью самостоятельное изготовление акустической системы, должны критично оценивать звук. Полезно будет знать, что годная колонка имеет два и более динамиков, чтобы иметь возможность отразить звучание обширной полосы из слышимого спектра. А вот сабвуфер даже в сложных системах один. Это связано с тем, что низкие частоты заставляют вибрировать окружение, проникая даже сквозь стены. Становится непонятным, откуда именно несутся басы. Следовательно, и колонка НЧ одна – сабвуфер. А вот что касается прочего, то человек уверенно скажет, с какого направления пришел тот или иной спецэффект (луч ультразвука блокируется ладонью).

В связи со сказанным проведем делением акустических систем:

  1. Звук в формате Моно уже не популярен, поэтому не будем его касаться.
  2. Звучание Стерео обеспечивается двумя каналами. Причем и один, и другой содержат как низкие, так и высокие частоты. В этом случае лучше подойдут равноценные колонки с парой динамиков (для басов и писка).
  3. Звук Вокруг отличается наличием большего числа каналов, которые создают эффект объемного звучания. Не будем вдаваться в алгоритмы, но обычно 5 колонок и сабвуфер доносят гамму меломанам. Конструкция также многообразна. До сих пор на этот счет ведутся исследования с целью улучшить качество передачи акустики. Расстановка традиционная такова: по четырем углам комнаты (грубо говоря) по колонке, сабвуфер стоит на полу слева или в центре, и под телевизором помещается фронтальная колонка. Последняя в любом случае снабжается двумя динамиками и более.

Кроме того важно создать правильный корпус для каждой колонки. Например, низкие частоты потребуют резонатора из древесины, для верхней границы диапазона это не важно. В первом случае бока ящика служат дополнительными излучателями. В сети даже найдете видео с габаритными размерами, соотносящимися с длинами волн низких частот по науке, а на практике остается копировать готовые конструкции, потому что дельной литературы по этому поводу, наверное, просто нет.

Теперь, когда круг задач очерчен, читатели понимают, что самодельная акустическая система строится на следующих элементах:

  • набор динамиков для частот сообразно числу каналов;
  • фанера, шпон, доски для корпуса;1
  • декоративные элементы, краска, лак, морилка.

Проектирование акустики

Изначально выбираем количество колонок, тип и местоположение. Очевидно, что изготавливать в большем числе, нежели имеет каналов домашний кинотеатр, не будет разумным тактическим ходом. Для кассетного магнитофона хватит двух колонок. К домашнему кинотеатру выйдет уже не менее шести корпусов (динамиков будет больше). Согласно потребностям аксессуары встраиваются в мебель, при этом качество воспроизведения низких частот хромает. Теперь о вопросе выбора динамиков: в издании за авторством Найденко и Карпова приведена номенклатура:

Трехполосная акустическая система

Трехполосная акустическая система

  1. Низкие частоты – головка CA21RE (H397) с посадкой на 8 дюймов.
  2. Средний диапазон – головка MP14RCY/P (H522) на 5 дюймов.
  3. Верхние частоты – головка 27TDC (H1149) на 27 мм.

Мы уже приводили указания по конструированию акустических систем, где предлагали электрическую схему фильтра, рассекающего поток на две части (выше дан перечень для трех поддиапазонов), где также приводили название покупных динамиков для решения задачи создания двух колонок стерео. Не любим повторяться, поэтому читатели могут взять на себя труд чуть полистать раздел, чтобы найти конкретные названия.

Следующим вопросом будет фильтр. Полагаем, что фирма National Semiconductor не обидится, если отскриним чертеж усилителя из перевода Ридико, как пример. Итак, на рисунке активный фильтр с питанием +15 и -15 В на 5-ти однотипных микросхемах (вроде бы операционных усилителей), граничная частота поддиапазонов которого вычисляется по формуле, приведенной на изображении:

f = 1 / 2П RC;

П – это число Пи, известное со школы (3,14), R и C – номиналы резистора и емкости. На рисунке также R = 24 кОм, а С не афишируется.

Активный фильтр с питанием

Активный фильтр с питанием

Но, исходя из возможностей выбранных динамиков, каждый читатель сможет сам подобрать этот параметр. Берутся характеристики полосы воспроизведения каждой колонки, находится некий стык перекрытия между ними, и туда выносится граничная частота. Затем по формуле считают величину емкости. Номинал сопротивления мы бы трогать не стали по той простой причине, что он может (не факт) задавать рабочую точку усилителя, а также и коэффициент передачи. На частотной характеристике, приведенной в переводе, которую здесь не приводим граница лежит на 1 кГц. Вот давайте вместе и посчитаем емкость для этого случая:

С = 1 / 2П Rf = 1 / 2 х 3,14 х 24000 х 1000 = 6,6 пФ.

Это не ахти какая большая емкость, выбирается из условия максимально допустимого напряжения. В схеме с источниками +15 и -15 В вряд ли будет номинал, превышающий суммарный уровень (30 В), но мы бы взяли пробивное напряжение (по справочнику) не менее 50 В, а лучше и больше. Не пытайтесь поставить здесь конденсаторы постоянного тока, например, электролитические, иначе схема обретает шансы взлететь на воздух. Не видим смысла разыскивать в сети исходную схему чипа LM833 по той простой причине, что это окажется Сизифовым трудом. В том смысле, что некоторые читатели найдут замену микросхеме, которая будет чуть отличаться… надеемся на понимание в этом смысле.

Читайте также:  Центробежный вентилятор своими руками

Кстати, насчет сравнительно небольшой емкости конденсаторов (по отдельности и суммарной) в описании фильтра так и говорится, что благодаря низкому импедансу головок без активных компонентов номиналы пришлось бы увеличить. Что закономерно ведет к появлению искажений ввиду наличия электролитических конденсаторов и катушек с ферромагнитным сердечником. Не стесняйтесь двигать границу деления диапазонов, потому что общая пропускная способность от этого не меняется.

Пассивные фильтры акустической системы

Пассивные фильтры акустической системы

Пассивные фильтры соберет своими руками каждый, кто обучен пайке, это курс еще школьной физики. В крайнем случае прибегните к помощи Гоноровского, где лучше уже некуда расписаны тонкости прохождения сигналов через те или иные линии, обладающие нелинейными свойствами. Нас из приведенного материала интересуют фильтры низкой и высокой частоты. Желающие поделить сигнал на три части также должны заинтересоваться полосовыми фильтрами. При этом максимально допустимое (или пробивное) напряжение выйдет мизерным, а вот номинал, как уже указано выше, станет значительным. Это будут уже упомянутые электролитические конденсаторы емкостями в десятки микрофарад (на три порядка выше, нежели в нашем активном фильтре).

Многих, наверное, тревожит вопрос, где взять напряжения +15 и -15 В для акустической системы. Намотайте трансформатор (пример уже приводился, программа для ПК Trans50Hz), снабдите двухполупериодным выпрямителем (диодный мост), профильтруйте, наслаждайтесь. Наконец, активный или пассивный фильтр прикупите. Называется такая вещица кроссовером, внимательно подбирайте динамики, чтобы диапазоны точнее соотносились с параметрами фильтра.

Для пассивных кроссоверов акустических систем найдете в интернете множество калькуляторов, например, вот здесь http://ccs.exl.info/calc_cr.html. За исходные цифры программа расчета принимает входные сопротивления динамиков и частоту деления (об этом уже говорили). Введите данные, и программа-робот быстро снабдит величинами емкостей и индуктивностей. На приведенной страничке также задавайте тип фильтра (Бесселя, Баттерворта, Линквица-Райли). На наш взгляд это для профи. Приведенный выше активный фильтр состоит из фильтров Баттерворта 2-го порядка (скорость снижения АЧХ 12 дБ на октаву). Это относится к частотной (АЧХ) характеристике системы, и понятно только профессионалам. Если сомневаетесь, выбирайте золотую серединку. В прямом смысле ставьте галку на третьем кружке (Бессель).

Акустика из компьютерных колонок

Довелось посмотреть на Ютуб видео, где один юноша объявил, что сделает акустическую систему своими руками. Отрок очень талантлив: раскурочил колонки персонального компьютера — ну, совсем никакие — извлек на свет Божий усилитель с регулятором, поместил в спичечный коробок (корпус для акустической системы). Компьютерные динамики известны тем, что плохо воспроизводят низкие частоты. Это оттого что сами устройства маленькие и легкие, во-вторых, буржуи на материалах экономят. Ну, откуда в такой акустической системе взяться басам. Юноша взял и… читайте дальше!

Усилитель низкой частоты для акустической системы соберет любой радиолюбитель, но если уже имеется, то никаких кулибиных и не нужно. Из спичечного коробка торчит ручка регулятора громкости, вход с одной стороны, выход — с другой. Но динамики старой акустической системы малы. Юноша раздобыл старенький громкоговоритель не то чтобы сказочных размеров, но не миниатюрный. Скорее всего, с колонки еще советской акустической системы.

Собираем акустику из колонок

Чтобы звук не летал в воздухе пищанием, умный отрок сколотил из дюймовых досок ящики под каждый. Динамик старенькой акустической системы поместил в размеров почтовой коробки, причем сместил чуть, в точности так же, как это делается в современных сабвуферах домашних кинотеатров. Изнутри колонку звукоизолятором отделывать не стал. А так любой желающий может использовать для акустической системы ватин, другой схожий материал. Маленькие же динамики помещены в продолговатые коробки, только-только вмещающие на торце громкоговоритель. Гордый отрок подключил один канал акустической системы на два маленьких динамика, второй — на один большой. И это работает.

На деле юноша просто молодец, не пьет в подворотне, как это делают сверстники, и не портит в свободное время будущих невест, а занят делом. Как говорил один наш знакомый: «Молодому поколению прощается недостаток знания и опыта, но не избыток наглости и равнодушия».

Улучшения

Мы решили усовершенствовать методику и откровенно надеемся, что это поможет сделать акустическую систему самостоятельно несколько более качественно. В чем тут проблема? Есть такое понятие в радиотехнике, и акустических системах тоже, как частота. Вибрация во Вселенной имеет частоту. Говорят, что даже ауре человека это присуще. Так вот… каждая добротная колонка недаром вмещает несколько динамиков. Большие предназначены для низких частот, басов; прочие — для средних и высоких. Не только размер, а и устройство у них разное. Мы уже обсуждали этот вопрос и интересующихся отсылаем к написанным обзорам, где приводится классификация акустических систем, раскрываются принципы действия наиболее популярных.

Компьютерщикам известен системный зуммер, работающий по прерыванию BIOS, который способен вроде бы выдавать один звук, но талантливые программисты выписывали на нем вычурные мелодии, даже с попыткой цифрового синтеза и воспроизведения голоса. Однако при желании бас такая пищалка выдать не может.

К чему этот разговор… Большой динамик следовало бы не просто приспособить на один из каналов, а присудить специализацию басов. Как известно, большинство современных композиций (Звук Вокруг не берем) рассчитаны на два канала (стереовоспроизведение). Получается, что два одинаковых динамика (маленьких) играют одни и те же ноты, смысл в этом маленький. В то же время с этого же канала бас теряется, а высокие частоты гибнут на большом динамике. Как быть? Предлагаем внедрить в схему пассивные полосовые фильтры, которые помогут разбить поток на две части. Схему берем иностранного издания по той простой причине, что она первой попалась на глаза. Вот ссылка на исходный сайт chegdomyn.narod.ru. Радиолюбитель переснял из книги, приносим извинения автору, что не указываем первоисточник. Это происходит по той простой причине, что он нам не известен.

Читайте также:  Какую купить вышивальную машину

Итак, картинка. Бросаются сразу в глаза слова Woofer и Tweeter. Как не сложно догадаться, это, соответственно, сабвуфер для низких частот, и динамик для высоких. Охватывается диапазон музыкальных произведений 50-20000 Гц, причем на сабвуфер приходится полоса нижних частот. Радиолюбители могут сами по известным формулам просчитать полосы пропускания, для сравнения ля первой октавы, как известно, составляет 440 Гц. Считаем, что для нашего случая такое деление подойдет. Вот только хотелось бы найти два больших динамика, по одному на каждый канал. Смотрим схему…

Схема сборки акустической системы

Это не совсем музыкальная схема. В том положении, в котором сейчас находится система, идет фильтрация голоса. Это диапазон 300-3000 Гц. Переключатель подписан Narrow, что и переводится, как полоса. Чтобы получить Wide (широкое) воспроизведение, опускаем клеммы. Понятно, что для любителей музыки можно выкинуть полосовой фильтр Narrow, а вот любителям болтать по скайпу этого делать не нужно. При такой схеме можно напрочь исключить петлевой эффект микрофона, который известен каждому: пронзительное гудение вследствие переусиления (положительной обратной связи). И это ценный эффект, каждый знает, как сложно говорить по громкой связи. Любой владелец ноутбука осведомлен…

Итак, для устранения эффекта обратной связи изучите вопрос, найдите, на какой частоте резонирует система, и отрежьте лишнее фильтром. Очень удобно. Что касается популярной музыки, то микрофон отключаем или уносим подальше от динамиков (в случае караоке), только потом начинаем петь. Фильтры же верхних и нижних частот оставим без изменения, они просчитаны неизвестными западными друзьями. Для тех, у кого возникают затруднения с чтением иностранных чертежей, поясняем, что на схеме изображены (полосовой фильтр Narrow отброшен):

  1. Емкость 4 мкФ.
  2. Неиндуктивные сопротивления R1, R2 номиналом 2,4 Ом и 20 Ом.
  3. Индуктивность (катушка) 0,27 мГн.
  4. Сопротивление R3 на 8 Ом.
  5. Конденсатор С4 на 17 мкФ.

Динамики для акустики

Динамики должны соответствовать. Вот советы с указанного сайта. За сабвуфер сойдет МСМ 1853, а пищалкой (это слово не списали) послужит РЕ 270-175. Как указывалось, полосы пропускания любой посчитает самостоятельно. Если большая буква Ω означает кОмы, то ничего страшного в этом нет, поменяйте номинал. Напоминаем, что емкости параллельно соединенных конденсаторов складываются, равно как и последовательно включенные резисторы. Это на тот случай, если не найдется под рукой подходящих номиналов. Вряд ли получится изготовить динамики своими руками, а вот набрать небольшие номиналы сопротивлений вполне реально. Это не должны быть катушки, стало быть, используем пластины из нихрома и подобных сплавов. После изготовления резистор лакируется, большого тока не планируется, поэтому и защищать особо элемент не следует.

Индуктивности проще намотать самостоятельно. Для этого логично использовать любой онлайн калькулятор, где, задав емкость, на выходе получаешь параметры: количество витков, диаметр и материал сердечника, толщину жилы. Приведем пример, чтобы не быть голословными. Заходим в Яндекс и набираем нечто вроде «онлайн калькулятор индуктивности». Получаем ряд ответов на запрос. Заходим на понравившийся сайт, начинаем думать, как намотать индуктивность для нашей акустической системы номиналом 0,27 мГн. Нам понравился сайт coil32.narod.ru, на нем и начнем работу.

Исходные данные: индуктивность 0,27 мГн, диаметра каркаса 15 мм, проволока ПЭЛ 0,2, длиною намотки 40 миллиметров.

Таблица диаметров

Сразу возникает вопрос, глядя на калькулятор, где взять номинальный диаметр проволоки с изоляцией… Мы потрудились и нашли на сайте servomotors.ru таблицу, взятую из справочника, которую и приводим в обзоре, считайте на здоровье. Итак, диаметр по меди в нашем случае составляет 0,2 мм, а по изоляции – 0,225 мм. Подставляем смело эти величины в калькулятор с тем, чтобы найти нужные величины.

Получилась двухслойная катушка с числом витков 226. Длина провода составила 10,88 метра при сопротивлении порядка 6-ти Ом. Главные параметры найдены, начинаем мотать. Самодельная акустическая система выполняется в ручной работы корпусе, поэтому примостить фильтр место найдется. К одному выходу подключаем пищалку, к другому – сабвуфер. И пару слов об усилении. Может случиться, что каскад усилителя не потянет четыре динамика. У каждой схемы имеется некая нагрузочная способность, через которую нельзя перепрыгнуть, как ни старайся. Устройство акустической системы рассчитано с некоторым запасом, и чтобы согласовать нагрузку, часто применяется эмиттерный повторитель. Это каскад, который заставляет схему работать с полной отдачей на любой динамик.

Напутствие начинающим конструкторам

Считаем, что помогли читателям понять, как правильно конструировать акустическую систему. Пассивные элементы (конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности) сможет достать или изготовить каждый. Осталось только собрать корпус акустической системы своими руками. А за этим, верим, дело не станет. Важно понять, что музыка состоит из гаммы частот, которые обрезаются при неправильном изготовлении устройства. Перед тем, как сделать акустическую систему, подумайте над этим, поищите компоненты. Важно передать великолепие мелодии, тогда и будет твердая уверенность, что труд не пропал даром. А акустическая система прослужит долго и радость подарит.

Верим, что теперь изготовление акустических систем своими руками для наших читателей будет в удовольствие. Грядущее время уникально. Поверьте, в начале XX века нельзя было черпать информацию в таком количестве. Приходилось обшаривать пыльные полки библиотек. Возрадуйтесь интернету.