Изготовление акустических систем своими руками

Прежде всего обрисуем круг задач, потому что, зная конечную цель, многим будет проще работать в нужном направлении. Изготовление акустических систем своими руками обычно имеет место быть в тех случаях, когда магазинный вариант чем-то не устраивает. Например, появляется задача встраивания в мебель или более качественного прослушивания уже имеющейся медиа. Все это типичные примеры, которые решаются набором общепринятых способов. Их рассмотрением мы и займемся. Мы не рекомендуем листать по диагонали устройство акустической системы, вникайте!

Устройство акустических систем

Нет шансов сделать акустическую систему самостоятельно без понимания теории. Всем любителям музыки следует знать, что мы слышим ухом звуковые колебания различной частоты. Когда дело касается настоящих шедевров, то разброс достаточно высок. Обычно нижний край – порядка 40 Гц, верхний – 20 000 Гц (20 кГц). Физический смысл этого факта заключается в том, что не все динамики способны воспроизвести сразу весь спектр. Относительно медленные низкие частоты лучше всего 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

Мы полагаем, что те, кто поставил своей целью самостоятельное изготовление акустической системы, должны более критично оценивать звук. В связи с этим полезно будет знать, что хорошая колонка обычно имеет два и более динамиков, чтобы иметь возможность отразить звучание всего спектра. А вот сабвуфер даже в сложных системах обычно один. Это связано с тем, что низкие частоты заставляют вибрировать буквально все вокруг, становится непонятным, откуда именно несутся басы. Следовательно, и колонка может быть одна – сабвуфер. А вот что касается прочего, то человек уверенно может сказать, с какого направления пришел тот или иной звуковой эффект. (См. также: Ремонт акустических систем своими руками)

В связи со сказанным проведем делением акустических систем:

  1. Звук в формате Моно уже не популярен, поэтому не будем его касаться вообще.
  2. Звучание Стерео характеризуется двумя каналами. Причем и одни, и другой могут содержать как низкие, так и высокие частоты. В этом случае лучше всего подойдут равноценные колонки с парой динамиков (для басов и писка).
  3. Звук Вокруг отличается наличием большого числа каналов, которые создают эффект объемного звучания. Не будем вдаваться в алгоритмы, но обычно имеется 5 колонок и сабвуфер, чтобы донести всю гамму. Конструкция колонок также неопределенная, потому что мы не знаем, откуда именно донесется тот или иной эффект. Расстановка обычно такая: по четырем углам комнаты (грубо говоря) по колонке, сабвуфер стоит на полу слева или в центре, и прямо телевизором помещается фронтальная колонка. Последняя в любом случае имеет от двух динамиков и более.

Кроме того очень важно создать правильный корпус для каждой колонки. Например, низкие частоты потребуют хорошего резонатора из древесины, в то время как для верхней границы диапазона это не столь важно. В первом случае бока ящика будут служить дополнительными излучателями. В сети даже можно найти видео с габаритными размерами, которые должны соотноситься с длинами волн низких частот по науке, а на практике остается лишь копировать готовые конструкции, потому что дельной литературы по этому поводу, наверное, просто не существует.

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

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

Порядок проектирования акустической системы

Изначально нужно выбрать количество колонок, их тип и местоположение. Очевидно, что изготавливать их в большем числе, нежели имеет каналов домашняя система воспроизведения, не будет лучшим тактическим ходом. В частности, для кассетного магнитофона будет достаточно двух колонок, а к домашнему кинотеатру выйдет уже не менее шести корпусов (динамиков будет больше). Согласно потребностям все аксессуары встраиваются в мебель, при этом качество воспроизведения низких частот может хромать. Многим сейчас не дает покоя вопрос выбора динамиков: в одном из трудов 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.

Более того, мы уже как-то 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. Мы не любим повторяться, поэтому читатели могут взять на себя труд чуть полистать раздел, чтобы найти конкретные названия.

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

f = 1 / 2П RC;

П – это число Пи, известное всем со школы (3,14), R и C – номиналы резистора и емкости. На рисунке также R = 24 кОм, а С не афишируется. (См. также: Ремонт сплит-систем своими руками)

Активный фильтр с питанием

Активный фильтр с питанием

Но исходя из возможностей выбранных динамиков каждый читатель сможет сам подобрать этот параметр. То есть 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 его коэффициент передачи. На частотной характеристики, приведенной в переводе, которую мы 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, но она должна выбирать 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 имеет шансы взлететь на воздух. Мы не видим смысла разыскивать в сети исходную схему чипа LM833 по той простой причине, что это может оказаться Сизифовым трудом. В том смысле, что некоторые читатели найдут замену, но она будет чуть отличаться… В общем, мы надеемся на понимание в этом смысле.

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 может собрать своими руками каждый, это курс еще школьной физики. В крайнем случае можно прибегнуть к помощи Гоноровского, где лучше уже некуда расписаны все тонкости прохождения сигналов через те или иные линии. Нас там интересуют фильтры низкой и фильтры высокой частоты. Желающие поделить сигнал на три части также должны поинтересоваться полосовыми фильтрами. При этом максимально допустимое (или пробивное) напряжение выйдет мизерным, а вот номинал, как был 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 можно купить. Называется такая вещица кроссовером, внимательно подбирайте динамики, чтобы их диапазоны по возможности точнее соотносились с параметрами фильтра.


Для пассивных кроссоверов акустических систем имеется множество калькуляторов, например, вот здесь http://ccs.exl.info/calc_cr.html. В качестве исходных данных программа расчета принимает входные сопротивления динамиков и частоту деления (об этом мы уже говорили). Введите свои цифры, и робот быстро снабдит величинами емкостей и индуктивностей. На приведенной страничке также можно задавать тип фильтра (Бесселя, Баттерворта, Линквица-Райли). На наш взгляд это все для профи. В частности, 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 может быть понято только профессионалами. Если сомневаетесь, выбирайте золотую серединку. В прямом смысле ставьте галку на третьем кружке (Бессель).

Акустическая система из компьютерных колонок

Довелось посмотреть на Ютуб видео, где один юноша объявил, что им будет сделана акустическая система своими руками. Отрок действительно очень талантливый. Он раскурочил колонки от персонального компьютера — ну, совсем никакие — извлек на свет Божий усилитель с регулятором, поместил его в спичечный коробок приличных размеров для своей акустической системы. Компьютерные динамики известны тем, что плохо воспроизводят низкие частоты. Во-первых, это от того, что сами 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 сможет собрать любой радиолюбитель, но если он уже имеется, то никаких кулибиных не нужно. Из спичечного коробка торчит ручка регулятора громкости, вход с одной стороны, выход — с другой. Но динамики старой акустической системы малы, как быть? Юноша раздобыл где-то старенький громкоговоритель не то чтобы сказочных размеров, но и не миниатюрный. Скорее всего, от какой-то 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 своей акустической системы ватин, любой другой схожий материал. Маленькие же динамики были помещены в продолговатые коробки, только-только вмещающие на одном из торцов громкоговоритель. Гордый отрок подключил один канал акустической системы на два маленьких динамика, второй — на один большой. И это все работает.

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

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

В частности, всем компьютерщикам известен системный зуммер, работающие по прерыванию BIOS, который способен вроде бы выдавать лишь один звук, но талантливые программисты выписывали на нем самые вычурные мелодии, даже с попыткой воспроизведения голоса. Однако при всем желании бас такая пищалка выдать не может.

К чему весь этот разговор… Большой динамик следовало бы не просто приспособить на один из каналов, а дать ему специализацию басов. Как известно, большинство современных композиций (Звук Вокруг не берем) рассчитаны на два канала, так называемое 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 теряются на большом динамике. Как быть? Мы 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. Какой-то любитель переснял ее из книги, мы приносим извинения автору, что не указываем первоисточник. Это происходит по той простой причине, что он нам не известен.

Итак, картинка. На ней 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 от 50 до 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. Мы 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 лишь голоса. Это диапазон от 300 до 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. В частности, 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 обычной музыки, то микрофон отключаем или уносим подальше от динамиков (в случае караоке), только потом начинаем петь. Фильтры же верхних и нижних частот можно оставить без изменения, они просчитаны за нас 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 (мы это слово не списали) послужит РЕ 270-175. Как указывалось, полосы пропускания любой может посчитать самостоятельно. В частности, 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 ему подобных сплавов. После изготовления резистор лакируется, большого тока не планируется, поэтому и защищать как-то особо элемент не следует.

Индуктивности проще всего намотать самостоятельно. Для этого логично использовать любой онлайн калькулятор, где, задав емкость, на выходе получаешь параметры: количество витков, диаметр и материал сердечника, толщину провода. 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 какого-то 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. Самые главные параметры найдены, можно начинать 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 обычно рассчитано с некоторым запасом, и чтобы как-то согласовать нагрузку, часто применяется эмиттерный повторитель. Это каскад, который заставляет схему работать с полной отдачей на любой динамик.

Мы считаем, что помогли читателям понять, как правильно конструировать акустическую систему. Пассивные элементы сможет достать каждый. Осталось только собрать корпус акустической системы своими руками. А за этим, мы верим, дело не станет. Важно понять, то музыка состоит из многих частот, которые обрезаются при неправильном изготовлении устройства. Перед тем, как сделать акустическую систему, подумайте над этим, поищите. Очень важно передать все великолепие мелодии, тогда и будет твердая уверенность, что труд не пропал даром. А акустическая система будет служить долго и радость дарить.

Мы верим, что теперь изготовление акустических систем своими руками для наших читателей будет в удовольствие.