Трехполосная акустическая система

Если амплитудно-частотные искажения АС можно скорректировать фильтрами, тембро блоком или эквалайзером, то линейные и нелинейные искажения уменьшить довольно сложно. Для уменьшения искажений можно использовать головки громкоговорителей с широким диапазоном частот или размещать несколько громкоговорителей  каждая из которых воспроизводит свой диапазон звуковых частот в одном или нескольких корпусах АС.

Применение широкополосных громкоговорителей улучшит качество звучания, но в основном на СЧ и без дополнительных ВЧ громкоговорителей не обойтись, так как именно ВЧ придают естественность звучания.

Заметность гармонических искажений увеличивается с ростом их порядка. Если заметность гармонических искажений третьего порядка почти в двое выше, чем второго, то чувствительность слуха к искажениям пятого и других не четных порядков в 6-10 раз выше, чем второго порядка. Если их амплитуды не уменьшаться по мере возрастания номера гармоник, то на слух они воспринимаются как дребезг, что свидетельствует о дефектах при изготовлении отдельных элементов АС. Так называемые субгармонические искажения возникают в основном из-за параметрических колебаний диафрагмы громкоговорителя. На слух они воспринимаются как призвук, а с увеличением подводимой мощности к громкоговорителю появляются новые виды колебаний — дребезг.

Особое внимание при изготовлении АС необходимо уделить минимизации переходных искажений.

Очень часто групповой излучатель работает намного естественней чем один мощный громкоговоритель, мощность которого равна мощности группового излучателя. Так же хорошие результаты дает применение АС в 2-4 раза мощней чем номинальная мощность усилителя.

Основной причиной фазовых искажений в АС является сложный характер колебательных процессов в подвижных системах громкоговорителей, частотно-зависимые фазовые сдвиги в разделительных фильтрах, фазовые сдвиги из-за пространственного расположения громкоговорителей. Частотный диапазон в котором слух наиболее интенсивно улавливает фазовые искажения приходится на СЧ (600-4000Гц). Пороговая чувствительность слуха к неравномерностям АЧХ в АС приблизительно 2дБ. А чувствительность слуха к спектральным нерегулярностям опять попадает в область СЧ (500-3000Гц).

Так же надо учитывать не только конструкцию АЧ и фильтры, но и звуковую катушку, которая то же является источником нелинейных искажений, которые возникают в процессе электромеханического преобразования энергии. Поскольку КПД современных громкоговорителей составляет 1%, то большая часть мощности рассеивается в тепло. Например при мощности АС 100-200Вт температура нагрева катушек может достигать 150-200 ºС. Такая температура негативно действует на состояние катушек. Так же при нагреве происходит изменение активного сопротивления катушки в 1,5-2раза, что так же ухудшает качество звучания за счет рассогласования громкоговорителей с фильтрами.

Учитывая все приведенные выше возможные искажения автором была изготовлена трехполосная АС с электронными фильтрами, которая не уступает по качеству дорогостоящим АС.

В такой АС при использовании УМЗЧ с малой выходной мощностью, распределенной по полосам, можно добиться необходимого звукового давления во всем воспроизводимом диапазоне и сформировать необходимую суммарную АЧХ. В стерео варианте АС выполнена в шести корпусах.

Наиболее трудоемкой частью АС является корпус-фазоинвертор НЧ громкоговорителей.

Корпус изготовлен из ДСП толщиной 20мм, и были приняты меры для устранения дребезга стенок корпуса. Наиболее дребезжащей частью корпуса является передняя часть. Площадь окна фазоинвертора равна 160 кв. см. Собирают сначала боковые стенки с верхней и нижней частями. Далее необходимо закрепить на стенках ящика вибропоглощающий материал. Автор использовал обыкновенный рубероид. Куски рубероида сложены в 5 слоев на каждую стенку и прибиваем его к стенкам короткими гвоздями. Для укрепления корпуса необходимо изготовить деревянный брусок длиной 40 см и сечением 50*50 мм и прикрепить его к передней панели шурупами между верхним и нижним НЧ громкоговорителями. Для уменьшения вибраций корпуса отверстие фазоинвертора расположено не совсем симметрично. искажения могут возникать из-за задержки сигнала в трубе фазоинвертора, уменьшая длину трубы приведет к повышению резонансной частоты системы громкоговоритель-фазоинвертор. Поэтому автор применил громкоговорители с низкой частотой резонанса и использует большой объем ящика-корпуса отказавшись от трубы фазоинвертора.

Для скрепления всех станок использовались деревянные бруски сечением 40*40 мм. Внутри ящика размещены 4 кг ваты низкого качества но высокой плотности, по 1 кг в углах на задней стенки корпуса. Желательно сделать валики из этой ваты перевязав ее толстыми нитями или леской. Далее в корпусе устанавливаем перегородки из досок толщиной 20-30мм и шириной 10-20 см. Устанавливаем их асимметрично относительно вертикальной и горизонтальной осей АС. Достаточно 2-х таких перегородок, главное установить их под углом ко всем стенкам корпуса.

Такой громкоговоритель воспроизводит НЧ вплоть до 20Гц. Были использованы громкоговорители типа 75ГДН — 1 — 4 (75ГДН — 1 — 8 — при параллельном подключении) с частотами основного резонанса 25-27 Гц. Для уменьшения влияния соединительных проводов они должны иметь значительное сечение.

Собрав НЧ блоки АС можно приступить к СЧ блокам. Поскольку остронаправленные излучатели звучать монотонно, было решено на СЧ использовать групповой излучатель из громкоговорителей типа 20ГДС-4-8 расширенной диаграммной направленностью. Включены они так чтобы общее сопротивление было равно 8 Ом. СЧ блоки оснащены фазоинверторам.

СЧ громкоговорители выполнены из фанеры толщиной 10 мм. Есть 2-е  особенности в изготовлении АС. Первая: передняя стенка СЧ блока выполнена из 2-х частей соединенных под углом для расширения диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

Вторая особенность в наличии акустической щели-фазоинвертора. Размеры ее в обеих половинах каждого СЧ блока составляют 150*10мм. Снизу переднюю панель укрепляют посередине деревянным бруском, срезав одну его сторону для получения требуемого угла соединения передних стенок-половинок.

Следует избегать особенно для СЧ применения корпусов кубической конструкции. Если же это неизбежно то можно закруглить углы задних и частично передних стенок. Сферическая форма корпуса АС имеет наименьшую неравномерность АЧХ. Для скругления углов из фанеры толщиной 10 мм вырезают 4 куска треугольной формы — заготовки размерами 120*120*120 мм каждая и закрепляют эти куски фанеры в четырех углах, образованных задней, верхней и боковыми стенками, эпоксидным клеем.
Далее вырезают дополнительные заготовки из этой же фанеры (10мм) размерами 150*50мм. Эпоксидным клеем укрепляют их под углом к верхней и передней частям корпуса СЧ блока. В верхней части объема АС закрепляют 2 кг ваты.

Решетки (декоративные) громкоговорителей не должны быть сильно густыми, так как это приведет к излишней нагрузке на громкоговорители.

ВЧ блок так же группового типа. 8-мь ВЧ громкоговорителей 3ГД-47 (4ГДВ-1-8) расположены в два ряда по четыре в ряд.

Вырезаем 8 круглых отверстий диаметром 55 мм, далее изгибаем переднюю панель из спецкартона и прилепляем ее к корпусу ВЧ блока. Можно использовать небольшие гвозди совместно с эпоксидным клеем. Для корпуса АС использована фанера толщиной 10 мм  для верхней, нижней и боковых частей корпуса.

С данной АС могут работать любые УМЗЧ как мощные до 150Вт и более, так и менее мощные 20Вт.

Схема фильтров АС показана на рисунке.

ВА1, ВА2 — 75ГДН-1-4; ВА3-ВА6 — 20ГДС-4-8; ВА7-ВА14 — 4ГДВ-1-8; R1-R3 проволочные мощность не менее 10Вт.
Все катушки разносят в пространстве как можно дальше. Электролитические конденсаторы использовать нельзя, все соединения выполнены многожильным проводом сечением не менее 1 мм. Так же в катушках фильтра для увеличения индуктивности катушек L1-L8 нельзя применять магнитные материалы.

Но автор все же рекомендует использовать кроссоверный блок  — упрощенная схема такого усилителя показана на рисунке.