Материал: 40 лучших ламповых УМЗЧ за 40 лет (1999)

КАК ИЗМЕРИТЬ РЕЖИМ ЛАМПЫ?

Под термином "режим лампы" принято понимать совокупность всех постоянных напряжений на электродах и токов в цепях лампы в конкретн ой работающей схеме. На рис.68 показана схема резистивного каскада усиления напряжени я НЧ, собранного на пентоде, на основе которого Ю. Прозоровский показывает методику измерений (Р- 5/66).

К точкам, обозначенным на схеме Uн, присоединена обмотка на кала силового трансформатора. Напряжение на нити накала можно измерить вольтметром переменного тока, включив его между точками 1 и 2. Ток в цепи н акала Iн измеряют амперметром переменного тока, который можно включить в ра зрыв цепи в точке 2.

Источник питания анода и экранирующей сетки включен межд у точками, обозначенными +Еа и -Еа. Напряжение источника питания -Еа из меряют вольтметром постоянного тока, включенным между точками 3 (сюда присоед иняется плюсовый провод вольтметра) и 1 (минусовый провод).

Принято все напряжения на электродах ламп (кроме нити нак ала) определять по отношению к катоду лампы. Поэтому напряжение на аноде лам пы Uа измеряется между точками 4 и 5, а напряжение на экранирующей сетке Uэ - ме жду точками 6 и 5.

Если мы разорвем цепь в точке 3 и в разрыв включим миллиампе рметр постоянного тока плюсом к зажиму +Еа, минусом к выводу рези стора анодной нагрузки Rа, то прибор покажет анодный ток лампы Iа. Тот же то к покажет прибор и при включении в разрыв цепи в точке 4. Лучше, однако, измерят ь анодный ток в точке 3, так как при этом меньше нарушается работа цепей переменн ого тока. Аналогично в точках 7 или 6 измеряется ток экранирующей сетки Iэ. Оба эти тока Iа и Iэ в сумме

составляют общий катодный ток лампы Iк. Током в цепи управляющей сетки при определении катодного тока можно пренебречь, так как он в большинстве случаев равен нулю (кроме генераторных схем). Катодный ток лампы можно измерить в точке 5. Плюсовый провод миллиамперметра присоединяется при этом к катоду, минусовый - к выводу резистора Rк.

Вольтметр, которым измеряют напряжения в цепях усилителей или приемников, должен быть высокоомным. Это означает, что его внутреннее сопротивление должно быть значительным. Обычно определяют его в пересчете на один вольт. Хорошие высокоомные вольтметры имеют внутреннее сопротивление порядка 20000 Ом на вольт. Например, вольтметр со шкалой до 300 В имеет

Ðèñ.68 внутреннее сопротивление 20 000х300=6 МОм.

ТРЕБОВАНИЯ К ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯМ НИЗШИХ ЗВУКОВЫХ ЧАСТОТ

Изготовление хорошего усилителя НЧ достаточной мощност и в настоящее время не представляет трудностей. Значительно сложнее сделать ак устическую систему, отвечающую требованиям высококачественного воспроизве дения звука. Легче всего решается задача воспроизведения высших звуковых частот путем применения в установке высококачественных громкоговорителей, способных воспроизводить необходимую область частот. Значительно труднее обеспечить воспроиз ведение низших частот,

92

поскольку решение этой задачи зависит не только от наличи я низкочастотных громкоговорителей, но и от их акустического оформления. М ежду тем воспроизведение низших частот, охватывающих область от 30...50 до 200...300 Гц, оказыва ет очень большое влияние на качество звучания акустической системы.

Как писал в свое время М. Эфрусси (Р-8/72), для хорошего воспроизведения низших звуковых частот необходим громкоговоритель с возможно б олее низкой частотой основного (первого) резонанса. Требование это вызывается тем, что ниже резонансной частоты резко падает отдача громкоговорителя, то есть соз даваемое им звуковое давление. Низшая частота, воспроизводимая установкой, исп ользующей данный громкоговоритель, равна 0,8...0,9 частоты его основного резонан са. Это, однако, может быть только при правильно выполненном внешнем оформлении громкоговорителя, устраняющем излучение обратной стороны диффузора. В наст оящее время только три вида внешнего оформления позволяют обеспечить эффектив ное воспроизведение низших частот при использовании громкоговорителей с достаточн о низкой частотой основного резонанса: закрытый ящик, фазоинвертор и лабиринт. Наибол ее доступен для изготовления радиолюбителями закрытый ящик и фазоинвертор, поэтому в этой статье мы ограничимся рассмотрением этих двух вариантов внешне го оформления.

Закрытый ящик полностью исключает излучение задней стороны диффузора . Однако упругость находящегося в нем воздуха, особенно если объем его не слишком велик (меньше 1 м3 = 1000 литров), складываясь с упругостью подвижной с истемы громкоговорителя, повышает его основную резонансную час тоту, и таким образом ухудшает отдачу на низших частотах.

Расчеты показывают, что основным условием использования закрытого ящика небольших габаритов для воспроизведения самых низших ча стот является наличие громкоговорителя с очень низкой частотой основного резо нанса и небольшим диаметром диффузора. Невыполнение этих условий ухудшает к. п. д. громк оговорителя и его отдачу. Чтобы скомпенсировать уменьшение отдачи таких громкого ворителей, повышают их мощность, увеличивая размеры звуковых катушек.

Закрытый ящик, кроме смещения частоты основного резонанс а, вызывает дополнительные резонансные явления на высших звуковых ч астотах, которые уменьшают равномерность частотной характеристики громкоговорите ля. Для устранения резонансов внутренние поверхности ящика покрывают или даже заполня ют часть объема

внешняя конфигурация ящика вследствие аффекта дифракци и (огибание волной препятствия). Чем более обтекаемую форму имеет поверхнос ть, прилегающая к громкоговорителю, тем слабее эффект дифракции и тем ровне е частотная характеристика. Наилучшей формой поверхности (в смысле отсутствия дифрак ции) будет сфера или цилиндр.

Фазоинвертор является разновидностью закрытого ящика и отличается от него наличием отверстия на одной из его сторон, чаще на одной ст ороне с громкоговорителем. Закрытый ящик с отверстием представляет собой резонансн ую систему (резонатор Гельмгольца), образованную упругостью (гибкостью) воздух а в ящике и массой воздуха в отверстии. В области резонанса этой системы масса воздуха в отверстии, зависящая от его площади и толщины краев, ведет себя подобно диффузору, явл яясь дополнительным излучателем, причем фаза колебаний воздуха в отверстии ок азывается повернутой на 180° относительно колебаний задней стороны диффузора, т. е. кол ебания воздуха синфазны с колебаниями передней стороны диффузора. Это обстоятельс тво и послужило основанием для названия такого акустического устройства - фазоинвер тором.

Правильно сделанный фазоинвертор не только обеспечивае т воспроизведение

93

низших звуковых частот, но и способствует уменьшению нели нейных искажений вблизи частоты основного резонанса громкоговорителя. В области основного резонанса громкоговорителя вследствие возрастания амплитуды движ ения звуковой катушки и диффузора начинает сказываться нелинейность их подвеса (центрирующая шайба, краевой гофр) и в воспроизводимом сигнале появляются гармоническ ие составляющие, увеличивая нелинейные искажения. Вследствие значительного акустич еского сопротивления фазоинвертора при его резонансе, амплитуда движений дифф узора уменьшается, а звуковое давление создается главным образом отверстием фазоинвертора. Поскольку при атом не происходит нелинейных эффектов (нарушение пропор циональности между перемещением диффузора и возбуждающей силой), звук получ ается менее искаженным. Выше резонансной частоты фазоинвертор ведет себя как зак рытый ящик. Известно, что увеличение гибкости воздушного объема и массы воздуха в о тверстии снижают резонансную частоту фазоинвертора. Увеличение гибкости может быть достигнуто увеличением объема ящика; увеличение массы - увеличением объема отверстия: его площади и толщины краев. Звуковое давление, создаваемое о тверстием фазоинвертора, пропорционально колебательной скорости массы воздуха в отверстии, которая зависит от колебательной скорости диффузора и размеров отверстия.

Для удобства расчета объема ящика фазоинвертора, в зависи мости от желаемой частоты его резонанса и длины прохода, на рис.69 приведена номограмма. При расчете надо иметь в виду, что длина прохода не должна превышать 0,1 д лины волны соответствующей резонансной частоты, то есть L<3400/fô, см, а площадь отверстия должна быть от 0,8 до 0,2 площади диффузора, что соответствует диаметру отверстия приблизительно от 0,9 до 0,45 полного диаметра диффузора. Если длина прохода равна только толщине краев отверстия панели, то во избежание па дения эффективности фазоинвертора, его площадь должна соответствовать прибл изительно 0,8 площади диффузора. А так как площадь отверстия фазоинвертора при одной и той же резонансной частоте связана с объемом, то необходимо использовать фаз оинвертор определенного объема в зависимости от размеров громкоговорителя, в том случае, если толщина краев отверстия равна толщине стенок ящика. Иллюстрацией завис имости отдачи фазоинвертора от площади его отверстия могут служить частотные характе ристики громкоговорителя с основным резонансом на частоте 30 Гц при неизменном объеме ящика фазоинвертора, но различных площадях отверстия (рис.70). Из рисунка видно, что увеличение площади отверстия (площадь увеличивается с номером характеристи ки) повышает резонансный пик и, следовательно, отдачу громкоговорителя, причем это соп ровождается и повышением частоты резонанса.

Конфигурация ящика фазоинвертора при отношении его стор он до 1 : 3 не влияет существенно на частоту резонанса; не следует, однако, дела ть его кубом или колонкой. Лучшим соотношением сторон будет 1:1,41:2 или 1:1,5:2,5. Ящик фазоинве ртора может быть и не прямоугольной формы. Конечно, щели в ящике недопустим ы. У правильно настроенного фазоинвертора на частотной характеристике полного сопротивления в области низших частот должно быть два пика приблизительн о равной высоты. Провал между максимумами соответствует основной резонансной ч астоте громкоговорителя.

Если в результате проверки окажется необходимым перестр оить резонансную частоту, то удобнее всего это сделать, изменив длину прохо да: удлинение прохода снизит, а укорочение повысит резонансную частоту. В случае очень короткого прохода (толщина панели) фазоинвертор можно перестроить при помощи передвигаемой шторки или поворачиваемого козырька, изменяющих площадь отверстия .

В фазоинверторе могут быть дополнительно установлены вы сокочастотные громкоговорители. В этом случае он превратится в двухполо сный звукоизлучатель. Если высокочастотные громкоговорители не рупорные, а диффузо рные, то их следует

94

Ðèñ.69

Ðèñ.70

изолировать от внутреннего объема ящика жестким колпаком (кожухом). При этом нужно учитывать уменьшение объема ящика всеми установленными в нем громкоговорителями и проходом, если таковой имеется. Приблизительный объем громкоговорителя в зависимости от диаметра диффузора будет: при диффузоре 15 см - 2,5 л; 20 см - 4 л; 25 см - 6,5 л; 30 см - 10 л.

Для устранения или ослабления отражений звука и образования стоячих волн, ухудшающих равномерность частотной характеристики громкоговорителя, внутреннюю поверхность ящика фазоинвертора

(заднюю сторону, дно и одну из боковых сторон) следует покр ыть звукопоглощающим материалом. Хорошие результаты дает покрытие звукопогло щающим материалом НЧ громкоговорителя и подвес звукопоглощающего материала поперек ящика. Звукопоглощающее покрытие способно изменить также отда чу на низших частотах и тембр звучания. При малом звукопоглощении на частоте втор ого максимума полного сопротивления громкоговорителя (более высокого) звук мо жет быть бубнящим. В этом случае звукопоглощающий материал следует поместить око ло отверстия. Степень

95

демпфирования удобно регулировать на слух по тембру щелч ка при подключении к громкоговорителю элемента напряжением 1,5 В.

МЕТОД РАСЧЕТА АКУСТИЧЕСКОГО ФАЗОИНВЕРТОРА

Предлагаемый в добавление к вышеизложенному метод расче та акустического фазоинвертора Ю. Любимова по материалам журнала "EW" (Р-7/68) осн ован на простейших измерениях, проводимых с вполне определенным экземпляром громкоговорителя, устанавливаемым в акустический фазоинвертор и на номографическом определении размеров последнего.

В первую очередь, руководствуясь рис.71 и таблицей, необходимо изготовить "стандартный объем" - герметичный фанерный ящик, все стыки к оторого во избежание утечек воздуха тщательно подогнаны, проклеены и промазан ы пластилином Далее измеряют собственную частоту резонанса громкоговорител я, находящегося в свободном пространстве. Для этого его подвешивают в воздухе вдалеке от крупных предметов (мебели, стен, потолка).

Схема измерений приведена на рис.72.

Здесь ЗГ - градуированный звуковой генератор, V - ламповый в ольтметр переменного тока и R - резистор сопротивлением 100...1000 Ом (при больших значен иях сопротивления измерение оказывается более точным).

Вращая ручку настройки частоты звукового генератора в пр еделах от 15...20 до 200...250 Гц, добиваются максимального отклонения стрелки вольт метра. Частота, при которой отклонение максимально и является резонансной ч астотой громкоговорителя в свободном пространстве FÂ.

Следующий этап - определение резонансной частоты громког оворителя F, при его

ß

работе на "стандартный объем". Для этого громкоговоритель кладут диффузором на отверстие "стандартного объема" и слегка прижимают, во изб ежание утечек воздуха в месте стыка поверхностей. Метод определения частоты резо нанса прежний, но в этом случае она будет в 2-4 раза выше.

Зная эти две частоты, с помощью номограмм находят размеры фазоинвертора. В зависимости от диаметра диффузора громкоговорителя выб ирают номограмму, приведенную на рис.73 (для диаметра 200 мм), на рис.74 (для диаметра 250 и 300 мм.) или

96