Низкочастотная секция своими руками

Обновлено: 06.07.2024

Самодельные колонки – путь к практически неограниченной мощности. Вы можете создать хоть ВЧ-колонки на несколько ватт, хоть сабвуфер на сотни ватт, практически приблизившись к оборудованию, что применяют на танцплощадках и в диско-клубах. Возможности ограничиваются лишь дороговизной самого большого динамика.

Особенности самодельных моделей

Если вы хотите, чтобы соседи вам позавидовали лишь потому, что у вас сверхмощная полу- или профессиональная акустика, то имеет смысл доукомплектовать свои основные стереоколонки мощным сабвуфером, превосходящим их в десятки раз. Особенность низких частот в том, что, в отличие от средних и высоких, они не подвергаются стереоозвучиванию. Значит, и изготавливать две широкополосные колонки, в которых низкочастотные динамики – отдельные, смысла нет.

Главное – подобрать динамики и мощные микросхемы усилителей, а также мощный импульсный блок питания на 100 и более ватт-часов потребляемого количества электричества.

Остальные расходники по сравнению с ними стоят копейки. Уделив особое внимание качеству, пользователь реально соберёт своими руками колонки, служащие десятки лет без особых проблем. В основном стареют лишь полупроводниковые радиоэлементы (диоды, транзисторы, микросхемы).

Инструменты и материалы

Из инструментов для работы потребуются следующие:

дрель с набором свёрл;
болгарка с отрезным по дереву диском;
электролобзик с мелкозубчатой пилой;
шуруповёрт с плоской и фигурной битами.

Материалы для изготовления колонок:

доска ДСП, ДВП или фанерная;
саморезы;
болты и гайки с гравёрными шайбами;
клей универсальный для склеивания дерева, резины и пластика (или мебельные уголки – они предпочтительнее при разборке колонки в случае выхода её из строя);
клей-герметик;
припой, канифоль и паяльный флюс.

Если вы собираете плату усилителя самостоятельно – вам потребуется также фольгированный стеклотекстолит.

Альтернативной является сборка на любой диэлектрической пластине (кроме резины), где дорожки плат паяются из проволоки, а не режутся/вытравливаются на токопроводящем слое (стекло) текстолита.

Радиоэлементы приобретаются согласно схеме усилителя. Кроме основной микросхемы, нужны навесные элементы – резисторы, конденсаторы, диоды, возможно, катушки и дроссели. Дополнительные сверхмощные транзисторы используются в качестве оконечных каскадов – когда мощности основной микросхемы уже не хватает, а мостовое включение оконечных каскадов могло бы помочь пользователю достичь практически неограниченной мощности.

Для намотки самодельных катушек колебательных контуров разделительного фильтра, если колонка – общая, а не для низких частот, потребуются эмальпровод, эпоксидный клей и кусок пластиковой трубы нужного диаметра.

Инструкция по изготовлению

Изготовление колонки – многоэтапный процесс, подразделяющийся на слесарные и электромонтажные работы. Колонка для дома (вернее, для ПК или домашнего кинотеатра) изготавливается по заранее выбранному чертежу. Выберите вариант сабвуфера – мини- или обычный, от этого зависит размер ящика, изготавливаемого в начале работ.

Сборка корпуса

Чтобы собрать корпус, выполните следующие действия.

Распилите по чертежу доску из ДСП, натурального дерева или МДФ, на составные элементы.
Подготовьте прямоугольное отверстие под лабиринт из кабель-канала.
Скрепите на уголках или склейте эпоксидным клеем верхнюю, нижнюю, заднюю и боковые грани. Получится не полностью собранный ящик, обладающий достаточной жёсткостью.

Ящик для колонки собран.

Чтобы собрать и установить порт, сделайте следующее:

выпилите из короба подходящие куски, вписывающиеся в размеры колонки;
присоедините колено короба в месте поворота кабель-канала;
проверьте, что порт (сборный кабельный короб) подогнан под внутренние размеры ящика;
приклейте его с помощью термоклея или герметика.

Когда клей засохнет, проверьте, что порт из короба не болтается. Недостаточное его закрепление может привести к тому, что он входит в резонанс на определённой частоте.

Отверстие для динамика

Обработка внутренней части корпуса

Важная часть внутренней сборки – компоновка, размещение функциональной электроники. Вначале подготавливают усилитель. Сделайте следующее.

Изготовьте печатную плату согласно её топологии (карты дорожек).
Разместите радиоэлементы согласно электромонтажной схеме (сборочному чертежу).
Пропаяйте все контакты ножек деталей с дорожками печатной платы.
Припаяйте провода на вход, выход и для электропитания собранного усилителя.
Присоедините радиатор усилителя к основной микросхеме и разместите его в надёжном месте колонки, например, используя винтовые стойки. Допустимо располагать его и на деревянных подкладках – он не будет нагреваться настолько, чтобы подпалить дерево.
Если мощность динамика достигает сотен ватт, соберите дополнительные усилительные каскады. Их количество ограничено лишь свободным местом внутри колонки.

Например, 8 каскадов по 100 Вт, усиливаемых 25-ваттный звук с выхода микросхемы, включённых по мостовой схеме, способны обеспечить 800 Вт.

Но для охлаждения всех радиаторов потребуется мощный компьютерный кулер, поток воздуха которого направляется на эти радиаторы. Каждому транзистору потребуется свой теплоотводящий радиатор. В старые времена использовались и радиолампы – сейчас они вытеснены транзисторами и микросхемами. К тому же уровень линейных искажений в радиоламповых усилительных каскадах зашкаливает.

Мощность на коллекторе, рассеиваемая транзистором (его фактическая полезная мощность) лишь в 1,5-2 раза больше тепловой, выделяемой полупроводниковыми переходами при нагреве в процессе интенсивной работы. Чтобы отвести лишний жар от силовых элементов, и нужен радиатор.

Питание

В качестве блока питания нередко берут зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов. Оно выдаёт не более 15 В, при этом ток может достигать десятков ампер. Выполнен он по современной схеме импульсного блока питания, в который входят:

сетевой выпрямитель – мощный диодный мост на 220 В;
преобразователь частоты от единиц до десятков килогерц – он позволяет в десятки раз уменьшить габариты трансформатора;
трансформатор – гальванически развязывает выходную часть от сетевого напряжения, защищая от удара током и высоковольтного пробоя;
высокочастотный выпрямительный мост на современных диодах с высоким КПД;
фильтр – задерживает броски тока;
импульсный стабилизатор – избавляет от скачков напряжения.

Всю эту схему, имея нужные детали, можно собрать в колонке и самому. Но чаще ставят готовый блок встроенный или выносной (в одном корпусе с усилителем). Разместив все нужные функциональные узлы внутри колонки, делаем следующее:

выводим линии питания и звука;
подключаем динамик к выходу усилителя;
устанавливаем на место переднюю часть (с динамиком) и закрепляем её.

До проведения работ по дизайну и эргономике колонки испытайте её:

Звук должен быть чистым, без хрипов. Низкочастотный динамик должен чётко воспроизводить низкие частоты.

Установите сабвуфер где-нибудь на полу комнаты. В авто это чаще всего багажник или пространство под задним сиденьем.
Пройдитесь по комнате (или вблизи авто, пересаживайтесь в машине на разные сидения), прислушиваясь к естественному звучанию басов. Если звук приобретает гудящие оттенки – переместите сабвуфер в другое место.
Попробуйте перенастроить эквалайзер (если вы музыкант, то сэмплер) усилителя или самого гаджета. Добейтесь оптимальных настроек, чтобы колонка не уходила в область слегка завышенных нижних частот (100-250 Гц).

Если от размытости басов полностью избавиться не удалось, причины следующие:

неправильный расчёт ящика и канала;
динамик не соответствует заявленным характеристикам;
щели между стенками колонки недостаточно тщательно загерметизированы;
слишком тонкая фанера, из которой вырезаны стенки.

Для высокомощных колонок нельзя использовать доску или плиту толщиной менее 15 мм – жёсткость стенок в этом случае для звуковых волн недостаточна.

Оформление

Внешнее оформление колонки можно сделать любым, даже самым необычным. Варианты отделки:

обшивание колонки материей;
обработка доски ДСП шпатлёвкой, покраска;
установка тонкостенных пластиковых, металлических или композитных панелей;
поклейка высококачественных пластиковых обоев или декоративной плёнки.

Передняя часть, где размещён динамик, закрывается мелкоячеистой решёткой. Последняя защитит рупорный диффузор от случайных тычковых движений. В некоторых колонках несколько фазоинверторов позволяют спрятать динамик внутри целиком.

Что такое пассивный излучатель

Пассивный излучатель (он же пассивный динамик) — это излучатель, лишенный магнитной системы и катушки. Он не способен преобразовывать электрический сигнал в звуковые колебания, а значит не может работать самостоятельно и должен возбуждаться активным излучателем, установленным в тот же закрытый корпус.

Наиболее эффективен пассивный излучатель на низких частотах. Н а средних и высоких частотах звукового давления, создаваемого активным излучателем, просто недостаточно. Поэтому используя пассивный динамик можно своими руками значительно улучшить басы вашей акустической системы.

АЧХ колонки с пассивным излучателем

Установка пассивного излучателя приводит к увеличению площади излучающей поверхности. Два диффузора колеблются вместе, поэтому во-первых повышается уровень в НЧ диапазоне, а во вторых и повышается КПД всей акустической системы.

Для примера рассмотрим обобщенную АЧХ акустической системы до и после вставки пассивного излучателя.

На сравнительном графике видно, что при наличии пассивного излучателя, АЧХ акустической системы значительно повышается в диапазоне от 20 до 500Гц. А это и есть низкочастотная область, т.е. те самые басы.

Как активный, так и каждый пассивный излучатель имеет свою резонансную частоту. На этой частоте его колебания максимальны.

Основную трудность для любой акустической системы обычно представляют самые низкие частоты, поэтому резонансную частоту всегда стараются понизить. Для этого диффузор пассивного динамика делают большей массы.

Колонка с пассивным излучателем

Довольно популярная сегодня область применения пассивных излучателей — это портативные колонки. При их размерах не так то просто получить действительно хороший бас. Акустический пассивный излучатель может значительно улучшить ситуацию .

Если вы хотите своими руками сделать портативную колонку, то перед вами стоит вопрос контроля заряда аккумулятора. Для этих целей рекомендую глянуть статью Умный контроллер заряда литиевых аккумуляторов — модуль на tp4056. Тем более что стоят такие модули всего 30 центов за штуку.

Но даже если колонка не портативная, а настольная диаметр диффузора пассивного динамика должен быть больше или равен диаметру активного излучателя.

При этом собственный резонанс пассивного излучателя должен лежать ниже резонанса основного динамика. В идеале, для настольной акустики он должен лежать ниже 20Гц. Будет еще лучше, если такую же низкую резонансную частоту будет иметь и активный громкоговоритель.

Применяется пассивный излучатель только в корпусе типа закрытый ящик. Т.к. возбуждается он только колебаниями воздуха внутри корпуса от активной головки. Следовательно любая негерметичность корпуса колонки с пассивным излучателем сильно снижает эффективность отдачи по басам.

Пассивный излучатель своими руками

Можно легко сделать пассивный излучатель своими руками, удалив у низкочастотного динамика магнитную систему и подвижную катушку. Лучше использовать басовый динамик диаметром не меньше предполагаемого активного излучателя. Так же не лишним будет немного утяжелить диффузор.

Не обязательно препарировать нормальный динамик, чтобы сделать из него пассивный динамик своими руками. Лучше использовать его по назначению, а в дополнение к нему дешево купить пассивный излучатель на AliExpress.

Показанные выше пассивные излучатели отлично подходят для создания самодельных портативных колонок. Они обладают диаметром 2 дюйма и стоят всего 143 рубля за пару. Покупать рекомендую в этом магазине.

Еще более интересный вариант:

Эти пассивные излучатели уже меньше похожи на обычные динамики потому, что лишены металлической корзины и имеют минимальную толщину. Они обладают диаметром 3 дюйма (79мм), за счет чего могу обеспечить лучшие басы. Обойдутся они несколько дороже — 515 рублей за пару. Ссылка на магазин.

Больше диаметр — больше басов:

Это уже 4-х дюймовый пассивный излучатель басов. Его цена так же не столь велика и составляет 260 рублей. Купить его можно тут. Однако благодаря большему диаметру он еще лучшую отдачу по низким частотам.

Заключение

Пассивные излучатели уже давно используются во многих типах колонок, заменяя собой фазоинвертор. Например, пассивный излучатель отлично подходит для сабвуфера, особенно автомобильного. Поэтому определенно стоит попробовать встроить пассивный излучатель своими руками в вашу АС.

Привет! В этом окошке авторы блогов любят мериться крутостью биографий. Мне же будет гораздо приятнее услышать критику статей и блога в комментариях. Обычный человек, который любит музыку, копание в железе, электронике и софте, особенно когда эти вещи пересекаются и составляют целое, отсюда и название - АудиоГик. Материалы этого сайта - личный опыт, который, надеюсь, пригодится и Вам. Приятно, что прочитали :-)

Сабвуферы и акустические системы

В этой статье описана конструкция малогабаритных акустических систем АС, предназначенных для использования в местах отдыха вдали от дома, которые обладают более высоким качеством воспроизведения музыкальных фонограмм, чем серийные переносные магнитофоны и магнитолы высоких классов.

В статье кратко обоснованы пути и причины выбора такого технического решения. Данные акустические колонки могут быть построены начинающими радиолюбителями, так как требуют небольшое количество материалов, соответственно, малый объем трудозатрат на изготовление и просты в настройке. Технология изготовления акустических систем своими руками подробно описана в расчете на начинающих радиолюбителей.

Конструирование малогабаритных акустических систем своими руками было вызвано необходимостью во время отпуска вдали от дома слушать музыкальные записи с более высоким качеством, чем это позволяют переносные магнитофоны и магнитолы высоких классов. Речь не идет о высококачественном звучании категории Hi-Fi, поэтому необходимо было найти компромиссный вариант между качеством звучания и объемом аппарата.

Двухполосная акустика Мелодия-101-стерео

Ящики были изготовлены из ламинированной фанеры толщиной 12 мм. Боковые стенки и лицевая панель, с вырезанными отверстиями под динамические головки, соединены между собой с помощью деревянных реек сечением 15×15 мм, клея ПВА и коротких гвоздей.

Гвозди должны входить в фанеру на глубину не более 8 мм. Задняя часть боковых стенок вначале также была обшита рейками сечением 15х 15 мм по всему периметру на расстоянии 12 мм от края для крепления задней стенки шурупами.

Эти динамики выбраны из следующих соображений:

диапазон воспроизводимых частот динамика 25ГДН-3 65-5000 Гц;
частота основного резонанса 55 Гц;
номинальное электрическое сопротивление 4 Ом;
диапазон воспроизводимых частот динамика 6ГДВ-1 5000…18000 Гц;
номинальное электрическое сопротивление 8 Ом [6].

В результате этого получается полная стыковка диапазонов воспроизводимых частот от 65 до 18000 Гц без среднечастотного динамика. Практические испытания звучания этой акустической системы на слух дали результат, который оказался ниже ожидаемого в части воспроизведения низших звуковых частот. Очевидно, сказалось уменьшение объема ящика.

Проанализировав все возможные способы повышения качества звучания, при тех же габаритах акустической системы, было принято решение дополнить ящик щелевым фазоинвертором с тыльной стороны и установить сдвоенные головки типа 25ГДН-3, у которых результирующий эквивалентный объем в два раза меньше, чем у одной такой же головки [1].

Чертежи акустической системы

Конструкция акустической системе со сдвоенными динамиками и фазоинвертором показана на рис. 1, где обозначены:

Перегородка фазоинвертора.
Направляющая рейка.
Рейки крепления боковых стенок, лицевой панели и задней стенки.

Для крепления сдвоенных головок к лицевой панели вырезают из фанеры толщиной 5…6мм
кольцо 10 с внутренним диаметром 110 мм и наружным – 160 мм, на которое соосно накладывают головку и размечают крепежные отверстия карандашом. Отверстия просверливают сверлом диаметром 3,3 мм. Кольцо с отверстиями накладывают на место крепления сдвоенных головок к внутренней стороне лицевой панели 11 и размечают центры углублений для головок крепежных винтов 7. В отверстия кольца 10 из фанеры вкручивают винты 7 М4 с круглыми головками и длиной 25 мм.

Если фанера очень плотная, можно предварительно нарезать в ней резьбу метчиком М4. После этого на лицевой панели делают углубления для головок крепежных винтов диаметром 7 мм и глубиной 4 мм. Эту операцию необходимо выполнять очень осторожно, чтобы не просверлить панель насквозь. Предварительно для точного размещения крепежных винтов углубления делают сверлом диаметром 2 мм, зажатым в ручные тиски, а затем таким же способом углубления расширяют сверлом диаметром 7 мм.

После этого кольцо со стороны лицевой панели и место его установки на внутренней стороне этой панели обильно смазывают клеем ПВА или эпоксидной смолой, включая углубления для головок винтов. Кольцо устанавливают на место и прижимают или прибивают короткими гвоздями. Излишки клея с передней стороны лицевой панели сразу же удаляют влажным тампоном, а эпоксидной смолы – ацетоном. Кольцо в таком состоянии находится до полной полимеризации клея (для надежности лучше выдержать 24 ч. так как прочность этого крепления очень важна).

Для сдваивания динамических головок необходим разделительный цилиндр 4, который герметизирует объем воздуха между диффузорами и на который опирается внутренняя головка. В авторском варианте цилиндр склеен из двух слоев линолеума на войлочной основе толщиной 5 мм. Внутренний диаметр цилиндра 114 мм, высота 60 мм.

Вторую полосу шириной 60 мм и длиной, определяемой по месту, наклеивают на первый слой цилиндра и фиксируют скотчем. Торцы второго слоя цилиндра должны стыковаться с противоположной стороны. В боковых стенках готового цилиндра напротив выводов внешней головки сверлят отверстия по диаметру монтажных проводников, которыми эта головка подключается к схеме акустической системе.

Для крепления (рис.3) обеих головок необходимо также иметь четыре втулки 6 длиной 25…30 мм с внешним диаметром 8… 10 мм со сквозной резьбой М4, четыре шпильки 5 длиной 60 мм с резьбой М4 на обоих концах по 20 мм, 8 гаек М4,12 картонных или текстолитовых шайб 2.8. Вначале на винты 7 приклеенного кольца устанавливают внешнюю динамическую головку 9 и закрепляют втулками 6 через шайбы 8. В отверстия разделительного цилиндра 4 вставляют достаточной длины зачищенные и залуженные монтажные проводники. Цилиндр устанавливают на динамическую головку 9, а проводники припаивают к ее выводам.

После крепления деталей их соединяют между собой согласно принципиальной схеме, показанной на рис.4. Конденсатор С1 80 мкФ состоит из нескольких стандартных, включенных параллельно. На схеме показано, что внутренняя головка зашунтирована конденсатором С1. В связи с тем, что длина звуковых волн среднечастотного диапазона соизмерима с расстоянием между диффузорами, звуковые сигналы, излучаемые внутренней головкой, приходят к диффузору внешней головки с существенными фазовыми сдвигами, искажающими АЧХ.

Например, звуковой сигнал с частотой 3000 Гц, длина волны которого равна 11,5 см, пройдя расстояние между диффузорами 6 см, поменяет фазу почти на противоположную и затормозит излучение этой частоты внешней головкой, т.е. создаст провал АЧХ на этой частоте. В этом варианте сдвоенных головок средние частоты должны воспроизводиться только внешней головкой. а низшие частоты, длины волн которых значительно больше расстояния между диффузорами, – воспроизводиться обеими головками и проходом фазойнвертора.

Сопротивление шунтирующего конденсатора на верхней частоте СЧ диапазона должно быть в несколько раз меньше сопротивления внутренней головки. Полное электрическое сопротивление динамика 25ГДН-3 на частоте 1 кГц равно 4 Ом, а на частоте 5 кГц составляет примерно в 5 раз больше. В данном случае на частоте 5 кГц сопротивление равно 0,4 Ом. В аналогичных акустических системах, габариты которых не являются критичными, внутреннюю головку можно шунтировать последовательным LC-контуром, перекрывающем полосу частот примерно 400 Гц…6 кГц.

В трехполосных акустических системах сдвоенные головки любого типа работают только на низших звуковых частотах, а средние и высокие частоты подавляются фильтром НЧ кроссовера, поэтому дополнительное шунтирование внутреннего динамика не требуется. Для прохода фазоинвертора на лицевой панели недостаточно места, поэтому было принято решение, поместить его с тыльной стороны. На работу динамических головок в области их основного механического резонанса место размещения прохода фазоинвертора особой роли не играет. Единственным недостатком этого варианта является то, что такую АС нельзя вплотную прислонять к стенкам помещений или мебели.

Для простоты изготовления и настройки фазоинвертор выполнен в виде узкой щели, образованной верхней стенкой ящика и плоской перегородкой 1 по всей его ширине (рис.1). Перегородка 1 выполнена из фанеры толщиной 6 мм и закреплена в пазах, образованных верхними рейками 3 крепления боковых стенок ящика и направляющими рейками 2. закрепленными на расстоянии 6 мм от верхних боковых реек. Верхнюю рейку 3 крепления задней стенки перемещают ниже на расстояние 21 мм от верхней стенки. Заднюю стенку обрезают сверху на 21 мм и крепят шурупами.

Изначально перегородка 1 имеет площадь примерно равную верхней стенке и возможность перемещаться в пазах для настройки фазоинвертора. Настройка фазоинвертора заключается в достижении минимума напряжения на сдвоенных головках на частоте основного резонанса 55 Гц путем изменением длины прохода перемещением перегородки. Более подробно настройка фазоинвертора описана в (4) и (5). После настройки фазоинвертора отмечают линию стыка перегородки с задней стенкой карандашом. Перегородку вынимают, лишнюю часть перегородки обрезают, а торец ее обрабатывают наждачной шкуркой.

После этих операций снимают заднюю стенку, а пазы, поперечную рейку и края перегородки смазывают клеем ПВА. Перегородку вставляют в пазы на свое место, а выдавленные части клея равномерно распределяют узкой кистью вдоль стыков перегородки с рейками. После полной полимеризации клея проверяют прочность крепления перегородки на отсутствие ее вертикального перемещения в пазах для предотвращения дребезжания. При обнаружении щелей между перегородкой и направляющими рейками щели заливают клеем ПВА.

После этого крепят заднюю стенку – и акустическая система готова к эксплуатации. Перед установкой задней стенки на рейки крепления наносят слой пластилина толщиной около 1 мм для герметизации корпуса акустической системы. В заключение следует отметить, что приведенная модернизация акустической системы дала положительные результаты и успешно используется в течение нескольких лет.

Читайте также: