Аннотация: Сборник рекомендаций по изготовлению в домашних условиях акустики в виде щита с групповым излучателем. По моему опыту, это наилучший тип акустического оформления, обеспечивающий максимально верное воспроизведение музыки.
Краткий справочник по групповым излучателям в щитовом акустическом оформлении
Источник: форум 'Вторая жизнь старого радио'. Тема 'Групповой излучатель, акустика'.
Содержание: изготовление высококлассного группового излучателя в щите (в дальнейшем - Щ-ГИ) в домашних условиях из доступных материалов и с умеренными затратами.
Модератор темы - Василич (Юрий Васильевич Игнатенко) из Севастополя
Адрес темы http://www.radioland.1bbs.info/viewtopic.php?t=1678&postdays=0&postorder=asc&start=0&sid=6d0710e826eb9fd76251672de5c51865
Сокращения:
Щ-ГИ - щит с групповым излучателем из массива динамических головок (динамиков), вид акустического оформления головок
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика
ВЧ - высокие частоты (или высокочастотный)
НЧ - низкие частоты, басы (или низкочастотный)
СЧ - средние частоты (или среднечастотный)
ШП - широкополосный
АС - акустическая система
ЗЯ - закрытый ящик (акустическое оформление)
ОЯ - открытый ящик (акустическое оформление)
ФИ - фазоинвертор (акустическое оформление)
УНЧ - усилитель мощности низкой (звуковой) частоты
ЛУНЧ - ламповый усилитель мощности низкой (звуковой) частоты
Преимущества и недостатки Щ-ГИ
К преимуществам относятся:
1. Ровная АЧХ и высокая верность воспроизведения.
2. Высокая чувствительность.
3. Воспроизведение нижних частот вплоть до 30-40 Гц с завалом в единицы Дб по сравнению с уровнем на 1000 Гц с использованием широкополосных динамических головок, имеющих частоту основного резонанса 63-80 Гц; соответственно - отсутствие необходимости в активных многополосных системах (биамп, триамп, трифоник). Щит - единственное оформление динамиков, обеспечивающее ровную АЧХ в области НЧ намного ниже частоты основного резонанса головок. При большом числе головок, свыше 32 штук, и достаточном размере щита нижняя граница воспроизводимого звука находится на частоте примерно 40% от паспортной частоты основного резонанса динамиков.
4. Ощущение объёмности звука, особый, естественный характер баса - упругий, быстрый, особенно при подключении к ЛУНЧ с ОООС.
5. Сравнительно низкие трудозатраты и умеренные материальные по сравнению с приобретением фирменной акустики Hi-Fi или изготовлением такой акустики в традиционных ящиках (ЗЯ, ФИ, ч/волновой резонатор, лабиринт и т.д.), отсутствие 'горба' на частоте резонанса, как это наблюдается в перечисленных системах типа ФИ.
6. Доступность изготовления при минимальном уровне столярных навыков, достижение впечатляющего результата безо всякой настройки, исключая подбор номиналов фильтра при включении ВЧ-головки (при необходимости такой головки).
Недостатков три:
1. Необходимость большой площади для размещения АС вследствие большой ширины щита и потребности в зазоре между обратной стороной Щ-ГИ и стеной (или мебелью).
2. Трудность поиска подходящих динамиков, особенно раритетных производства СССР, от 8 до 36 штук в каждый щит, вместо этого устанавливаются современные головки, с ними приемлемый результат достигается только при очень большом числе головок - до 50.
3. При переходе к щитам, особенно с ламповым УНЧ, система подчёркивает все недостатки аудиотреков и источника сигнала; постройка щитов часто влечёт приобретение высококлассного ЦАП и смены всей фонотеки - если раньше устраивали файлы МР3, появится интерес к некомпрессованной музыке, винилу и бобинным магнитофонам, что влечёт дополнительные затраты.
Секрет Щ-ГИ - за счёт чего получается высокое качество звука
Установленные вплотную многочисленные головки работают как единый излучатель с площадью диффузора, равной сумме площадей всех малых, при этом масса подвижной системы каждой головки в единицы грамм - крохотная по сравнению с большими низкочастотными головками на резиновом подвесе, обладает малой инерционностью и обеспечивает отличную микродинамику, высокую детализацию, более быстрый, энергичный бас. Головки сравнительно малого размера, порядка 142 мм в диаметре по монтажному отверстию, или овалы, не встречают такого сопротивления воздуха движению диффузора, как сабвуферные в 12-15 дюймов, меньше усилие на излом диффузора, отсюда - минимум искажений.
Щ-ГИ одинаково хорошо отыгрывают и тихий звук с подводимой мощностью менее 1 Вт на АС, и пики фортиссимо, всеядны с точки зрения воспроизведения классики, джаза, рока, поп-музыки, а также в составе домашних кинотеатров для озвучивания взрывов и прочих акустических эффектов. Все динамики обладают некоторым разбросом параметров, в т.ч. имеют отличающийся график АЧХ, щит с ГИ приводит их к усреднённым параметрам со сравнительно линейной характеристикой и минимумом искажений.
Щиты обеспечивают особо малые нелинейные и интермодуляционные искажения за счёт того что, динамики соединены последовательно от 4-х до 7-ми штук, и к каждой динамической головке подводится мизерная мощность, поэтому диффузор имеет малую амплитуду движения, следовательно - звуковая катушка не выходит из линейной части магнитного потока магнитной системы. Кроме того щит - это дипольная акустика, в которой сопротивление воздуха движению диффузора одинаково с обеих сторон, симметрично и поэтому искажения Щ-ГИ по сравнению с одной динамической головкой при том же излучаемом давлении уменьшаются в десятки раз.
Даже простые щиты с количеством широкополосных динамиков 8-12 обеспечивают качественный бас, если частота основного резонанса головок 65-80 Гц. Значительная площадь щита шириной не менее 0.7 м и количество динамиков 24-36 шт позволяют услышать басы до 25-35 Гц.
Ни одна многополосная система с компрессионными динамиками и закрытым акустическим оформлением не может сравниться с Ш-ГИ из 24 динамиков 5ГДШ-4-4. Такой групповой излучатель имеет чувствительность 104dB и нижнюю частоту 28 Гц по уровню -1,5 дБ.
Отсутствие резонирующих элементов дарит детализацию звука вместо 'каши' от смешения, характерную для ФИ, трубы Войта и аналогичных.
Щ-ГИ дают несравненное субъективное качество звука, а не только ровную АЧХ и минимум регистрируемых приборами искажений, это связано с психофизическими свойствами человеческого слуха.
При этом за счёт субъективной разности восприятия невозможно создать щит, устраивающий всех в одинаковой степени: кому-то нужны сверхнизкие басы, кому-то - 'удар в грудь' на 70-80 Гц. Кто-то, привычный случать музыку с выкрученным на максимум регулятором тембра, предпочитает подъём ВЧ, начиная от 6-7 кГц. Исходя из личных предпочтений, выбирается число динамиков (чем больше - чем сильнее растёт чувствительность, увеличивается отдача по НЧ) и определяется, нужны ли высокочастотные головки в дополнение к ШП. Размер щита, включая боковины, выбирается с учётом размещения в квартире или частном доме.
Количество ШП-головок в Щ-ГИ
Эффект Щ-ГИ начинает проявляться с 4 головок, смонтированных с минимальным зазором (до 3 мм между корзинами) квадратом или ромбом на листе размером не менее 600х600. Минимальный щит 4х4ГД-35 (т.н. 'четвёрка резвых') уже улучшает отдачу по НЧ, но не обеспечивает ещё сглаженности АЧХ, характерной для большого массива, звук получается 'кричащий', без достаточного подъёма на НЧ и характерного объёмного звучания щитов.
Зависимость чувствительности АС и нижней граничной частоты при сравнении одиночного 5ГДШ-4-4 и 12 шт в щите:
То есть головки размещаются в шахматном порядке как можно ближе к кругу или квадрату.
Линейный массив, то есть монтаж динамиков в линию, эффект Щ-ГИ не даёт, так как не обеспечивает в той же мере выравнивание АЧХ в области НЧ, даже если головок 4 или больше. Минимально необходимо два ряда головок, при большом количестве динамики устанавливаются в несколько рядов. Идеальное размещение головок для звука - как можно ближе к кругу.
График показывает зависимость выравнивания АЧХ от количества головок в массиве: http://forumimage.ru/show/102071678
Большинство создателей устанавливает от 12 до 24 круглых головок в массив в 3 или 4 ряда, только большое количество позволяет в полной мере реализовать преимущества Щ-ГИ. Если отсутствуют головки с номинальной частотой основного резонанса 80 Гц и ниже, приходится использовать с частотой 100-130 Гц в количестве 36 штук и более.
Щит для пробы с минимальным количеством головок в 6-8 шт рекомендуется собирать на 4ГД-35 - они доступнее, чем 5ГДШ-1-4 или 5ГДШ-4-4, имеют более высокий КПД, поэтому при малом количестве работают лучше. Но со временем у многих появляется желание продать щиты начального уровня и сделать с большим количеством лёгких головок, выжав из них максимальное качество.
Одиночная головка 5ГДШ-1-4 или 5ГДШ-4-4 имеет частоту основного резонанса 80-82 Гц с острым 'горбом' на графике АЧХ. Всего у 9 головок на Щ-ГИ частота резонанса сдвигается вниз до 55 Гц, 'горб' плавный, менее выраженный. Нижняя граница диапазона с неравномерностью -3 дБ доходит приблизительно до 45 Гц.
Модели применяемых динамических головок
Для Щ-ГИ оптимально подходят широкополосные динамические головки, отвечающие следующим требованиям:
1. Бумажный диффузор и бумажный подвес.
2. Малая масса подвижной системы.
3. Высокая добротность.
4. Высокая чувствительность, не менее 90 Дб, лучше - 92-94 Дб.
5. Средняя частота основного резонанса до 80 Гц, выше - хуже.
6. Малая индуктивность.
Оптимальны динамики советского производства, применявшиеся в ТВ-приёмниках и АС. Лучше всего подходят круглые 3ГД-45 (5ГДШ-4-4), а также 3ГД-38Е (5ГДШ-1-4) с несколько худшей отдачей по ВЧ и верхней паспортной граничной частотой 12500 Гц.
Лучшими по отдаче НЧ считаются 4ГД-35 (8 ГДШ-1-4) и однотипные 4ГД-36 (отличаются магнитной системой, по звучанию - незначительно). Существует ранняя модификация, аналогичная 4ГД-35 - это 4ГД-28, более редкие. По состоянию на конец 2017 г. - начало 2018 г. динамики 4ГД-35 более доступны, чем 5ГДШ-4-4.
В связи с дефицитом советских круглых ШП динамиков применяются овальные, например 3гдш-2.
В настоящее время круглых головок, аналогичных 5ГДШ-4-4 или 4ГД-35, не производится. Чтобы набрать 5ГДШ-4-4 в количестве, достаточном для построения щитов (хотя бы по 6-8 динамиков на щит, что маловато для высококачественного звучания), нужны многие месяцы, динамики выискиваются по одному-два, если только не нарваться на человека, накопившего их и продающего, что происходит редко. Когда щит нужен быстро, за месяц, следует исходить из пессимистического предположения, что массива 5ГДШ-4-4 не купить нигде.
3ГД-38Е (5ГДШ-1-4) также встречаются единично. Цена на советские раритетные динамики, пригодные для Щ-ГИ, доходит до 10-15 долларов, поэтому скупка массива производства СССР обходится несравнимо дороже приобретения пары современных широкополосных головок бренд-нейм. Поэтому щиты вроде изображённого ниже реализовать будет или невозможно, или не рентабельно:
Из овалов до сих пор выпускаются дешёвые и условно подходящие компании РусАудио. Овалы из старых телевизоров более доступны, чем 5ГДШ-4-4, на этих советских овалах б/у, таких как 3ГДШ-1, щиты получаются вполне удовлетворительного качества.
Оба российских динамика имеют габарит 160х100 мм и по площади диффузора меньше, чем 3ГД-38Е/3ГД-45, поэтому для получения сравнимых характеристик по звучанию необходимо их значительное число, от 32 шт на щит. Частота основного резонанса для них не декларируется, судя по графикам АЧХ, она лежит около 150 Гц. Декларируемая нижняя граница частотного диапазона для 5ГДШ-3 составляет 100 Гц, для 3ГДШ-2 - 125 Гц. То есть затраты на комплект овальных ШП-головок для пары щитов стартуют от 250-300 долларов.
Сравнение щитов на 18 шт. 5ГДШ-4-4 и 42 шт. 3ГДШ-2: АС на овалах даёт несколько худшую отдачу по НЧ, бас у 5ГДШ-4-4, по заверениям создателя, более мягкий, приятный на слух.
Из иностранных бренд-нейм применимы Visaton (например - FR 13), обладающие малой массой подвижной системы, но они дороги и также имеют высокую резонансную частоту. FR 13, к примеру - порядка 20 долларов за штуку, резонансная частота 100 Гц, чувствительность всего 88 Дб. То есть минимально пригодный для Щ-ГИ комплект 2х12, при котором будут басы, обойдётся в 480 долларов. Чтобы сравниться по отдаче щитам со старыми советскими головками 3ГД-38Е/3ГД-45, на Visaton нужно потратить свыше 1000 долларов, для равной громкости подводить вдвое большую мощность.
Из китайских дешёвых условно пригодны YE103-09 и аналогичные RUICHI, а также других производителей, старым советским, Visaton и современным российским овалам они значительно уступают, их применение нежелательно.
Например, YD103-71 (диаметр 100 мм, декларированная нижняя граница диапазона 110 Гц, максимальная мощность 6 Вт, сопротивление 4 Ома, цена мелким оптом около 1 доллара) без оформления, подвешенные в воздухе, уверенно воспроизводят верхние басы от 120 Гц, на 110 Гц уже на слух заметен спад. В щите 650х650 8 головок показывают нормальное воспроизведение басов от 100 Гц. То есть при соединении на щите 49-50 шт ожидается нижняя граница частотного диапазона без завала порядка 60 Гц. Декларированная верхняя граница частотного диапазона дешёвых китайских динамиков может быть преувеличенной, Щ-ГИ с их массивом может потребовать ВЧ-динамик.
При полном отсутствии возможности купить 5ГДШ-1-4 или 5ГДШ-4-4 можно собрать щит начального уровня на 8 подобных китайских динамиках последовательно-параллельно (8 Ом), двух 4ГД-35 последовательно (также 8 Ом), при включении двух цепочек в параллель получится 4 Ома, плюс ВЧ-динамик через конденсатор 0,25-0,5 мкФ, однако такая АС будет звучать несколько хуже, чем Щ-ГИ всего лишь на шести 3ГД-38Е/5ГДШ-1-4 с таким же ВЧ-динамиком.
Из украинских - возможно применение круглых 20 ГДШ-108, стоят 130 гривен (4.5 доллара) http://podvesy.sells.com.ua/dinamik-20gdsh-106-shirokopolosnyij/p1407
В идеале оптимальна установка динамиков одной модели и одной серии, что в настоящее время практически недоступно для старых динамиков. Создатели вынуждены совмещать в одном щите аналоги. Использование совместно, например, 4ГД-35 и 3ГД-38Е, не рекомендуется многими, но эти сочетания встречается от дефицита головок, возникают проблемы совместимости по сопротивлению и нагрузочной способности. Описаны удовлетворившие создателей миксы из 4ГД-35 и 6ГДШ-6, а также из 4ГД-45, 3ГД-38Е и овалов; важно подобрать сопротивление каждой группы динамиков, а также общее сопротивление АС и распределение мощности по динамикам.
В некоторых щитах овальные и круглые головки стоят через одну, таким способом их создатели стремились объединить их в квазиединый динамик с суммарной площадью диффузора, однако при такой компоновке не всегда удаётся выдержать требование максимально близкой посадки корзин. Лучше всего вырезать пробные щиты из отходов листового материала и на них экспериментировать, что звучит лучше и при какой разметке отверстий.
Применение в щите разнотипных динамиков может привести к появлению 'горбов' и 'впадин' АЧХ, результат трудно предсказать, часто случается и улучшение звучания, т.к. неравномерность АЧХ сглаживается от результирующего взаимодействия головок - перед постройкой, как уже говорилось, требуется проверка на макете.
3ГД-38Е/5ГДШ-1-4 и 3ГД-45/5ГДШ-4-4 можно сочетать между собой в любой пропорции без потери качества; увеличение количества 5ГДШ-4-4 в массиве по отношению к 3ГД-38Е несколько увеличивает отдачу по ВЧ.
С точки зрения отдачи по НЧ щит на 8 шт 4ГД-35 звучит не хуже, чем щит на 12 шт 5ГДШ-4-4. Отдельные слушатели критикуют 4ГД-35 за худшую микродинамику из-за веса подвижной системы, большинство пользователей Щ-ГИ на 4ГД-35 считают, что АС с этими динамиками звучат вполне удовлетворительно; разница в микродинамике заметна при сравнивании двух щитов рядом. Ухудшение микродинамики проявляется в некотором смазывании призвуков: шорохов, шёпота. Но для воспроизведения отдельных фонограмм это может оказаться плюсом, если они писались для массовой 'дубовой' аппаратуры, и воспроизведение щитом 'подробностей' сигнала вытаскивает весь мусор наружу.
Вес подвижной системы 4ГД-35 меньше, а микродинамика лучше, чем у НЧ-головок с резиновым подвесом, установленных в абсолютном большинстве Hi-Fi акустических систем. Более того, есть некоторые любители, предпочитающие звучание Щ-ГИ с 4ГД-35 после сравнительного прослушивания щитам на 5ГДШ-4-4 или 3ГД-38Е.
В связи с недоступностью для приобретения большого количества 3ГД-38Е и 5ГДШ-4-4 эксперименты с щитами идут по направлению применения других динамиков как однотипных, так и разных моделей. Требования минимальной из возможных массы подвижной системы, чувствительности порядка 90 дБ и выше, а также применения головок с гофрированным бумажным подвесом, но не компрессионных на резине, остаются в силе.
Из советских дешёвых ВЧ-головок приемлемы овальные 2ГД-36, годятся и современные. Многие рекомендуют круглый 4 ГДВ-1-8 (3 ГД-47). Менее популярен 3ГД-31, он даёт мусор на средних частотах 2-3 кГц, но вполне удовлетворителен для ВЧ, если частота среза выше 6 кГц.
При выборе ВЧ головок выполняется требование частотного баланса: воспроизведение самых низких частот, возможных для щита, требует расширения диапазона в области ВЧ, иначе общая тональность звучания кажется низкой. Вследствие требования баланса АС с диапазоном воспроизводимых частот 150-7000 Гц будет лучше звучать, чем с диапазоном 30-12500 Гц, у второй оно покажется глуховатым.
Есть такая методика расчёта. Умножается низшая частота по уровню -3dB на наивысшую частоту по уровню -3dB, получается число баланса звучания акустики. Это число должно лежать в пределах 500 000 - 650 000. Пример: 80 Гц х 20 000 Гц = 1 600 000, получается перекос в сторону ВЧ, 'циканье'. А 40 Гц х 15 000 Гц = 600000 - сбалансированное звучание. Стандарт аппаратуры высшего класса СССР и HI-FI равен 30 Гц х 20 000Гц = 600 000, т.е. требования сбалансированные.
Звучание по ВЧ щита, набранного исключительно из 5ГДШ-4-4 с верхним пределом диапазона в 16 кГц, часть слушателей устраивает, но не всех, некоторые добавляют ВЧ-головки, если этого требует индивидуальный вкус с привычкой к подъёму ВЧ.
К широкополосным головкам с верхней (по паспорту) частотой 12 500 Гц, установленных в щите, абсолютное большинство создателей добавляет ВЧ-головки. Так же поступали производители ТВ-приёмников в СССР, например, в 'Горизонт-206' головка 3ГД-38Е распаивалась параллельно 2ГД-36, включённой через конденсатор 4 мкФ.
Соотношение мощности группы ВЧ головок и СЧ головок зависит от частоты раздела, выше которой звучит ВЧ динамик. При работе от 3 кГц до 20 кГц на ВЧ головку приходит мощность 7-9% от мощности ШП динамика. А при работе в полосе частот 10 кГц-20 кГц приходит мощность всего 3-4% от мощности ШП динамика. То есть и по количеству, и по суммарной мощности ВЧ головок устанавливается меньше чем ШП, обычно от одной до трёх 'пищалок' на щит.
Пример: 24 головки 5ГДШ-4-4, с ними 3 шт 4ГДВ-1 последовательно через резистор 12 Ом и конденсатор 1 мкФ.
Тестирование и доработка головок
Как правило, исправные динамики производства СССР не требуют доработки. Новые или давно не пользованные улучшают звучание после 1-2 мес. интенсивной работы. До размятия щит может звучать крикливо или не додавать басов. Ускоряет размятие пропитка диффузора водкой - наносится тонкой кисточкой до впитывания, не допуская чрезмерного набухания.
Перед установкой в щит необходимо тестирование каждой головки. При подведении сигнала, обеспечивающего мощность 0,5-1 Вт (напряжение зависит от сопротивления головки), с выхода тестового УНЧ, головка не должна дребезжать на частотах 60-80 Гц. Если есть дребезг ниже 100 Гц - головка пригодна только в качестве СЧ, но не ШП. Причиной дребезга может быть касание провода от клемм к контактам на диффузоре, тогда оно устраняется легко - переворотом резиновой втулки с клеммой, провод должен висеть дугой над бумагой и не натягиваться. Мелкие дефекты диффузора (разрывы, отсутствие мелких фрагментов) лечатся заклейкой, порванный диффузор дребезжит или хлопает, отверстие может расползаться.
Дребезг из-за перекоса центрирующей шайбы или касания витками катушки неподвижных частей динамика у сравнительно дешёвых, ценой до 6 долларов, обычно не исправляется, так цена или трудоёмкость работ, связанных с разборкой-сборкой динамика, превышает его цену.
Если динамик 'не звонится', обрыв чаще всего находится в точке крепления гибких проводов от клеммы к контактам на диффузоре, пропаивается без разборки динамика.
Имеет смысл изготовить щит размером не менее 400х400 мм из тонкой фанеры или ДВП с единственным отверстием диаметром 140 мм для 5ГДШ-4-4 либо 180 мм для 4ГД-35, тестировать головки в нём, прихватив двумя винтами, - звучание существенно иное, чем без акустического оформления.
Полное снятие параметров ТС не нужно, полезно лишь замерить частоту основного резонанса. У экземпляров с слишком высокой частотой следует её понизить путём пропитки гофров диффузоров водкой и подачи сигнала напряжением до 6,3 В с обмотки накала ламп с частотой 50 Гц в течение от часа до суток, возможно, процедуру придётся повторить 2-3 раза. Эффект пропитки пропадёт, если не слушать музыку хотя бы пару раз в неделю. Сильный гул при размятии динамиков можно уменьшить, подавая сигнал с выхода УНЧ - частоту установить вблизи нижнего диапазона воспроизведения, когда диффузоры двигаются, но звука практически не слышно. Разминать допустимо как отдельные динамики, так и весь массив на щите.
Желательно измерить активное сопротивление головок, оно может быть равным или несколько меньше указанного на головке - 4 или 8, реже - 6, 16 Ом или других значений. Если отличается заметно, это может свидетельствовать о браке или повреждении катушки.
Не рекомендуется снимать пылезащитный колпачок.
Не стоит понижать частоту основного резонанса утяжелением подвижной системы - падает чувствительность, ухудшается микродинамика, теряются преимущества головок с бумажным гофром.
Головки разных партий и лет выпуска имеют разный цвет диффузоров и картонных секторов по периметру диффузора между отверстиями. Если предполагается не закрывать динамики непрозрачным грилем (например - рамкой с радиотканью), диффузоры можно окрасить. Неприменимы нитрокраски из баллончика. Подходит краситель для струйных принтеров или чернила для перьевых ручек, их наносить мягкой кистью или поролоновым тампоном малыми количествами до впитывания и высыхания, ни в коем случае не допуская набухания и размокания диффузоров от влаги, возможно - в три приёма до получения радикально чёрного цвета. Обычно достаточно трёх проходов отжатым поролоном, смоченном в чернилах для принтера, с интервалом в 15 мин. Ошибки при покраске ухудшат характеристики головки.
Картонные сектора красятся из краскопульта или баллончиком, прикрыв диффузор кольцом точно по размеру, перекрывающему гофр. Сектора также успешно красятся маркером.
Конструкция щита
Щит - несложное для самодельного изготовления акустическое оформление динамиков. В самом простом варианте представляет вертикальный лист ДВП, фанеры или ЛДСП, также подходит клееная мебельная доска. Встречаются щиты из МДФ, это самый дорогой из доступных листовых материалов. Толщина от 12 до 30 мм, может быть дифференцированной: под динамиками толще за счёт двух-трёх слоёв, ближе к торцам - меньше. Они закрепляются на подставке - горизонтальном листе из такого же материала, для жёсткости с обратной стороны приворачивается косынка.
Наиболее распространённая толщина щита и подставки - от 15 до 22 мм, соответствует стандартной толщине ЛДСП и фанеры. Выбор зависит от числа и массы динамиков. Большая толщина не ухудшает звук, наоборот - увеличивает жёсткость, но АС становится весьма тяжёлой и перемещаемой с трудом.
Пример с ассиметричными, сужающимися вверх боковинами (косынками):
Допускается изготовление сэндвича из двух слоёв тонкого материала, например - 8-мм или 10-мм фанеры, стянутых шурупами и с пластичным наполнителем между ними, типа мастики, бесшумки, отходов линолеума.
Какие-то экспериментальные отклонения от классического щита, как-то: изобар, скруглённые углы, отверстия и т.д. - вряд ли оправданы. Самая эффективная конструкция - самая простая: щит максимально возможного размера прямоугольной формы на полу, с массивом от 12 до 50 головок.
Минимальный размер щита, на котором разместится до 12 головок типа 5ГДШ-1-4, и претендующего на качественное звучание, составляет 1200х600. Ширина щита для квартиры выбирается обычно в пределах 700-1200 мм, зависит от количества рядов и размеров динамиков. А также - размеров помещения. Если щит дополняется боковинами (косынками во всю высоту), обычно шириной внизу от 100 до 250 мм, тогда АС рассматривается как 'загнутый щит', но это - компромисс, лучше стремиться к прямому щиту без боковин или с минимальными. Более глубокие боковые стенки (свыше 400 мм) в совокупности с верхней стенкой и подставкой образуют уже другой тип оформления - ОЯ, в нём возможно образование стоячих волн, резонансов и т.д. ОЯ бывает предпочтительнее ЗЯ и ФИ по звучанию, но это уже другая тема.
Как правило, площадь щита, свободная от головок, существенно больше суммарной площади диффузоров (в разы). Но большое число динамиков, особенно сравнительно низкочастотных 4ГД-35, даёт такой прирост по НЧ, что этим правилом можно пренебречь.
Вариант Щ-ГИ, сравнительно узкого по сравнению с шириной группой головок, в каждом применено 16 штук 4ГД-35:
http://forumimage.ru/show/106349383
Отверстия для динамиков вырезаются лобзиком (самый распространённый вариант), балеринкой (может быстро затупиться и требует сверлильного станка, в ручной электродрели ровно удержать трудно), коронкой (дорогая), фрезером. При необходимости начисто доводятся полукруглым рашпилем и шкуркой. Либо по чертежу заказывается выпиливание щита в мебельной мастерской на станке с ЧПУ сразу с отверстиями, цена сверления каждого в районе одного доллара.
Для вырезания лобзиком отверстия размечаются с припуском. Например для 5ГДШ-1-4 - 140 мм вместо 141-142 мм рекомендуемых, 'лишний' миллиметр уйдёт при доводке.
Отверстия размечаются ассиметрично, со смещением вниз и к углу.
От вертикальной центральной линии (оси симметрии) динамики смещены в сторону на 50-150 мм, как правило - 100 мм.
Под 5ГДШ-4-4 диаметр отверстия 141-142 мм. Расстояние между центрами одного вертикального ряда - 164 мм. Если динамики установлены в шахматном порядке (рекомендуется), то расстояние между вертикальными линиями разметки, на которых отмечены центры отверстий, - 140 мм.
Шахматный порядок для круглых корзин даёт более плотное размещение на щите. Если головка имеет 4 больших крепёжных выступа и по посадочному месту близка к прямоугольнику, шахматное расположение выигрыша не даёт. Овальные головки лучше крепить с вертикальной ориентацией - шире диаграмма направленности.
Разметку под круги можно производить с использованием штангенциркуля, накалывая шилом центр, желателен припуск около 1 мм для чистовой отделки отверстия, царапину в древесине подвести острым карандашом. Для овалов лучше изготовить трафарет.
Для 4ГД-35 вырезается отверстие диаметром 180 мм под установку с наружной стороны, 176-178 мм под установку с тыльной стороны, шаг между центрами в ряду 203 мм, расстояние между вертикальными линиями 195 мм - оно, при очень большом желании, может быть уменьшено обрезанием крепёжных 'ушей'. При сверлении крепёжных отверстий в ободе корзины нужно избегать загрязнения динамика опилками металла, окна в корзине лучше заклеить. Обрезка 'ушей' позволяет сблизить вертикальные ряды на 7-8 мм, но совершенно не очевидно, что это заметно повлияет на звук; владельцы АС на 4ГД-35 не жаловались, что эффект от Щ-ГИ не достигается при установке обычных, необрезанных головок. Обрезка - достаточно рискованный шаг, чреватый деформацией корзины и порчей головки.
Рекомендуемое расстояние от края диффузора нижнего динамика до низа щита - 100 мм (при условии, что нижний край упирается в пол), от верхнего динамика и до верхнего края - минимум в полтора раза больше. Если щит устанавливается высоко, на подвесе, расстояние от нижней головки до нижнего обреза щита лучше увеличить до 250-300 мм, всё равно такой вариант хуже для отдачи по НЧ, чем размещение на полу.
Корзины не должны соприкасаться, но расстояние выбирается минимальным, обычно 1-4 мм.
Высокочастотный динамик крепится наверху, ближе к наружному торцу щита (то есть к левому для левой АС или правому для правой) - так увеличивается стереобаза.
Смещение отверстий в сторону на щите не обязательно либо может быть уменьшено, если асимметрия достигается за счёт разной ширины боковин, например - 200 и 100 мм. Желательно сужение боковин вверху примерно на 50 мм по сравнению с нижней частью: изменяется длина прохождения волн до точки встречи от разных головок, этим же обеспечивается нужный угол наклона.
Наклон напольного щита составляет ориентировочно 5-10 градусов, он обеспечивает лучшую устойчивость, ориентацию направленности на слушателя и уменьшает образование стоячих волн между АС и стеной. Пол является частью нижней отражающей площади. Увеличение отдачи достигается установкой под углом к стене, место и угол подбираются экспериментально.
Щит должен обладать жёсткостью, не вибрировать - т.е. не являться источником звуковых колебаний, поэтому иметь достаточную толщину. Т.к. многочисленные отверстия под головки ослабляют щит, рекомендуется усилить его с обратной стороны брусками по периметру и брусками вдоль массива динамиков.
К элементам щита за пределами зоны установки головок и к боковинам требования мягче, они служат преимущественно для удлинения пути звуковой волны до акустического короткого замыкания и устойчивости конструкции. Боковины допускается делать съёмными или поворотными.
В случае сомнений - является ли щит источником звуковых колебаний из-за недостатка жёсткости, имеет смысл оклейка задней поверхности щита и боковин любым демпфирующим материалом, включая автомобильные бесшумки; некоторое конструкторы обтягивают карпетом (обычно используемым для автомобильных сабвуферов) щит и с лицевой, и с обратной стороны.
Щ-ГИ не требует шипов, модных в Hi-End-акустике, лист щита и боковины максимально прижаты к полу. Рекомендовано применение войлочных или резиновых прокладок, чтоб опоры не царапали пол и обеспечивали отсутствие щелей между щитом и полом. При отсутствии боковин и подставки к торцам щита крепятся горизонтальные бруски-опоры для устойчивости.
Макетирование
Перед самой трудоёмкой операцией - вырезанием вертикальной детали Щ-ГИ (собственно щита) - рекомендуется опробовать конструкцию на макете, то есть установить динамики на щит из отходов 4-мм фанеры или даже 4-мм ДВП (задние стенки старых мебельных шкафов). Пойдёт OSB-плита. Относительную прочность должна иметь зона крепления динамиков, продолжение щита в стороны и боковины достаточно сделать из гофрокартона - общее представление о звучании АС будет получено, хотя останутся призвуки и дребезжания от малой жёсткости системы, ими можно пренебречь на момент прикидки нужного количества динамиков и геометрии расположения. В качестве материала для макетов упоминаются даже упаковки от холодильников.
Неплохо, если для стереосистемы изготовлены два разных макета - можно сравнить и определить наилучшую геометрию будущей АС Щ-ГИ.
Для информации: стандартные размеры испытательного щита для головок, на которых замеряются их параметры, составляют 1650х1350.
Если перед постройкой щита собраны динамики хотя бы на один канал стереосистемы, то до разметки щита рекомендуется разложить все динамики на полоске обоев или листе ДВП - уточнить геометрию их расположения, добиться минимальных зазоров.
Установка головок
Неаккуратно вырезанные отверстия маскируются установкой головок снаружи. Большинство крепит именно так.
Если их привинтить с тыльной части, звучание, по мнению большинства, не меняется. Образующаяся впереди диффузора труба слишком короткая (равная по длине толщине щита), чтобы создаваемые в ней резонансы давали слышимый эффект. Существует, тем не менее, устойчивая точка зрения, что объём воздуха между диффузором и передней плоскостью щита влияет на отдачу по НЧ, это ещё одна причина монтажа динамиков снаружи.
Резиновая прокладка между корзиной и щитом, как и амортизирующие втулки на винтах/шурупах, не столь важны, как при монтаже тяжёлых НЧ-головок на резиновом подвесе, особенно в ЗЯ и ФИ. Желательно смазывание бесцветным силиконовым герметиком, он при застывании даёт пластичную прокладку, либо нанесение в месте контакта корзины со щитом тонкого слоя обычного детского пластилина.
Фрезеровать углубления под корзины в теории желательно, чтобы диффузор с лицевой поверхностью образовывал единую плоскость. Но пренебрегшие этим советом на качество звучания ни разу не жаловались. Кроме того, фрезеровка углублений под близко посаженные корзины уменьшает прочность щита.
Смещение ВЧ-головки относительно плоскости ШП-головок теоретически имеет смысл, но в реальности появляющиеся фазовые искажения не ощутимы на слух. Поэтому ВЧ-головка привинчивается как удобнее, лишь бы была направлена на слушателя. Три и более ВЧ головки имеет смысл разместить в разных плоскостях, центральную параллельно щиту, другие развернуть вправо и влево под углом 10-15 градусов для улучшения диаграммы направленности АС.
Желательна оклейка корзин звукопоглощающим материалом для устранения призвуков.
Распайка головок
ВЧ-головка (если она нужна) присоединяется через последовательно включённый неполярный конденсатор ёмкостью 0.5-4.7 мкФ, ёмкость подбирается на слух - на этой головке не должны быть слышны голоса певцов и основная мелодия, а преимущественно тарелки ударной установки и треугольник в симфонической музыке. Возможно, также придётся присоединить последовательно с головкой и конденсатором резистор сопротивлением (ориентировочно) от 4 до 16 Ом, чтоб уменьшить избыточный подъём ВЧ ('циканье'). Номиналы подбираются экспериментально, можно установить галетные переключатели с магазином ёмкостей и сопротивлений, чтобы изменять АЧХ в области высших частот в процессе эксплуатации, предусмотреть полное отключение ВЧ-головки.
ШП-головки соединяются последовательно-параллельно или последовательно. Желательно включить их, чтобы номинальное сопротивление АС было близко к стандартным значениям в 4, 6, 8 или 16 Ом. Если Щ-ГИ планируется к эксплуатации с ЛУНЧ, надо учитывать параметры ламп и выходного трансформатора, рассогласование сопротивления нагрузки влечёт увеличение искажений. УНЧ средней мощности на транзисторах или микросхемах, рассчитанный на сопротивление нагрузки 4 Ома, без искажений будет работать с более высокоомной нагрузкой, только несколько упадёт отдаваемая мощность.
Пример соединения 8 динамиков сопротивлением 4 Ома каждый: паяются 4 пары из двух параллельных головок, потом эти пары включаются последовательно, суммарное сопротивление - 8 Ом. Либо 4 динамика последовательно, обе четвёрки между собой параллельно, также 8 Ом.
Соединение динамиков с равным сопротивлением подчиняется тем же формулам, что и в школьном учебнике физики для обычных резисторов: при последовательном включении сопротивление равно сумме сопротивлений всех головок, при параллельном - сопротивлению каждой головки, делённой на их количество.
Сопротивление, измеренное омметром, меньше номинального, так как последнее указывается в паспортных данных по переменному току; на высоких частотах оно значительно выше. Поэтому при выборе схемы включения учитывается только паспортное значение сопротивления.
Для сохранения фазировки при последовательном соединении плюс одной головки соединяется с минусом следующей. При параллельном - все плюсы соединяются между собой и минусы между собой. В АС все плюсы ШП-головок должны 'смотреть' по проводке в сторону плюсовой клеммы.
Если нужно коммутировать разные головки, возникают нюансы. Например, если соединить последовательно 4 шт 4ГД-35 (получится 16 Ом), 4 шт 5ГДШ-1-4 (тоже 16 Ом) и обе цепочки параллельно, то получится стандартное значение 8 Ом. Но это не оптимально. Паспортная мощность первых головок - по 8 Вт, 5ГДШ-1-4 - по 5 Вт, а нагружены они будут одинаково. Кроме того, у 4ГД-35 чувствительность выше, и особая детализация звука вследствие уникальной микродинамики, присущая 5ГДШ-1-4 (или 5ГДШ-4-4), просто будет заглушена более громким звуком крупных головок.
Можно в параллель включить три цепочки по 4 шт 4-омных овала и одну с 4 шт 4ГД-35, получится стандартное сопротивление нагрузки 4 Ома. Этот вариант от дефицита головок - последовательно-параллельные 16 штук 5ГДШ-1-4, включённые 4х4, по мнению многих, звучат лучше, чем какие-то в смеси с 4ГД-35, зато 4ГД-35 дают лучшую отдачу по басам.
Некоторое улучшение микродинамики 4ГД-35 происходит после размятия и обработки воротника герленом.
Если в АС установлены не две, а три группы разнотипных головок, проблемы сочетаемости ещё острее.
Головки лучше всего соединять медной моножилой максимально возможного сечения, до шестёрки (провод для присоединения варочных панелей в бытовой электропроводке), уделять внимание качеству пайки.
Фазирование ШП-головок обязательно, иначе резко падает отдача по НЧ. Фазирование производится при помощи батарейки. Если при кратковременном касании батарейкой контактов диффузор толкается вперёд, маркируется контакт динамика, на который подали плюс напряжения, это - плюс динамика.
Фазирование ВЧ-головки не обязательно, она может быть включена и в противофазе к ШП. Проверяется на слух, часто заметить разницу в звучании не удаётся.
После окончательной сборки рекомендуется проверить фазировку кратковременной подачей постоянного напряжения в единицы вольт на АС - все диффузоры ШП-динамиков должны смещаться в одну сторону.
Акустический кабель допустимо распаять, а не соединять с АС через разъём. Возможно использование медного многожильного провода для бытовой электропроводки на 220 В в ПВХ-изоляции, важно лишь выбрать максимально возможное сечение для минимизации потерь, до 6 мм2. Два одиночных многожильных провода имеют меньшую ёмкость, чем два в общей ПВХ-изоляции, соответственно - в меньшей степени происходит шунтирование АС ёмкостью кабеля. Чем длиннее провод - тем больше его влияние, наименьшее оно у моноблоков, расположенных вблизи АС. Хуже всего китайские дешёвые алюминиевые акустические провода, которые только покрыты медью.
Отделка Щ-ГИ
Щит из МДФ, ламинированного ДСП, ДВП или ламинированной фанеры, аккуратно собранный, в отделке может и не нуждаться.
Отделка (до установки головок либо их придётся извлечь) производится методом оклейки самоклеящейся плёнкой, искусственной кожей или покраской.
Съёмный гриль представляет собой рамку с натянутой акустически прозрачной тканью или сеткой, он частично или полностью маскирует огрехи крепления динамиков и их разный цвет. Одиночные решётки грилей могут стоить дороже динамиков, кроме того, они в большей степени влияют на звучание, чем сетка или радиоткань, поэтому в щитах обычно не применяются. В сэндвичевой конструкции щита ткань или сетка в отверстиях может быть проложена между слоями фанеры или ДВП, как это делается с тканью в панелях акустического сопротивления.
Выбор УНЧ
Для прослушивания музыки через Щ-ГИ в домашних условиях подходит ламповый двухтактный самодельный стереоусилитель мощностью от 8 до 20 Вт, больше - лучше. При этом средняя отдаваемая в нагрузку мощность для комфортной громкости составляет обычно не выше 2х3 Вт, запас 2х20 и более необходим для качественного воспроизведения пиков сигнала.
Усилитель должен быть охвачен глубокой ОООС, иначе из-за высокого выходного сопротивления ЛУНЧ и отсутствия механического демпфирования колебания диффузоров будут неуправляемыми, со значительными искажениями звука.
Не рекомендованы для Щ-ГИ триодные одноктактники с отсутствием ОООС, имеющаяся местная ООС оконечного каскада может быть недостаточна.
В идеале коэффициент трансформации выходного трансформатора должен уточняться экспериментально - подключением АС к разным отводам вторичной обмотки в процессе настройки, для оптимального режима работы выходных ламп с конкретной нагрузкой. Желательно наличие ЛУНЧ уже в момент подготовки к сборке Щ-ГИ - тогда оптимальное сопротивление нагрузки подбирается также выбором количества динамиков и схемой их включения, проверяется на макете.
Паспортная мощность совокупности головок Щ-ГИ выбирается минимум в 2 раза больше максимальной мощности УНЧ. Как правило, если в массиве 12 и более головок на канал, их суммарной мощности достаточно для ЛУНЧ со стандартной схемой РР на 6П14П или 6П3С. В идеале рассеиваемая мощность на каждой головке при средней громкости не должна превышать 100 мВт, это достигается установкой 25-50 головок и эксплуатации УНЧ не на предельной мощности. Так как чувствительность щита с большим количеством головок обычно превышает 100 Дб, при подводимой средней мощности более чем 2-3 Вт на канал находиться со щитами в комнате некомфортно из-за избытка громкости.
Усилители на микросхемах и дискретных транзисторах также лучше звучат с Щ-ГИ, чем с другими АС. Следует избегать схем усилителей без ООС, однако чрезмерно глубокая ООС выхолащивает звук, желательно правильно подобрать резистор ООС, обычно он включён между выходом и входным дифференциальным каскадом. В наибольшей степени подходят полупроводниковые схемы с усилителями тока в оконечном каскаде (ИТУН) и на полевых транзисторах.
Допустима установка УНЧ непосредственно в АС, например - позади щита на его подставке, отделение деталей УНЧ от динамиков акустической перегородкой не требуется, желательно только оградить высоковольтные цепи и горячие колбы ламп от возможного прикосновения людей и животных.
Тестирование щитов
Желательно проверить сопротивление Щ-ГИ тестером, оно не должно значительно отличаться от расчётного, АС обеих каналов стереосистемы предполагаются равными. Если сопротивление меньше - где-то замыкание, больше - обрыв в какой-то из групп динамиков.
Достоверное измерение АЧХ Щ-ГИ требует специальных помещений, транзисторного УНЧ с линейной АЧХ и измерительного микрофона, что сложно в любительских условиях. Как правило, измерение параметров не требуется, достаточно подключить к широкополосному усилителю на любой копеечной популярной микросхеме (TDA2030, TDA2050), на его вход подаётся синусоидальный сигнал с выхода звуковой карты ПК, на котором установлен любой программный генератор. Наиболее существенные провалы и пики АЧХ заметны на слух, так же как и призвуки от недостаточной жёсткости щита, щелей, дефектов динамиков. Пригодится синусоидальный сигнал (свип-тон) на аудиофайле из сборки 'Аудиодоктор'.
Объективная картина вырисовывается на открытом воздухе, вне помещения, влияющего на звучание АС.
Рекомендованный саунд для проверки воспроизведения НЧ:
https://www.youtube.com/watch?v=Iq0XJCJ1Srw
Если на 20-й секунде вы слышите тихонько контрабас, где музыкант смычком играет на самой толстой струне и зажимает в самом верху грифа струну, значит, вы услышите во всех произведениях низа, система воспроизводит 30 Гц.
Если щит не оправдал ожиданий по отдаче низких частот, рекомендуется прослушать его в разных частях помещения, оставляя не менее 1 метра от задней стороны до стены. Недостаток басов часто проистекает от неправильной распайки головок (нарушения фазировки или ошибочной схемы включения), а также их недостаточной размятости.
На максимальной мощности и с подачей сигнала в диапазоне 60-80 Гц либо на музыкальном произведении с выраженной басовой составляющей нужно проверить вибрацию центральной части щита, если она заметна - принять меры к повышению жёсткости.