Самодельные колонки

Новые колонки - центр и тылы

Дополнительные материалы (некоторые факты и рассуждения).

Все попытки улучшить звучание колонок Свен - 770, основная часть которых описывается в статье Доработка колонок Свен-770В, к значительному успеху не привели, за исключением фронтальных колонок. Поэтому я решил заменить полностью центр и тылы (фронты я переделал полностью, так что от них остались только изрядно доработанные корпуса).

Расчитал все полностью с нуля под НЧ динамики Visaton W130 S8 на тылы и 2 x W100 SC4 на центр. ВЧ динамики соответственно Vifa D27TG-05-06 и D19SD-05-08. Корпуса решил заказать в НьтонЛабе - ближе не нашлось. Чертежи, которые я туда послал:

В ответ получил корпуса:

(На первом фото колонки стоЯт рядом с фронтальной от Свен-770).

Материал - 16 мм МДФ, покрыт винилом цвета "японская вишня". С дури, наверное, я заказал настоящие фирменные (Визатоновские) терминалы, поэтому пришлось сэкономить - поставил винил вместо шпона  (дороговато получилось, хотя и результат впечатляет, качество дешевым не бывает - дешевый Свен я уже покупал). Сделали достаточно быстро, доставка довольно дорогая, но зато дошло за неделю, все целенькое. Сделано качественно, гладенько, краси-и-иво!.. только решетки грилей несколько хлипковаты и не идеально ровные (что, впрочем, незаметно, если внимательно не рассматривать). В грили вставлены металлические штифты - не боишься сломать при установке/снятии.

При проектировании я думал, что тыловые колонки будут поменьше, как увидел - поразился: большие! Но размер в размер! Таким колонкам и фронтами быть нестыдно. И по расчетам должны отыгрывать нормально от 70 Гц (по уровню -3 дБ), что вполне достойно и для фронтов:

Это для запланированного мною акустического оформления типа закрытый ящик (ЗЯ). По идее, если использовать фазоинвертор (ФИ), то можно получить нижнюю частоту порядка 50 Гц. Но:

• мне для тыловых колонок частоты ниже 60-80 Гц не нужны, их будет играть сабвуфер, я ограничу нижнюю частоту ресивером на уровне 80 Гц, то естьАЧХ колонки получится практически линейна;
• гораздо больше, чем нижняя частотная граница, мне нужна линейность смещения диффузора динамика, т.е. маленькая величина этого смещения (для этого я нижнюю границу и повышаю, чтобы полочить минимум искажений);
• ЗЯ дает пологий спад АЧХ, при котором легче настроить сопряжение колонок с сабвуфером;
• ЗЯ легче в настройке, и прощает гораздо больше неточностей, чем ФИ.

На внешние размеры повлияла и толщина стенок - сам выбрал 16 мм - скажем нет вибрациям!

Вот как выглядят они с динамиками (динамики не прикрутил, а только положил), и вид внутри центральной колонки на распорки:

Кстати, вид тыловой колонки пусть никого не вводит в заблуждение - так и задумано, что НЧ динамик будет вверху, а ВЧ внизу - особенности расположения колонки в доме. Похоже изготовители проигнорировали заданные мной наружные размеры под ободок динамика (я задал большой припуск), и сделали исходя из собственного опыта - я ошеломлен: диаметр отверстия больше диаметра динамика на глаз - на 0,1 мм! Динамик садится без всяких зазоров! 

Тылы

Первая попытка сделать фильтры (при отсутствии корпусов) сказать что была провальной - не скажу, но результат не понравился. Частично неудача объясняется с научной точки зрения: ВЧ и НЧ динамики не очень согласуются друг с другом - у них какая-то странная совместная АЧХ - на ~ 7-8 кГц совпадают пики и провалы, ФЧХ такая, что динамики в фильтре 2-го порядка нужно включать синфазно (а фильтре 1-го порядка нужно включать противофазно - все наоборот от теории!), а если частота среза ФВЧ низкая, то ВЧ динамик перегружается, и его искажения проявляются "тяжелым" звуком. У НЧ динамика заметный подъем на 6-8 кГц, который лучше давить. Вообще эти Визатоновские динамики оказались крепким орешком - понадобилось множество экспериментов, чтобы нащупать, как с ними работать.

Теперь пришли корпуса, и я смог нормально делать фильтры. В общем, после нескольких дней экспериментов, расчетов и снова экспериментов, я пришел к двум возможным схемам фильтров: 1-го и 2-го порядков:

Я не скажу, что эти фильтры абсолютно оптимальны, но времени потрачено много (с перерывами на праздники), а еще центр делать - больше с ними возится не буду. Я сделал одну колонку с одним фильтром, а другую - с другим и сравню их. На первый взгляд 2-й порядок звучит лучше. Посравниваю еще...

Посравнивал - фильтр 2-го порядка мне нравится гораздо больше. Звук приятнее во всех отношениях, и разница достаточно хорошо заметна. Переделаю и другую колонку на 2-й порядок фильтра.

Внешний вид фильтра 2-го порядка:

А их сравнительные АЧХ (в области выше 300 Гц на расстоянии ~ 0,6 метра):

Сразу сознаюсь, что быстро и качественно измерять АЧХ я еще не научился, поэтому они получаются страшненькими. Мне думается, что на самом деле они лучше, чем кажутся.

Waterfall колонки (выше 200 Гц = 5 мс):

АЧХ колонки с фильтром 2-го порядка, снятая с расстояния ~ 0,6 м, промасштабированная и склееная с АЧХ, снятой с НЧ динамика на расстоянии 8 см (и еще учтен паспортный завал АЧХ микрофона на частотах выше 15 кГц). Сглаживание = 1/6 октавы. Этот график будем считать паспортом колонки.

Обещанный завал -3 дБ на 70 Гц! Прослушивание показало, что бас глубокий и "красивый". И достаточно четкий. Вполне можно слушать и без сабвуфера (хотя с ним лучше, но нужен правильный, "непопсовый" саб - подзвучивать ниже 60 Гц). На большой громкости и с хорошим басом звук достаточно чистый - недаром говорят о длинноходности этого динамика и не зря на нем делают сабвуферы (!) начального уровня.

Фото измерительной позиции (клик мышкой открывает большую картинку в новом окне ~ 130 кБ). На большом фото микрофон и его крепление обведены желтым цветом. Справа - колонка с установленным фильтром (~60 кБ). Плата фильтра лежит на распорке и прикручена к ней проволокой (розовенькая такая). Такое вот супер высокотехнологичное решение!  На распорку наклеен изолон, так что фильтр держится крепко, и не дребезжит. Кстати, на фото хорошо виден герлен-изолон на задней стенке корпуса.

Весь корпус изнутри оклеен вибропоглотителем герлен + изолон 4 мм. Корпус изнутри протирается от пыли и высушивается. Перед наклейкой герлен нагревается над печкой (или на батарее), после чего он становится гораздо более липким. Также внутрь помещен распушенный синтепон (на фото его нет).

При сборке колонки впервые попробовал под динамик положить оконный уплотнитель (7мм). Похоже, что идея неплохая.

Центральная колонка

Корпус изнутри оклеен герлен-изолоном также, как и тылы. Заполнен синтепоном и использованы такие же уплотнители на динамики. Фильтры сразу делал 2-го порядка. Получилось неплохо (см. АЧХ), но если бы еще пару дней поковыряться, нашел бы наверное, вариант получше. Но и на этот не жалуюсь. АЧХ также получена склейкой среднего и ближнего полей.

Схема фильтров. Опять же ВЧ головка включена синфазно, что для фильтра 2-го порядка случается нечасто.

Впечатления

Как следует послушать еще не успел (а выходные закончились!  ). Но первые впечатления уже есть: пукалки Свен и Микролаб и рядом не стояли! То, что было, теперь трудно приличным словом назвать, а тут появился нормальный звук! В центральной колонке басов меньше, и она чуть более склонна к бубнению. Но совсем чуть-чуть. Если прибавить низких темброблоком, то она способна их играть. Но это не ее стихия (хотя 50 Гц и слышно). Причем их играет без напряга. С высокими все ОК, даже вывел тембр в 0 (раньше был в +3 дБ). Средние чистые, легкие, разборчивые.

Тылы чуть получше на средних и высоких (там пищалки большего диаметра и с магнитной жидкостью, и мне их звук нравится больше), а на низких лучше заметно. Когда одна колонка играет от усилителя с макс. мощностью 20 Вт (а громкость не максимальна), то нормально озвучивает комнату 15 м2, да и во всей квартире неплохо слышно. И низких практически хватает. То есть их по количеству хватает и без темброблока, маловато по глубине - это после того, как я привык к сабвуферу, который у меня играет от 30 Гц (проверено). Но 50 Гц на них слышно нормально, хоть и слабовато уже. Зато бас "наполненый" и не "задушеный". В Микролаб Соло-1 столько и такого баса отродясь не было даже со всякими эквализациями.

Прослушивание SACD и просмотр кино с DTS звуком (очень мало пока слушал и смотрел) показало, что звуковая картина создается. Виртуальные источники локализуются в пространстве, причем не только в пространстве, ограниченном колонкакми, но и вне его (звук пришел откуда-то издали справа).

В общем первый мой опыт по изготовлению колонок с нуля я считаю удачным. И, несмотря на то, что теперь кладовка забита Свенами, я не жалею, что их покупал - на них я набрался опыта, и целый год было что слушать.

Послушал некоторое время (но мало, мало...). Звучание колонки мягкое, приятное, не напрягающее. НЧ/СЧ динамики Wisaton W130S8 звучат мягче, чем Peerless 850122. Но не лучше (еще бы - разница в цене в 3 раза). Я не слушал на них рок, где необходим драйв - незнаю, как они со своим мягким звуком его воспроизведут. Остальные жанры (классику тоже не слушал) - очень мило.

Меньшие динамики W100SC4 звучат практически так же, но с низкими у них хуже. Ниже 80-100 Гц уже ловить нечего (хотя 50 Гц их не убивает и звук не портит, просто отдача сильно падает, но если поднять эквалайзером, то играют и без зажатости). А высокие (по паспорту максимум 10 кГц) до 8 кГц на слух вообще хорошо. Я даже задумался о применении их в качестве среднечастотного звена в 3-х полосной системе, с частотами раздела 200 Гц и 6-8 кГц. Только мощность у них маловата...

Дополнительные материалы

Здесь я добавляю некоторую информацию, которая может быть кому-то интересна (судя по вопросам, прозвучавшим на форуме). Постараюсь, чтобы получилось не очень сумбурно. Это все промежуточные результаты, которые я делал для себя, и они не всегда в лучшем виде.

Басовик Visaton W 130 S 8

Я все же сохранил его АЧХ, измеренную в корпусе тыловой колонки. Ниже 300 Гц кривой верить нельзя - тут и не совсем закрытый корпус влияет, и отражения. Черная линия - АЧХ, красная - ФЧХ:

Всплеск на 6-7 кГц на слух заметен не так, как на АЧХ, но видимо там творится что-то нехорошее, потому что если его подавить (всплеск а не слух), то звучит лучше. А вот ватерфолл басовика. Видно, что этот всплеск не спроста:

Хоть хребет и не длинный - всего 1,5 мс, на такой частоте это явно нехорошо. Диагноз подтверждается - его нужно давить.

И хоть фазовая характеристика выше 6-7 кГц не выглядит ужасно, тем не менее при фильтрах ВЧ и НЧ 2-го порядка пришлось динамики включить синфазно. Если включить "по науке" противофазно, на АЧХ получается жуткий провал. Вот один из ранних вариантов фильтров: синяя линия - противофазное включение, красная - синфазное.

Видно, что пики НЧ динамика пытаются пролезть на общую АЧХ несмотря на фильтр. Причем фильтр 2-го порядка подавляет эти пики довольно хорошо, а вот 1-й порядок работает неудовлетварительно. Самое интересное, что LSPCad упорно рисует наоборот - при синфазном включении - провал, при противофазном - нормально. Даже с введенной в него реальной (из даташита) АЧХ динамика. Я даже проверил - не перепутанна ли где у меня полярность? Нет. Все нормально. И на самих динамиках все правильно, ничего не перепутано.

ВЧ динамик

Разница между фильтрами ВЧ 1-го и 2-го порядков на низкой частоте среза (в районе 3,5 кГц) достаточно хорошо заметна. И заметна она на слух - ВЧ динамик перегружается низкими частотами и его диффузор выходит из области линейного смещения. Это проявляется как грязное звучание. Бороться с этим явлением помогает применение фильтра высокого порядка.

Кроме того, я проверил на практике, в чем различия между просто последовательным резистором, включенным последовательно с ВЧ динамиком и резистивным делителем (L-pad).

По теории у просто резистора преимущества такие:

• Меньшее количество элементов (на целый резистор).
• Большее КПД (т.е. от источника сигнала потребляется меньшая мощность чем для L-pad, при одинаковой мощности на ВЧ динамике).
• Большее сопротивление источника, т.е. источник в большей степени выступает как источник тока, что должно снижать искажения динамика.

Преимущества L-pad:

• Можно "играть" сопротивлением, получая нужное значение эквивалентного сопротивления динамика (только не знаю для чего).
• Динамик лучше демпфируется (параллельным резистором).

Второй момент поясняю подробнее. На частоте механического резонанса динамика его сопротивление растет. При этом коэффициент деления делителя, создаваемого резистором и сопротивлением динамика падает. Т.е. на этой частоте резистор практически не ослабляет сигнал, а значит его амплитуда увеличивается (говоря по другому, добротность динамика растет). Амплитуда колебаний диффузора возрастает, ну дальше понятно. В случае применения L-pad, коэффициент деления делителя в меньшей степени зависит от импеданса динамика, и всплеск амплитуды на частоте механического резонанса динамика заметно меньше.

Это была теория, а теперь посмотрим, что получается на практике. АЧХ ВЧ динамика, включенного через фильтр 2-го порядка, причем в первом случае последовательно с динамиком стоял резистор 4,7 Ом (черная кривая), во втором - L-pad, образованный дополнительным параллельным подключением резистора 10 Ом (это не оптимально, просто я проверял разницу) - красная кривая:

Если кто-то, глядя на эти графики, скажет, что частота резонанса пищалки 1 кГц, то будет абсолютно прав! Из графиков видно, что демпфирование динамика параллельным резистором уменьшает напряжение на нем на ~3 дБ. Т.е. амплитуда смещения диффузора уменьшается как минимум в 2 раза! Надо сказать, что на слух разница была заметна! Несмотря на снижение уровня высоких, звучание в целом стало приятнее. И это в динамике, в котором используется магнитная жидкость призванная снижать подобные явления!

Итак, выводы, которые я для себя сделал.

1. L-pad все же предпочтительнее просто резистора. По крайней мере когда необходимо заметное ослабление амплитуды. По моим прикидкам, если расчитанное сопротивление одиночного последовательного резистора превышает 1/2 от сопротивления динамика, то нужно задуматься об L-pad.
2. L-pad снижает сопротивление со стороны источника. Его эквивалентное сопротивление равно сопротивлению параллельно включенных составляющих его резисторов. Например, на моей схеме фильтра используются резисторы 3,3 Ом и 10 Ом. Эквивалентное сопротивление источника = 3,3 || 10 = 2,48 Ом. Собственно, не так уж и мало.
3. Величина параллельного резистора в наибольшей степени влияет на подавление резонанса. Поэтому лучше всего его значение подобрать экспериментально, а продольный (последовательный) резистор рассчитать потом.
4. Необходим компромисс между подавлением резонанса (для чего сопротивление параллельного резистора нужно уменьшать) и "источникостью тока" (для чего сопротивления обоих резисторов нужно увеличивать).
5. Очень важно качественное изготовление катушки ВЧ фильтра. На первый взгляд кажется, что она имеет вспомогательное, второстепенное значение. Но очень важно, чтобы она имела малое активное сопротивление, то есть была намотана достаточно толстым проводом. Тогда она эффективно работает на достаточно низких частотах, изо всех сил помогая подавлять резонансные частоты ВЧ динамика. Если же ее активное сопротивление довольно велико, то довольно быстро она перестает влиять на АЧХ (когда при снижении частоты индуктивное сопротивление упадет и сравняется с активным), и порядок фильтра становится равным 1. Частота, на которой это происходит вычисляется так: f = R / (6.28 * L), где f - частота в килогерцах, R - сопротивление катушки в омах, L - индуктивность катушки в милигенри. Чем на более низкой частоте это случится, тем эффективнее фильтрация.

Это уже прикладная теория - руководство к действию. А в каждом конкретном случае нужно измерять и слушать, чтобы не промахнуться. Я сначала хотел использовать одиночный резистор, пренебрегая резонансом - типа он далеко, отфильтруется, и магнитная жидкость свою пользу принесет. Ан нет. Пришлось использовать L-pad, причем его сопротивления увеличены по сравнению с тем, что дает обычный для таких случаев расчет. Я стремился как можно сильнее увеличить сопротивления для получения максимальной "источникости тока" при достаточном демпфировании резонанса.

Применимость фильтра типа 0 + 1

Время от времени возникает вопрос: если НЧ динамик имеет естественный спад АЧХ на высоких, то зачем его вообще включать через фильтр? Включим его напрямую, пищалку состыкуем с ним, и все будет ОК. Такой вариант я тоже пробовал. Вот его АЧХ (я не уделил этому много времени, поэтому возможно это не самый лучший вариант такого включения). Синим - АЧХ ВЧ динамика, черным - общая АЧХ:

По поводу "кривизны" АЧХ делайте выводы самостоятельно. Я просто напомню про то, что выбросы на АЧХ и кривой ватерфол басовика никуда не делись. Мне звук не то, чтобы совсем не понравился... Просто с фильтрами заметно лучше. Чище, легче,приятнее... Заметно более "дорогое" звучание получается с фильтрами. Можете сравнить ватерфоллы колонки с фильтрами и НЧ динамика. Разница колоссальная.