Электрификация

Справочник домашнего мастера

Электростатический динамик своими руками

РадиоКот >Конкурсы >Поздравь Кота по-человечески 2019! >

Теги статьи: Добавить тег

Электростатические наушники с адаптером ПИОНЕР

Alex2
Опубликовано 24.09.2019
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2019»

Как известно у котов прекрасный слух. Уважающий себя кот должен слушать музыку только на качественной аппаратуре. Коты достойны самого лучшего. А радиокоты способны достичь этого лучшего своими силами.

Некоторое время назад я обратил свой взгляд на электростатические наушники STAX, однако невероятная их цена, даже для самых младших моделей побудила к действиям по изготовлению самодельного аналога.

Электростатический излучатель можно считать наиболее высококачественным типом излучения звука, подробнее о преимуществах и особенностях работы технологии можно ознакомиться здесь:

Первые промышленные ЭС наушники комплектовались схемой с трансформаторным преобразованием сигнала звуковой частоты, в дальнейшем начали изготавливаться специальные транзисторные или ламповые усилители.
Внимательное ознакомление со схемотехникой и особенностью полупроводниковых усилителей, заявленными ТТХ, моделирование их работы, а так же изготовление опытного образца выявило ряд существенных технических недостатков специальных усилителей:
— зачастую высокое выходное сопротивление, от единиц до десятков килоом- при этом емкость ЭС перезаряжается фиксированным током от долей до единиц мА. Это касается как транзисторных, так и ламповых УМ. Связано это с тем, что проще всего реализовать полумостовую схему с транзистором/лампой в нижнем плече и источником тока в верхнем, чем полноценную мостовую схему.
— вынужденное высокое усиление, обычно КУ= 1000
— Как следствие первых 2-х пунктов недостаточное быстродействие, линейность, недостаточно глубокая ООС и высокий коэффициент нелинейных искажений (КНИ), который в базовых моделях за тысячи долларов редко опускается ниже 0,01% (для топового Stax SRM-T8000) что достаточно много учитывая, что УМЗЧ для динамических АС могут демонстреровать КНИ в 0,001% на 1кГц и при мощности 100Вт и это не предел.
В процессе творческих изысканий была разработана и испытана схема портативного усилителя для ЭС наушников с питанием от Li-ion АКБ на базе усилителя Amarok радиолюбителя из Чехии.


Однако схема не работала должным образом- была склонна к возбуждению, имела высокий КНИ и низкое быстродействие. Моделирование в симуляторе Мультисим показало аналогичные проблемы. Схема была признана непригодной для дальнейшего использования заброшена в дальний ящик. Моделирование анлогичной промышленной конструкции усилителя Stax SRA-10S дало следующие результаты КНИ для 1кгц 0,05%, для 10кГц 0,2%, для 20кгц 0,3%.

Таким образом для области ВЧ искажения усилителя будут значительно превышать искажения наушников! Это старая модель, схем на новые модели к сожалению не нашлось, однако представленные в ТТХ значения КНИ не слишком впечатляют. Впрочем вышесказанное не означает, что на ПП приборах невозможно построить высококачественный усилитель для ЭС. На текущий момент найден только один твердотельній усилитель с достойніми параметрами, однако он не доступен к повторению, являясь коммерческим изделием:

и его продолжение:

Топлогия

Было принято решение остановиться на следующей топологии- УМЗЧ + сигнальный трансформатор + инвертор смещения, как это делается в больших излучателях ЭС АС.


Плюсы такого решения превзошли все недостатки:
— простота и доступность схемотехники, низкая стоимость. Имея готовый УМЗЧ легко сделать к нему приставку для работы с ЭС наушниками. Не имея готового УМЗЧ проще и лучше по итогу сделать хороший УМЗЧ и дополнить схемой смещения и выходными трансформаторами. Возможность сборки из готовых модулей.
— возможность достижения относительно легкими путями низких искажений, высокой скорости нарастания сигнала, значительно превзойдя лучшие промышленные образцы дискретных промышленных ЭС УМ для наушников. Так же имеется многократный запас мощности, возможность получения различных параметров варьированием параметров трансформатора.
— эффект описан в литературе (Цыкин. Трансформатры низкой частоты ) и проверен на практике- трансформатор на электротехнической стали без подмагничивания формирует преимущественно 3-ю гармонику, что достаточно хорошо, если сравнивать с ПП усилителем, который будет формировать широкий спектр гармоник до 10-й и выше. Чем ниже порядок гармоники, тем меньше ее негативное влияние на звучание. КНИ в трансформаторе с ростом частоты растут медленно или падают, в отличии от ПП УМЗЧ, у которых с ростом частоты искажения будут нарастать. Это связано с уменьшением индукции в сердечнике с ростом частоты. У трансформатора максимальные искажения будут на НЧ, у полупроводникового усилителя для ЭС на ВЧ. Однако слух наиболее восприимчив к КНИ именно на СЧ-ВЧ, искажения на НЧ воспринимаются слабо. Так у сабвуферов КНИ могут превышать 10%.
— возможность легкой модернизации для подключения ленточных наушников или обычных динамических путем намотки дополнительных обмоток на трансформатор. В дальнейшем мною планируется изготовление самодельных ленточных наушников по мотивам RAAL SR1A и использование с данным блоком.
Мною используется самодельный УМЗЧ по схеме ОМ2,7.

Следует упомянуть и о недостатках такой топологии:
— привязка к УМЗЧ и его параметрам, хотя практически всегда, кроме нескольких моделей, ЭС наушники не являются портативом, это конструкция для домашнего, стационарного УМЗЧ. Последний должен иметь минимальное постоянное напряжение на выходе, чтоб исключить подмагничивание, ну и в общем высокую линейность, хороший демпинг фактор. Этот пункт легко разрешим. Современные усилители сренего и выше уровня автоматически выполняют эти условия.
— для получения высокой линейности, максимально низкой частоты завала на НЧ и малых искажений необходимо применять трансформатор с большим сечением от 3 до 10 см2 и достаточно высокой индуктивностью первичной обмотки, при низкой паразитной емкости, что требует трудоемкого изготовления и соответствующих габаритов и веса трансформатора. Впрочем изготовить хороший ПП усилитель для ЭС наушников- тоже не за мышами сходить.
Недостатки не являются критическими.

Наушники

Оголовье

Прежде всего за основу конструкции было взято готовое оголовье и чашки от советских ТДС-8 Феникс.

Это значительно упростило задачу. Оголовье достаточно удобное. Соответственно размеры и конфигурация драйвера приспосабливались под них, форма драйвера круглая, диаметр 80мм. Активная площадь мембраны получилась 65мм.
Чашки было решено сделать из тех же от Феникса. Толщина оригинальной чашки слишком большая к тому же она закрытая, что недопустимо для ЭС. Чашка была обрезана и доработана на токарном станке, там же были изготовлены кольца- крышки для чашек из дюралюминия.

Для механической защиты и улучшения внешнего вида была добавлена сетка из нержавейки. В чашке просверлены новые отверстия под скобы крепления и гермоввод под кабель.

Амбашуры диаметром 100мм были куплены на Алиэкспресс вместо старых полихлорвиниловых с пропавшим поролоном. Крышка чашки осталась родной, в ней был вырезан круг, просверлены отверстия под винты М3 при сборке, а так же вырезано герметизирующее кольцо между крышкой и драйвером из пористой резины.

Статоры

Для изготовления статоров продумывались 2 различных варианта- изготовить из подходящей по конфигурации металлической сетки, либо создать дизайн печатной платы и изготовить статоры из стеклотекстолита на китайском производстве. Для повторения максимально перспективным является именно промышленные стеклотекстолитовые детали т.к. обеспечивают максимальную точность изготовления и многократно упрощают мехобработку. В прототипе однако было принято решение изготовить из мет. сетки, снятой с корпуса старого системного блока. Толщина метала 0,8мм, крашеная поверхность, что необходимо для изоляции статоров от мембраны в случае прилипания. Из сетки были вырезаны круги 80мм, просверлены под 4 винта М3. Для обеспечения электрической изоляции 2-х статоров друг от друга и мембраны при сборке драйвера были применены пластиковые винты М3 с потайной головкой. В случае изготовления статоров на ПП в этом нет необходимости, изоляция осуществляется просто травлением меди на участках крепления. К тому же присутствует заводская маска.- диэлектрическое защитное покрытие. Провода паяются на торцы металлических статоров после залуживания активным кислотным флюсом. Флюс смывается.

Мембрана

Следующим элементом конструкции является мембрана с кольцами- проставками. Кольца обеспечивают изоляцию мембраны от статоров, установку работего зазора нужного значения, а так же механическое крепление с нужным натяжением для рабочей мембраны. Кольца были вырезаны из стеклотекстолита толщиной 0,5мм.Толщина проставок значительно влияет на параметры наушников. Прежде всего меняется емкость, чувствительность и демфирование мембраны, так же для разного расстояния следует подбирать различное напряжение смещения.
Были опробованы проставки толщиной 1мм, однако с ними чувствительность была слишком низкой, субъективно в несколько раз тише, а так же замечены призвуки свободно болтающейся мембраны. При увеличении расстояния уменьшается рабочая емкость драйвера и сила притяжения к статору. что очень плохо. В то же время нельзя уменьшать зазор меньше критического значения, иначе не будет обеспечиваться нужных диапазон свободного хода мембраны, наушники можно будет слушать только на низкой громкости либо мембрана будет вообще прилипать к статору.
Одно из колец было изготовлено полностью диэлектрически, второе с вытравленной кольцевой дорожкой и контактом для подпайки провода, это необходимо для подводки напряжения смещения на мембрану. При повторении эти детали целесообразно так же заказывать на производстве в Китае.
Для самой мембраны необходима тонкай прочная пленка. Оптимально подходит майлар/ лавсан.
Доступными к заказу в моем регионе были только пленки с толщиной от 10мкм, что многовато для нашей мембраны. Было принято решение достать лавсан из большого пускового конденсатора для электродвигателей и куплен CBB-65 60uf x 450VAC. После разборки в руках оказался рулон 85×45мм с двойной навивкой металлизированной пленки 5мкм,

пленка прочная, упругая. Что подходит для наших целей. Пленку с меньшей толщиной проблематично достать, с ней сложнее работать и прирост параметров от применения более тонкой пленки неочевиден, хотя по доступной из сети информации в современных наушниках Stax применяется пленка около 1мкм.

Традиционно мембрана ЭС имеет проводящее покрытие в виде тонкого высокоомного слоя. Обычно с сопротивлением от единиц мегаОм до гигаОм. Однако для облегчения жизни было решено опробовать ЭС драйвер с заводским металлизированным напылением. Это судя по всему алюминиевое напыление, рассчет толщины по удельному сопротивлению пленки дал значение около 50нм. Драйвера с напылением были собраны и испытаны.

По звуку и измеренным параметрам они показали прекрасные результаты, однако были и негативные моменты, делающие невозможным их успешную эксплуатацию.
Прежде всего низкоомное покрытие способствовало усиленному прилипанию мембраны к статору, второй негативный момент – низкая стойкость и прочность напыления. Оно отслаивалось при приклейке мембраны, оно отваливалось чешуйками видимо при вибрации мембраны и в конце концов оно просто «испарялось», вероятно по принципу гальванического травления.

От такого варианта было решено отказаться.
В дальнейшем заводская металлизация стравливалась химически разбавленной в 5 раз ортофосфорной кислотой, но это можно произвести и любым другим активным раствором- щелочью, другой кислотой, хлорным железом. Для содания высокоомного покрытия рассматривалось несколько вариантов, подчерпнутых у самодельшиков ЭС АС
— втирание графита в пленку,
— создание клея с графитовой пылью
— использование покрытия специальными антистатическими аэрозолями.
Был выбран последний вариант. Как наиболее технологичный и обеспечивающий минимальную массу и однородность покрытия. Был преобретен аэрозоль ANTISTATIC CRAMOLIN 200мл. Покрытие наносилось в 2 слоя на 2 мембраны одновременно, для обеспечения близости параметров. Сейчас ясно, что достаточно было и одного слоя. Об этом можно судить по скорости включения наушников в работу. При наличии сверхвысокомного покрытия громкость в наушниках наростает медленно. Достигая максимума через несколько минут. В моем случае это происходит мгновенно, значит сопротивление достаточно низкоомное. После нанесения были попытки измерить его величину, однако сделать это без специального оборудования проблематично. Мультиметр измеряет до 50М, RLCметр измеряет значительно выше, но на переменном токе, из-за чего мешает образуемая при измерении емкость.
После нанесения аэрозоля мембраны просушивались. Далее на тыльную сторону без проводящего слоя клеилось диэлектрическое кольцо. Мембрана просто распавлялась на ровной поверхности без складок. После высыхания клея приклеивалась вторая текстолитовая проставка, с проводником. При этом клей наносится на свободную от дорожек часть текстолита, чтоб избежать попадания клея на дорожку. Пленка к дорожке просто плотно прижата при склейке по всей поверхности. Были опробованы несколько различных клеев: Дисмакол- хорошо держит, в меру эластичный, быстро сохнет, из минусов- при необходимости ремонта его достаточно сложно удалить, делал это паяльником. Он сильно размягчается при нагреве. Клей БФ-6. Держит хуже, но достаточно, , и при ремонте легко растворяется растоврителем или изопропиловым спиртом. Клей 88 – хороший вариант. На нем и остановился . При необходимости его можно разбавить, остановился на этом варианте, разбавив дихлорєтаном, в таком варианте прочность соединения с лавсаном была отличная. Не всякй клей хорошо может приклеить лавсановую пленку, большинство просто отслаиваются от нее.
Для успешной работы ЭС мембрана должна быть равномерно и качественно натянута, на двух драйверах одинаково. При недостаточном натяжении мембран будет проявляться негативные эффекты- прилипание мембраны к одному из статоров, с ростом искажений, пропаданием НЧ.
Задача усложняется тем, что стеклотекстолитовые кольца толщиной 0,5мм не могут обеспечить необходимую жесткость без специальных мер. Для обеспечения этого условия была отработана технология термического натяжения. Мембрана скручивалась крепежными винтами к одному из статоров, покрытьием от статора, это зажищало мембрану от деформации. Иначе при натяжении мембрану выворачивало восьмеркой. Подготавливались обе мембраны для одновременной натяжки. Мембраны прикрученные к статору укладывались статором вниз на нижний подогреватель с нагревом до 105 градусов. При такой температуре пленка начинает размягчаться и немного провисать. При дальнейшем нагреве она начинает потихоньку натягиваться. Сверху нагрев обеспечивался ИК лампой 200Вт, вкрученной в патрон с сетевім шнуром, лампу водил круговыми движениями для медленного и равномерного нагрева. Пленка начинает медленно натягиваться, от центра к краям пока полностью не исчезнут все провисания и складки и не будет идеально ровного натяжения, как стекло. 2 драйвера прогреваются одновременно, что обеспечивает равное значение натяжения. Затем Мембраны снимаются с нагревателя и остывают.

Пробовал натягивать мембрану с 2-мя статорами. Но в таком случае процес более инерционный. Плохо видно процесс натяжения. При снятии со статоров мембраны сохраняют правильное положение за счет равномерного натяжения. Если постучать по торцу шайб мембран звук у 2-х мембран должен быть одинаковым по тону, что свидетельствует о равном значении натяжения 2-х мембран.
Были попытки натяжения мембран при помощи паяльного фена. Однако им сложно обеспечить контролируемый и равномерный нагрев. Несколько попыток завершились прожиганием мембран. Вряд ли с феном возможно достичь того же результата, что и при ИК нагреве.

Защитные мембраны

Для работы драйвера достаточно только 2-х статоров и мембраны. Однако эксплуатация в таком виде проблематична, поскольку в драйвер будут проникать пыль и влагавлажность в виде испарений пота. Которые негативно будут влиять на работу, могут повреждать мембрану.
Наличие поляризующего напряжения провоцирует электростатическое налипание пыли. Для защиты от пыли и влаги в моей конструкции, как это делается и в промышленных были применены защитные мембраны. Они таже обеспечивают демфирование мембраны, что дает как положительные так и отрицательные следствия. При использовании натянутой пленки ухудшается отдача драйвера на НЧ. Проявляется более глубокий завал на АЧХ. При отсутствии защитных мембран иногда наблюдались тихие призвуки в наушниках- шуршание, подсвистывание и писк. Не громкие, но раздражаюшие. Первое время драйвер можно использовать без ЗМ, но для долгосрочной эксплуатации они крайне желательны.
В своей конструкции защитные мембраны были наклеяны на стеклотекстолитовые колца, вырезанные по тем же чертежам, что и для мембран, но толщиной 1мм. С наружной стороны применил слой сетки от женских капроновых чулков. Материал практически акустически прозрачный, имеет мелкую сетку, которая будет защищать от попадания пыли. И обеспечивать небольшое демфирование драйвера.

Со стороны уха была использована наклеенная стрейчевая пленка 9мкм, купленная в супермаркете для упаковки продуктов. Ее высокая пластичность позволила растянуть ее значительно перед наклейкой, что обеспечило уменьшение толщины пленки. Пленка так же имеет высокий коэфициент поглощения, практически не дает призвуков если сравнивать с лавсаном. После приклейки пленка растягивалась в нескольких местах для получания мелких локальных провисаний. Это обеспечит отсутствие снижения басов. Однако обратной стороной монеты могут быть повышение искажений в области верхних НЧ на частотах от 100 до 500 Гц. Такая мембрана склонна к созданию призвуков в данном диапазоне как раз из-за слабой натяжки.
Когда все элементы готовы производится сборка драйверов в бутерброд :защитная мембрана- статор- рабочая мембрана- статор- защитная мембрана. Все это стягивается пластиковыми винтами.

Шляпки подрезаются практически заподлицо.
Если имеется измеритель емкости, то можно оценить качество сборки драйвера измерением емкостей статор- мембрана – статор. Емкости от статора к мембране и от другого статора к мембране должны быть близки с минимальной погрешностью , это свидетельствует об равенстве расстояний от статора к мембране. Значительная разница в емкости может свидетельствовать о геометрической деформации со значительной разницей в расстоянии от мембраны к одному из статоров. Если емкость от статора к мембране слишком низкая, можно сделать вывод о том, что проводящее покрытие на мембране не работает, емкость формируется только проводящей дорожкой на кольце стеклотекстолита.
Для проверки работоспособности драйвера если еще нет усилителя/ адаптера можно собрать навесным монтажом простую схему из резисторов и подключить драйвер к сети 220В. Однако следует помнить об опасности данной схемы и необходимости строгого соблюдения техники безопасности.

Кабель.

Кабель для ЭС должен обладать определенными электрическими харамтеристиками, кроме электрической прочности изоляции. Способной выдержать максимальное приложенное напряжение, кабель обязан обеспечивать минимальное значение паразитной емкости. Именно этот параметр способен максимально влиять на качество звука. Вопреки маркетинговым заявлениям Стакса о бескислородной меди и посередрении- єто является пылью в глаза доверчивым аудиофилам, состав проводника никак не влияет на звук, а вот емкость влияет. Паразитная емкость кабеля сумируется с рабочей емкостью драйвера и нагружают усилитель/ согласующий трансформатор, уменьшая скорость наростания сигнала. Поэтому следует стремиться минимизировать паразитную емкость кабеля.
Для снижения емкости могут применятся различные меры, из самых достижимых- снижение площади проводника (площади обкладки паразитного конденсатора) и отдаление 2-х проводников друг от друга (увеличение расстояния между обкладками). В промышленных наушниках применяют плоские провода, что снижает емкость.
Было изготовлено 2 типа кабеля- компактный из проводного шлейфа отщеплены 3 проводника и затянуты в силиконовый кембрик, емкость кабеля оказалась 60 пф, что многовато.

Второй кабель был изготовлен из провода МГТФ 0.12, каждый проводник затянут в свой силиконовый кембрик, далее кембрики собирались вместе при помощи колец из термоусадки. Емкость 1,5 м кабеля с разъемом получилась всего 20 пф, что можно считать отличным результатом, кабель получился объемный. Но не тяжелый. Оставил его.


Имеется так же идея изготовления плетеного косичкой кабеля, текстура плетения будет снижать емкость, следует выбирать провод с тонкой жилой при толстой изоляции и достаточной гибкости и износоустойчивости. Думаю, что неплохо подошел бы провод МГШВ 0,14-0,35.
Разъем для наушников был выбран типа MIC325 как подходящий по габаритам и функционалу.

Адаптер

Адаптер было решено сделать отдельным блоком, но при большом желании и наличии свободного места его можно встрить в УМЗЧ. Формфактор был выбран в виде «колоны».

В таком виде он занимает немного места на столе, а так же служит подставкой для наушников.
Адаптер поключается с УМЗЧ кабелем в котором идут сигналы с выхода УМЗЧ, питание 15В и провода управления. Снабжен кнопкой влючения с фиксацией, которая при нажатии дает команду на переключение выходов УМЗЧ при помощи реле с АС на Адаптер.
Все разъемы собраны на одной панели в задней части корпуса, некоторые разъемы добавлены под будущую модернизацию.

В качестве корпуса был взят металлический корпус от старого автомобильного СД чейнжера , который много лет лежал без дела. Корпус был окрашен черным грунтом, а затем черной краской в несколько слоев.

Пионер- всем котам пример!

Трансформаторы механически закреполены через скобы. Разводка сделана навесным монтажем монтажным проводом.


Параметры используемых в настоящее время трансформаторов -Советский сетевой трансформатор 4.702.151-01 на магнитопроводе ПЛ из трансформаторной стали сечением 6см2. 2 равнозначные катушки с одинкаовыми обмоткаими, включенными параллельно первичка 3-6, последовательно вторичка1-2.
Параметры обмоток одной катушки:
Первичка 3-6 90вит 0,5мм. 0,7 Ом, 37мГн
Вторичка 1-2 600вит 0,2мм, 15.7 Ом. 1,45Гн.

Модуль напряжения смещения

Преобразователь смещения должен выдавать необходимое высокое напряжение. В идеале регулируемое и стабилизированное напряжение от 300 до 800В. Стандарт смещения промышленных наушников Pro 580В, но нам незачем ограничивать себя, напряжение может подбираться индивидуально под особенности конструкции и потребности. Чем выше напряжение смещения, тем выше сила действующая на мембрану, а соответственно и чувствительность, громкость, степень демфирования мембраны. Однако чрезмерно повышенное напряжение будет приводить к нестабильному поведению, залипанию мембраны, призвукам.
Целесообразно применить готовый модуль высокого напряжения из Китая. Например такой

Чтобы не ждать месяц я изготовил свой. Это классический обратноходовый повышающий преобразователь на UC3843 без существенных особенностей.

Согласующие трансформаторы.
От параметров и качества трансформаторов во многом зависят конечные характеристики.
Первоначально были взяты 2 промышленных сетевых трансформатора 4.702.151-01. На удивление показавшие достаточно высокие качественные показатели. Так совокупный КНИ аудиовыход + УМЗЧ+ трнасформатор + аудиовход для 1 кгц составлял всего 0,0076%
Однако имелись и некоторые недостатки данных трансов- рассчитаны они были под 50Гц, соответственно на более низкой частоте индуктивность первичной обмотки недостаточна, а магнитопровод работал при повышенной индукции, влоть до насыщения. На каркасах не было места для домотки необходимых дополнительных обмоток.
Однако в области СЧ и ВЧ данные трансформаторы работали неплохо. Несмотря на применение непредназначенного для таких частот трансформаторного железа по замерам не видно никаких ухудшений параметров на ВЧ. Это связано с использованием низкоимпедансного сигнала с УМЗЧ. С ростом частоты в железе растут потери, но они компенсируются избыточным запасом мощности с УМЗЧ.
Однако вышеуказанные недостатки, а так же стремление еще больше улучшить параметры трансформатора побудили к дальнейшим исследованиям. Были изготовлены тестовые трансформаторы на кольцевых магнитопроводах из трансформаторной стали, пермаллоя неустановленной марки и тора из нанокристалического железа китайского производства.
Трансформаторное железо показало наилучшие параметры- низкий КНИ, причем с хорошим спектром- преобладание 3-й гармоники, 2-я выражена слабо, боле высокие гармоники практически отсутствуют. Сердечники из пермаллоя и китайского наножлеза давали высокие искажения и спектр искажений вплоть до 15-й гармоники.
Перспективным формфактором для подобного трансформатора можно считать тор. Поскольку он обеспечивает наилучшее значение индуктивности рассеяния и паразитной емкости трансформатор за счет непараллельности укладки витков, а так же при умеренных габаритах имеет большую площадь окна, что позволяет намотать много провода и изоляции. Существенным недостатком можно считать лишь трудоемкость намотки тора по сравнению с другими типами магнитопроводов.
При изготовлении трансформаторов следует стремится к получению:
— низкой индуктивности рассеяния
— низкой паразитной емкости
— низкому активному сопротивлению первичной и вторичной обмотки
— высокой индуктивности первичной обмотки.
— исползованию материала магнитопровода с низкими искажениями, сердечника достаточного сечения.
По параметрам обмоток в качестве согласующих трансформаторов можно применять готовые выходные трансформатолры от ламповых РР УМЗЧ, включенные наоборот. Когда первичные и вторичные обмотки меняются местами.
Решил мотать новые трансы на торах из трансформаторного железа 80х50х20мм. В тестовом виде данный магнитопровод обеспечивал в трансформаторе совокупный КНИ около 0,0028%.

На текущий момент идут работы по намотке нового трансформатора. Кроме обмоток для ЭС наушников планируются так же обмотки для ленточных и обычных динамических наушников, что сделает адаптер максимально универсальным и не имеющим аналогов среди промышленных устройств.

Аудиоизмерения.

Для качественной настройки и оценки полученного результата следовало на каждом этапе изготовления и настройки контролировать электрические параметры узлов и всего комплекса в целом. Для измерений аудиокомплекса применялись помимо мультиметра: двухлучевой осциллограф, RLCметр, кабеля для измерения параметров с трансформатора и других цепей + ПК, самодельный измерительный микрофон.
Оценка параметров трансформатора.
При помощи тестового кабеля и программы Audiotester 3 был измерен импеданс трансформатора с подключенными наушниками.

Наблюдается практически линейный рост импеданса за счет реактивного сопротивления первичной обмотки. Снижающееся реактивное сопротивление емкостной нагрузки практически не влияет на график. Нагрузка для УМЗЧ с стандартом 4-8 Ом «детская».
Искажения УМЗЧ+ трансформатор оценивались в программе RMAA. Получено значение КНИ около 0,0076% на 1кГц.

Причем рост уровня сигнала никак не ухудшал искажения.

Оценифалось смещение фазы на трансформаторе, которое для 22кГц незначительное.

В программе REW при помощи измерительного микрофона и простенького стенда измерялись параметры на выходе наушников.

Параметры измерялись на средней громкости около 90дБ, что соответствует около 60 дб по шкале графиков.
АЧХ в сборе с чашкой, амбашурой.

Как видно в данном случае амбашуры дают небольшой провал в области СЧ
«Гребенка» на ВЧ- естественное явление для любых наушников, связанное с резонансами излучатель- приемник. В целом на слух АЧХ воспринимается как ровная без существенных провалов и подъемов.
Подробнее об интерпретации АЧХ наушников можно прочитать тут

Одним из важных параметров оценки качества ЭС излучателя следовало бы назвать КНИ. В теории ЭС имеет экстремально низкие КНИ, менее 0,1%.

Поскольку микрофон не способен обеспечить такую линейность, заявленный ДД для относительно качественного микрофонного капсуля WM-61, который обычно применяется в бюджетных промышленных измерительных микрофонах, всего около 60 дб, то измерение производилось в режиме RTA с синусом фиксированной частоты. В таком случае гармоники могут быть точнее измерены, чем свип-тоном.
Сложно так же оценить искажения, вносимые самим миурофоном, цифры искажений представленны как сумма наушников и микрофона.

При средней громкости прослушивания искажения ЭС драйвера преимущественно представлены 2-й гармоникой и численно составляют около 0,05%. Имеется линейная зависимость искажений от громкости. На малой громкости значения достигают 0,02%, на большой до 0,3%. Закономерность логически предсказуема, чем больше ход мембраны, тем выше искажения, а значит для их снижения и повышения качества звука целесообразно повышать площадь излучения дайвера со снижением хода мембраны, либо получить выше громкость при том же ходе мембраны и тех же искажениях.
Оценивались так же интермодуляционные искажения с нестандартной комбинацией частот, в области сниженного шума микрофона.

Субъективная оценка.
Наушники обладают ровной АЧХ, однако на некоторых композициях не хватает глубины баса. Его качество отличное, но количества не достает. Звучание в общем смещается к более светлому. В принципе ко всем моделям промышленных ЭС можно слышать подобные упреки.
СЧ-ВЧ воспроизводятся без каких либо недостатков, все чисто, прозрачно и очень детально. Это основной конек электростатов, то, что им в силу технологии удается лучше всего. Звук кажется естественным и живым, а не записанной фонограммой.
Сцена очень широкая, иногда кажется, что слушаешь АС, а не наушники, нет ощущения «звука в голове».

В целом результат оправдал все ожидания. Полученный опыт может быть применен для создания более совершенной конструкции.

3 самые необычные
акустические системы

В большинстве случаев во всем мире музыку воспроизводят электродинамические громкоговорители, или, в обиходе, динамики. Однако конструкции этих устройств уже 122 года и в ней есть свои недостатки.

Динамик состоит из магнита и звуковой катушки, которая колеблется в магнитном поле и передает движение на диффузор. Последний должен быть очень легким и одновременно прочным. Чем легче диффузор — тем быстрее он будет колебаться и отыгрывать быстрые звуки — барабаны будут четче, бас собраннее и т.п. Чем он прочнее, тем меньше будет искажений, поскольку мембрана будет меньше изгибаться при работе.

Но даже самые качественные динамики дают в десятки раз больше искажений, чем современные усилители и звуковые карты. Многолетние эксперименты с различными сплавами и композитными материалами улучшили положение, но не сделали прорыва. «Куда это годится?!» — воскликнули инженеры и создали альтернативные конструкциии для воспроизведения звука.

Электростатические колонки

Самый распространенный тип нестандартных громкоговорителей, фундаментом для создания которых стал принцип электростатического взаимодействия. Между двух решеток-статоров натянута мембрана из сверхлегкого материала с проводящим напылением. Она до 10 раз тоньше человеческого волоса, а ее масса немногим больше массы окружающего ее воздуха. На решетки подается многократно усиленный звуковой сигнал, мембрана колеблется между ними и воспроизводит звук с рекордно низким коэффициентом нелинейных искажений — до 0,05 %! В итоге излучатель отыгрывает очень детальный и прозрачный звук, в котором слышен каждый нюанс.

Сама технология появилась еще в конце позапрошлого столетия. Однако долго не удавалось создать достаточно легкую мембрану для такой акустики. Поэтому первые электростатические колонки для массового рынка — Quad Electrostatic — вышли лишь в 1957 году и произвели маленькую революцию на рынке звукотехники. Они давали настолько честный звук, что стали использоваться даже в студиях. Звукорежиссер Филипп Нюэлл в книге Project-студии пишет:

Мониторы Quad Electrostatic 1957 года всё ещё могут постоять за себя. За последние 40 лет не было создано ничего существенно лучшего.

Однако электростаты не лишены недостатков. Во-первых, они излучают звук в обе стороны. Поэтому вдоль стены их не поставишь — звук от нее будет отражаться и вносить фазовые искажения. Понадобится большое помещение. Но даже в большой комнате будут взаимовычитаться басовые волны, ведь их длина — десятки метров.

Отсюда второй недостаток — мало баса. Дело усугубляется и тем, что излучать басовые волны может лишь очень большая мембрана, производить которую будет уже невыгодно, поэтому амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) большинства электростатов имеет спад в районе 60-70 Гц. Для студийных мониторов ближнего поля — в самый раз, а вот для рядового потребителя может быть маловато.

Третий недостаток — узкая направленность излучателя из-за плоской мембраны. То есть, звучат колонки хорошо, но только на участке в 1м2. И, наконец, электростатические колонки требуют мощного и дорогого усилителя для работы.

Производители современных электростатов научились решать некоторые из этих проблем. Излучатели сегодня делают не плоскими, а полукруглыми, чтобы звук распространялся по комнате равномерно. В систему теперь добавляют низкочастотный динамик, который дает глубокий бас.

Однако эти и другие инженерные ухищрения вместе с требуемой при производстве прецизионной точностью и специфическими материалами сделали и без того недешевую конструкцию еще менее доступной для широких масс. АС такого типа стоят десятки тысяч долларов.

Контрапертурные аудиосистемы

Контрапертурные акустические системы по праву можно назвать одними из самых экзотических. Их конструкция состоит из двух одинаковых динамиков, расположенных вертикально строго друг напротив друга. Звуковые волны сталкиваются абсолютно синхронно и излучают результирующую волну во всех направлениях. Иными словами, получается всенаправленная акустика, которая равномерно заполняет собой звуком все пространство в комнате. Нет необходимости искать оптимальную комфортную зону прослушивания, в любом углу музыка будет звучать одинаково качественно.

Помимо всенаправленности, звук будет лишен доплеровской интермодуляции — это искажения, на слух проявляющиеся как гитарный эффект флэнжера. Они возникают из-за того, что динамик, излучая звук, то приближается к слушателю, то удаляется от него. Контрапертурные АС статичны, поэтому лишены интермодуляций. Многие слушатели отмечают невероятный комфорт от прослушивания такой акустической системы. Дело в том, что мозг воспринимает приближающиеся и удаляющиеся от него звуки как опасные и требующие внимания (а вдруг это хищник?). Соответственно, неподвижный источник звука не воспринимается как опасность и не возбуждает нервную систему.

Разумеется, у такой конструкции есть свои недостатки: сложная система требует высокоточного производства, тщательного подбора комплекта динамиков с абсолютно идентичными характеристиками, точного монтажа излучателей и т.п. Все это увеличивает себестоимость таких устройств до астрономических значений. Тем не менее, у них есть свои фанаты и место на рынке Hi-End аудиотехники.

Вибрационные колонки

Самые доступные необычные колонки для рядового потребителя — вибрационные. Для работы такого девайса нужна большая твердая поверхность. Например, стол или окно, хотя сойдет даже коробка молока. Устройство передает поверхности звуковые колебания, превращая ее в диффузор.

Такие девайсы сделаны больше для развлечения, а не для качественного звука. Некоторые умельцы покупают вибрационный динамик отдельно и делают из него сабвуфер. А устройство, прикрепленное к отопительной батарее, превращается в оружие возмездия шумному соседу. Мощность и звук зависят от размеров и материала поверхности, на которой расположен девайс. Лучше всего будут работать тонкие поверхности, частота собственных колебаний которых меньше.

Но технология таки нашла адекватное применение. Возможность превратить любую поверхность в излучатель звука стала востребована на различных выставках, в музеях, ресторанах и магазинах. Можно, например, прикрепить вибродинамик к витрине из оргстекла, сделав невидимые громкоговорители для аудиорекламы. Или, наоборот, превратить их в арт-объект, излучающий звук непонятно каким образом. Также можно сделать излучатели, защищенные от любой непогоды.

Панели из оргстекла, превращенные в невидимые громкоговорители в музее.

Любопытно, что похожим образом работают наушники с костной проводимостью. Они не втыкаются в уши, а прислоняются к кости, передавая звуковые вибрации прямо в череп.



«Анатомия» домашних акустических систем: электростаты. Ода ровной АЧХ, страсти по цене, возможности DIY +15

  • 01.03.17 11:07
  • PULT
  • #286446
  • Гиктаймс
  • 37
  • 10000

DIY или Сделай сам, Научно-популярное, Периферия, Звук, Блог компании Pult.ru

Развивая цикл о критериях выбора акустических систем, я решил продолжить повествование рассказом об излучателях. Каждому типу будет посвящён отдельный материал, в этом посте я расскажу об электростатических акустических системах.
Электростатические системы стоят особняком в силу их не большой распространённости, высокой стоимости, а также уникальных характеристик. Те, кто слышал электростатическую акустику, знают о том, что точность передачи звука в подобных системах существенно выше, чем у большинства АС других типов.

Появившись в 20-х годах прошлого столетия конструкция электростатов эволюционировала и на данный момент считается одной из самых эффективных для точной передачи звука (особенно в диапазоне средних и высоких частот).

Простой принцип – сложные технологии

Физический принцип, на котором основана работа электростатов, достаточно прост. Колебания звуковой частоты создаются токопроводящей сверхтонкой (от 15 до 3 микрон) мембраной (как правило, с высоким сопротивлением), на которую подается ток высокого (до нескольких кВ) напряжения.
Мембрана, взаимодействуя с электрическим полем статоров (на которые подаётся звуковой сигнал большого напряжения с разной, для каждого статора полярностью), излучает звуковые волны. В качестве статоров, в большинстве случаев, используются перфорированные листы металла (стали или алюминия) или проволока, мембрана изготавливается из сверхтонких синтетических плёнок. Принцип позволяет свести искажения к исчезающе малым величинам и получить практически идеально ровную АЧХ.
Несмотря на кажущуюся простоту, технологическая реализация принципов электростатической акустики тяжело приживается в массовом производстве. Производителей такой акустики (не считая наушников) можно в буквальном смысле пересчитать по пальцам двух рук. Причины низкого интереса крупных игроков аудиорынка к электростатам много, основные, следующие: дорогостоящая мембрана, высокие требования к сборке, необходимость в использовании усилителей с выходным трансформатором, либо применение трансформатора в конструкции АС. Как следствие всего вышеописанного, стоимость АС становится достойной описания в баснях Крылова.
Большой проблемой для электростатических систем стало воспроизведение низких. Так как для полноценного звучания в низкочастотной и мид-бас диапазоне необходима огромная (несколько квадратных метров) площадь излучателя. Для решения этой проблемы без увеличения площади мембраны, электростаты оснащают дополнительными электродинамическими излучателями и, соответственно, кроссоверами для разделения полос.

Краткая история электростатов от 19-го века до наших дней

Большинство источников сходятся на том, что сам принцип работы электростатических излучателей почти ровесник электроакустики, как области физического знания, и появился в конце 19 в. Впервые такое устройство было продемонстрировано на Парижской электрической выставке в 1881 году.
Попытки создать электростатическую АС начались ещё до Великой (первой мировой) войны. С 1920-х годов известно использование коммерческих однотактных (с 1-м статором) электростатов для озвучивания концертных площадок, залов заседаний, открытых площадок для массовых мероприятий, а также для воспроизведения музыки в дорогих немых кинотеатрах. Такие АС применялись с первыми ламповыми усилителями.
Наиболее успешными в коммерческом отношении (в 20-х – 30-х) стали первые двухтактные электростатические АС, созданные немецким инженером Гансом Фогтом.
Эти АС ограниченно применялись в кинотеатрах для звукового кино до конца 30-х годов. Главной проблемой АС этого типа в то время была низкая живучесть, за счет использования низкоомной алюминиевой фольги (экспериментировали также с золотой фольгой и рядом других проводников), которая имела свойство сгорать при пробое. Развитие ферромагнетиков (соответственно электродинамических громкоговорителей), и отсутствие эффективных материалов для создания мембран остановило дальнейшее развитие электростатов вплоть до 50-х.
Следующим эпохальным моментом в развитии электростатов стало появление лавсана, который был наиболее подходящим материалом для мембраны. В 1953-м году Артур Янсен получает патент на новый тип электростатического излучателя, а уже в 1957-м появляется самый долгоживущий электростат QUAD ESL57, выпуск которого продолжался вплоть до 1981-го года. Оригинальные конструкции предлагали Вильямсон и Рид.
Настоящим прорывом для электростатической акустики стал стартап Гейла Мартина Сандерса и Рона Логана Сазерленда, которые, «изваяв» в гараже электростатическую акустику оригинальной конструкции, вытащили её на Свет Божий и показали честному люду на Чикагской CES в 1982-м году.
Результат был внушительным: изобретение стало призёром выставки, а партнёры разработчики по сей день зарабатывают серийным производством электростатов. К слову, компания Martin Logan заслужено считается одним из лучших производителей таких АС.

Достоинства

Одним из главных достоинств электростатических АС является исчезающе низкий уровень искажений. THD составляет не более 0,5 %, IMD не превышают 1 %, практически отсутствуют фазовые искажения. Ещё одним внушительным плюсом является то, что неравномерность АЧХ современных электростатов находится в пределах ±3 дБ. Широкий частотный диапазон (в среднем от 100 Гц до 40 000 кГц). АС c большой площадью мембраны могут успешно справляться с мидбасом и низкими.
За исключением сравнительно низкой чувствительности и иногда ограниченного нижнего порога частотного диапазона в отношении звуковоспроизведения, электростатические АС практически не имеют недостатков и сравнимы, пожалуй, только с ионофонами.
Идеальными для современных электростатов характеристиками обладает активная комбинированная (ЭС+ динамический бас) АС Martin Logan Renaissance ESL 15A.

  • Минимальная рекомендуемая мощность, Вт: 20
  • Максимальная мощность, Вт: 700
  • Чувствительность: 92 дБ
  • Импеданс: 4 Ом
  • Диапазон воспроизводимых частот: 22-21000 Гц (±3 дБ)
  • Частота разделения кроссовера: 300 Гц
  • THD: менее 0,1 %
  • IMD: менее 0,5 %

Недостатки

  • Астрономическая стоимость: большинство электростатов стоят огромных денег. Примечательно, что существуют один российский и несколько китайских производителей со сравнительно недорогими системами (в пределах 60 000 рублей), но их характеристики сравнимы с электродинамическими и изодинамическими за те же деньги;
  • Относительно низкая чувствительность: редко поднимается выше 85-87 Дб, показателями выше могут похвастаться даже не все топовые модели электростатов. 92 – 95 Дб можно считать почти недостижимым потолком;
  • Дипольный характер звучания: ограничивает свободу размещения АС, не позволяет разместить систему вдоль стены;
  • Ограничение пределов максимальной громкости зазором между мембраной и статорами;
  • Требовательны к усилению, необходим УМЗЧ с выходным трансформатором или встроенный трансформатор предусмотренный конструкцией АС;
  • Сравнительно узкая направленность звука;
  • Притягивание пыли снижает эстетичность внешнего вида;
  • Для не комбинированных АС с низкочастотными динамиками электростатических АС характерен недостаток в низкочастотном спектре;

DIY электростаты – не миф, но факт

Простота принципа работы электростатических АС открывает возможности для самостоятельной разработки. У меня есть сомнения, что можно легко самостоятельно собрать электростаты, дотягивающие до уровня серийных образцов, но люди, у которых руки растут из туловища, обычно не тратят время на поиски лёгких путей.

Так или иначе, гаражный опыт Гейла Мартина Сандерса и Рона Логана Сазерленда показывает практическую осуществимость подобного смелого замысла. Кто знает, возможно через 10 лет пульт будет торговать электростатами одного из читателей этих строк.
Пользователь KRIdas даёт очень ценные рекомендации по самостоятельному созданию электростатической АС в конференции на xbit.
Несколько важных моментов, о которых писал KRIdas:

  • Необходимо использовать плёнку толщиной не более 30 микрон (лучше попасть в диапазон от 3 до 15 микрон)
  • В качестве перфорированных решеток можно использовать стальные или алюминиевые листы с диаметром отверстий 3 мм и шагом 4 мм
  • зазоры между мембраной и статорами должен составлять около 3 мм

Совсем немного джинсы

В нашем каталоге представлены несколько электростатических акустических систем. Наши эксперты постарались выбрать лучшее из того, что сегодня существует на рынке этих бескомпромиссных устройств. Качество удовлетворит даже самых притязательных аудиофилов. Предупреждаю – цены не просто кусаются, но норовят отгрызть руку вместе с кредиткой.

Самодельные ленточные излучатели

Поднимаю заново незаслуженно забытую тему самостоятельного изготовления высококачественных излучателей звука (в данном случае ленточных пищалок). Тем самым развеиваю аудифильский миф о сложности их производства и, соответственно высокой стоимости (так навязчиво вбиваемого продавцами акустики). Кроме того, параметры ленты и понижающего трансформатора мало влияют на качество звука (как любят употреблять выражение – “на уровне нюансов”). Возможно я не прав в формулировке, но уровень воспроизведения собственного лишнего “мусора” излучателя явно находится за порогом чувствительности уха человека. Поэтому разницу между “Превосходно” и “Шедеврально” могут заметить единицы (ну еще плюс те личности, обладающие пароненормальными способностями услышать искажения нелинейности контактных групп на реле защиты АС усилителей). Напомню, что собственно делаю:

Общий принцип как на фотке: берем железный уголок (можно “П” образный) и клеим на него магниты. Берем другой уголок, клеим магниты противоположной стороной. Если после приклеивания если оба уголка поднести магнитами друг к другу, то они притянутся. Причем притянутся о-очень сильно, потому как магниты надо клеить неодимовые. Еще и могут прищемить пальцы (со срывом кожаного покрова и кровищей). Что бы этого не было лучше всего работать в х\б перчатках и полярность проверять отдельно взятым магнитиком (желательно маленького размера и притяжения). Далее собираем (кто как может-шучу) как показано на фото, натягиваем пищевую алюминиевую ленту, и через согласующий-понижающий трансформатор (для пробы можно и просто через резистор 4 Ом) подключаем к источнику звука (выходу усилителя).

Понятное дело, что никаких басов мы не услышим, так как ленточка мала по площади и амплитуда смещения у нее минимальное. Кроме того, неодимовые магниты размерами как на фотографиях могут позволить себе далеко не все (я, например не могу – цена кусается).

Поэтому можно приобрести набор небольших магнитиков, либо пойти еще по более дешевому, но более трудо- и время затратному пути: выдирать их (магнитики) из сгоревших или просто старых жестких дисков. А затем наклеивать их на уголки, как сказано выше.

Я собирал макет из длинной ленты. Расстояние между краями ленты получается слишком велико. Отсюда – слишком узкая диаграмма да еще и верхняя граница диапазона воспроизведения опускается.

Поэтому снова возвращаюсь к сборке варианта буквой “П”. Две более короткие ленты. Более удобное соединение согласующего трансформатора – не надо тянуть толстый провод до другого края ленты. На фото вместо ленты вставлены рейки (необходимой ширины). Таким образом легче крепить и юстировать всю эту конструкцию на раме.

Далее выбираем достаточно толстую фанеру (я взял около 14 мм от боковой стенки какой то старой колонки). Ставим всю эту конструкцию сверху и обводим карандашом.

Выпиливаем (как можем), вставляем конструкцию и садим (так сказать) на клей. Ждем.

Выглядит жутко – самому страшно. Но работать будет как надо – куда оно денется. Находим медную фольгу (например, из экрана отечественного трансформатора). Нарезаем полоски (контактные площадки для лент). Клеим. На третьей фото постарался показать, как заходит медная полоска на заднюю сторону каркаса. Позже к ним будет припаиваться трансформатор.

Можно использовать любой, какой у вас есть. Не критично. Совсем. Проверено от феррита (ТВС телевизора) до ТС180. Оптимальнее всего добыть из китайского компьютерного блока питания дроссельное кольцо (опять же – любой цветовой маркировки). Смотать родной провод и намотать две обмотки. Первичку – 100 витков 0,2-0,3 мм. Вторичку – 10 витков медной косички (чем толще-тем лучше). Косичку можно добыть из оплетки толстого радиокабеля-коаксиала (РК50/75). Или если попадется, использовать ту, что электрики используют в качестве гибкого заземления. Получаемый импеданс пищалки – около 8 Ом (чисто мое предпочтение). Надо меньше – делайте меньше витков первичной обмотки.

Последний намотанный мной трансформатор – *аудиофильский*(ну появилась возможность воспользоваться *на шару* мега-проводом – решил попробовать, так сказать *про запас*). Он состоит из двух колец, разных по проницаемости. Получаемый трансформатор наверное будет работать ватт до 300 без искажений Особенно с такой вторичкой… Еще раз повторюсь. Разница в звуке между показанными на фото трансформаторами лишь в несколько большем КПД (процентов 15-20). Поэтому во всем надо знать меру.

В этот раз решил не припаивать ленты, а как делают продвинутые самодельщики, прижать их скобой. Ну или алюминиевым уголком (для жесткости).

Иду на рынок и по пути приобретаю *фольгу пищевую Саянскую-стандартную*, 31 рубль.

На уголки-скобы (снизу) прилепляю полоску синей изоленты. И диэлектрик и прижим лучше будет.

Провожу предварительную сборку. Желательно закрывать ленты металлической сеткой. На фото приложил для образца. Образец явно не закрывает оба рабочих пространства – увы, маловато будет.

Ну вот, осталась самая кропотливая работа: изготовить ленточки. Если просто вырезать ленту и прижать к контактам, то при подведении сигнала звуковой частоты лента начнет растягиваться_сжиматься, что естественно не есть “здорово”, так как дополнительные призвуки нам не нужны категорически. Поэтому необходимо ленту отгофрировать, придав ей волнистую форму. Это позволит ей свободно кол*****ся между магнитами (как пружина), не вызывая продольных растяжений_сжатий. Для этой цели изготавливаем чудо-юдо-станок. Две нанотехнологичные баночки от витаминок своими зубчатыми крышечками должны воспроизвести необходимый техпроцесс!

Различные виды зубчатых крышек дают разные варианты лент. Прослушав пару десятков лент различной ширины, толщины и шага гофрирования пришел к выводу, что их отличие в звучании “на уровне нюансов”.

Теперь несколько слов об акустическом оформлении. Замечено, не только мной, но и всем кому довелось послушать мои самоделки, что если заднюю сторону излучателя прикрыть ватой, или сделать герметичный бокс (с наполнителем или без) звук меняется. Становится как бы плоским и менее “воздушным”. Причем это заметно сразу, а не “на уровне нюансов”. Поэтому – однозначно “Free Air”.

А если выполнить корпус как показано ниже на фото, то:

  1. во первых – увеличиваем расстояние между передним фронтом излучения и задним;
  2. во вторых – за счет рупора (сдвоенного, а если считать и заднюю апертуру раскрыва – строенного) увеличиваем звуковое давление.

Так что, клеем, красим по вкусу (еще можно бархоткой обклеить рупор для “мягкости” и еще большей “натуральности” звучания), сушим и только потом вставляем ленты.

Первая пищаль в работе. Вариант черновой и требует косметической доработки. Жаль, что времени не хватило на вторую.

Пришли мне заказанные низкочастотные динамики 50 ГДН-37 (НОЭМ, с облегченными диффузорами). Вчера до собрал один АС. Оформление 50 ГДН – ОЯ. Самодельного ленточника, то же самое – *фрии эйр*. Сравнивал с “Электроникой 50 АС-061м”.

Акустика встроена в стенной шкаф. Кто был у меня дома знает, что вся моя *музыка* расположена в спальной комнате, а зал отведен под детскую. На правой картинке выше размеров виден порт выхода излучения обратной стороны диффузора динамика. Ленточник надо перекрасить в белый цвет. Да и начинать собирать вторую АС…

Позавчера, благодаря доброте Павла /Shumaher/ стал счастливым обладателем неисправного изодинамика, известной в миру под псевдонимом *ГИ*-шка. Этая пищалка восстановлению не подлежала и была любезно предоставлена для любых страшнейших опытов (на какие только способна моя фантазия). Сегодняшний плаксивый вторник к экзотическим фантазиям не располагал, поэтому разобрав пищалку я решил её переделать: из мёртвого изодинамика в живой ленточник (некромонгер, блин…). Симметричное расщепление объекта прошло вполне удачно. Лишняя опухоль (дырявая лавсановая плёнка-катушка) благополучно удалена в мусорку, а сама рамка (вернее её части) оставлены. Находим медную фольгу (рр-раз-и нашлась!), нарезаем площадки под ленту.

Приклеиваем медные полоски-площадки на предполагаемые места установки ленты-т.е. по сторонам двух щелей-прорезей. На синюю изоленту не обращаем внимания-просто так веселее смотрится…

На супер-станке по гофрировке алюминиевых лент прокатываем пару лент толщиной пару микрон…Гы-гы, вру конечно-микрон там десять-двенадцать. Во общем фольга пищевая, алюминиевая, тоже подойдет. Ширина полоски (инфа секретная-просьба не разглашать) – 7 мм. Припаиваю сначала одну ленту…

Затем вторую (расчёт окончен!)

Красиво-просто жуть! Скальпель мне в руки! Нет-ножницы лучше. Режем прокладки, оставшиеся от лавсановой плёнки. Обрезки клею на родные места. Будут выдерживать зазор при стяжке половинок.

Собираю/стягиваю. Ля-вуаля! Вид спереди:

Согласующе-понижающий трансформатор беру готовый (из-под кровати. Первый попавшийся). Припаиваю к выводам-лепесткам, идущим от полосок фольги (вторичную обмотку ессно),первичку припаиваю к родным выводам-лепесткам. Затем клею трансик строительным клеем (типа жидкие гвозди) к задней стенке корпуса. Подключаю к колонке зажимами типа *крокодриле*, регулятор пищалки на АС скручиваю в минус 20 дБ. К испытаниям готово. Пропускаю один проводок через конденсатор (типа фильтр, с крутизной аж 6 дБ/октаву).

Еще одна конструкция: несколько уменьшены габариты. Отдача на том же уровне – около 89 дБ:

Удалось (таки) получить от самодельного изодинамика нижнюю границу от 400 Гц (!) Правда на этой частоте уже начинаются призвуки. А вот если через кондерчик пустить, эдак от 600 Гц все очень даже вкусненько! Сам себе не верю-Пищалка с полным СЧ диапазоном…2/3 Магнепана))

Быстренько клею магнитики на вторую заготовку. Только в этот раз магниты не от жестких дисков а “нормальные”-плоские. Получается, что играет громче (собственно как и предполагалось).

Рабочий вариант пары на неодимовых прямоугольниках. Сзади, для сравнения поставил один ленточник.

Цена вопроса-24 прямоугольных магнита размером 5х10х50 мм. Клеим магнитики на железные полосы. Фиксируем струбцинами:

Подготовка корпусов. Вырезание необходимого окна с пазами под установку полос с магнитами:

Установка полос с магнитами в пазы. Сначала боковые , затем центральную. С последующей юстировкой:

Наклейка контактных площадок из медной фольги:

Намотка двух согласующих трансформаторов, с последующей установкой на шасси излучателя:

Самый ответственный и кропотливый (для меня во всяком случае)-вырезание полосок из алюминиевой фольги (10-15 микрон по вкусу). В конкретном случае одна полоса 10 микрон, вторая -15 (типа два разных диффузора):

Подключение и прослушивание. Сначала с Диатонами 1000 (тупо в параллель), затем с Визатонами BG20 (обратный рупор) и затем у заказчика с Фостексами 166:

Сборка мелкого ленточника с диапазоном от 10 кГц и выше:

Проверка и затем установка СЧ звена в корпус:

какой телевизор с ножками получился)

В этот раз магниты истинно китайские-с АлиЭкспресса. Дешевле, но размеры на пару мм меньше и заметно слабее предыдущих N38 (несмотря на громкие заявление о N52). Но работать будут)

Доски, железки:

А вот и окончательный вид завершенного проекта:

Ничего сложного-просто кропотливая работа и всё:

Готовый результат:

Пока в единственном экземпляре. Работает от 200 Гц, с плавным спадом после 10 кГц. Эксплуатируется через кроссовер первого порядка, с частотой раздела 800 Гц. Сверху поддержка мелким ленточником (от 10 кГц). Ширина ленты – 15 мм, толщина -10 мкрн, длина (2х170 мм). Импеданс 8 Ом.

Мошев Станислав, г. Воронеж, (почта)

Журнал “Радио” №10 за 2017 год. В этом номере подробно рассказано, как в домашних условиях можно самостоятельно изготовить ленточные СЧ динамики. Авторская статья.

«Плазменный» динамик своими руками




Для тех, кто хочет сделать что-то действительно уникальное и выдающееся, можно порекомендовать собрать «плазменный динамик». Суть устройства заключается в том, что при подключении его к аудиосистеме, оно начинает образовывать электрическую дугу, которая будет издавать звук прямо как динамик, но при этом движущиеся детали (например, мембрана динамика) здесь отсутствуют. Звук образуется благодаря вибрациям, которые образовывает электрическая дуга.


На видео можно увидеть, как работает первый прототип самоделки, собранной автором:

ВНИМАНИЕ!
Эта самоделка считается довольно опасной, так как она работает на высоком напряжении. Собирать и использовать ее нужно крайне осторожно. Устройство может повредить электрические приборы, которые будут находиться возле него, не исключение и аудиосистема, к которой будет подключаться этот динамик. Также устройство может привести к нарушению работы кардиостимулятора и других подобных приборов.
Материалы и инструменты для самоделки:
— микросхема TL494;
— конденсатор 47нФ 250В или другой с подобным рабочим напряжением;
— электролитический конденсатор на 200мкФ (подойдет и 220мкФ) номиналом 50В;
— конденсатор 10нФ 50В;
— конденсатор 100нФ 50В;
— один резистор на 10 Ом и один на 2.2КОм (0.25 Вт);
— диод типа UF4007 или другой подобный с характеристиками 1А/500В (или более);
— один потенциометр на 10КОм и один на 22КОм (0.25 Вт);
— аудиоразъем;
— МОП-транзистор типа IRF540 или подобный;
— провода;
— один большой радиатор;
— один строчный трансформатор (можно достать из старого телевизора или монитора);
— источник питания на 12В (необходим для TL494, подойдет батарея на 9В);
— для строчного трансформатора нужен источник питания 12-40В;
— печатная плата;
— макетная плата.
Из инструментов будут нужны: паяльник, кусачки, плоскогубцы, клеевой пистолет, держатель для пайки, не лишним будет стриппер.
Процесс изготовления самоделки:
Шаг первый. Электронная схема самоделки
В системе присутствует микросхема TL494, она работает как модулятор и вибратор. Она вырабатывает высокую частоту от (5KHz до 45KHz), благодаря которой и образуется электрическая дуга. Ну а далее при подаче аудиосигнала начинает генерироваться несущая высокая частота, в итоге электрическая дуга колеблется в двух частотах, то есть от генератора и от частоты аудиосигнала. Чтобы отфильтровать шум, применяется потенциометр 22К. Как только частота становится больше 20 кГц, человеческое ухо уже не может ее услышать и в итоге остается только звуковая частота.
Шаг второй. Собираем электроцепь на макетной плате
Сперва всю систему рекомендуется собрать на макетной плате. Это позволит определиться с тем, как затем располагать радиодетали на печатной плате. Также на макетной плате систему можно довести до совершенства, экспериментируя с номиналами компонентов. Чтобы собрать первичную катушку, автор намотал на ферритовый сердечник 5 витков толстого одножильного медного провода.
Шаг третий. Тестируем цепь
После того как цепь будет собрана, ее необходимо проверить на работоспособность. Если так вышло, что цепь не работает, не нужно расстраиваться, ведь система довольно сложная. Нужно снова вернуться к схеме и внимательно изучить, все ли правильно подключено. У автора в системе обнаружилась проблема, а именно — перегрев МОП-транзистора. Чтобы его охлаждать, пришлось делать радиатор, однако и с ним система перегревается уже спустя три минуты работы. В общем, здесь еще возможно придется подумать.
Шаг четвертый. Спаиваем электроцепь
Как можно увидеть на фото, для пайки автор использует для TL494 колодку на 16 контактов. Такой подход хорош тем, что микросхема не перегревается при пайке, а если она и сгорит, ее можно будет легко заменить. Еще в контур микросхемы TL494 рекомендуется подключить светодиод, чтобы можно было наблюдать за подачей питания.
После пайки нужно убедиться в том, что все выполнено качественно и между контактов нет перемычек. В заключение провода нужно дополнительно зафиксировать горячим клеем, чтобы они не оторвались.
Шаг пятый. Заключительная проверка устройства
После заключительной сборки систему нужно опять проверить. Если она не работает, нужно внимательно осмотреть места пайки. Возможно, где-то контакты припаяны слабо или есть перемычки. Но если все собрано качественно и строго по схеме, никаких проблем возникнуть не должно.
В заключении всю электронику рекомендуется поместить в корпус, чтобы не повредить самоделку при эксплуатации. Да и небезопасно пользоваться самоделкой в таком виде.
Шаг шестой. Как настроить самоделку
Управлять устройством можно при помощи двух потенциометров, с помощью 10КОм меняется внутренняя частота вибраций TL494, она регулируется в диапазоне 5 кГц — 50 кГц. Если нужно воспроизводить дугой музыку, то с помощью этого потенциометра нужно настроить частоту так, чтобы убрать все шумы, в итоге музыка должна быть чистой.
Что же касается потенциометра 22КОм, то с помощью него можно управлять громкостью динамика. Чем громче будет играть динамик, тем короче будет дуга.
Поскольку батарея на 12В будет быстро садиться, лучше всего запитать систему от сети. Автор использовал для этих целей компьютерный блок питания. Параллельно источнику питания был добавлен конденсатор на 22,000мкF, он сглаживает все возможные колебания в сети. Важно, чтобы ток был максимально прямым, иначе будут образовываться сильные шумы, из-за которых музыку может быть и вовсе не слышно.
Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. .

Самодельный ленточный ВЧ динамик

Самому собрать акустические системы немного банально. А вот самому изготовить динамики, да и еще чтоб Хай-Фай… Да еще из доступных материалов, без всяких там супермастерских с лазерными станками… Наверное будет трудно, да? А может попробовать?! Как вы считаете?

Играя в фаллаут, вспомнил про динамики. «Вынес» банду радиоактивных Гулей, набрался мужества и вышел из игры. Почитал в инете про типы динамиков. Ознакомился с конструкциями колонок. Все ясно и понятно: чем больше количество полос – тем «круче» акустика. Представил, как я буду делать десятиполосную АС и решил остановиться на классической 3-х полосной системе. Начну, пожалуй, с самого простого динамика-излучателя – ВЧ (пищалки). Он маленький и делать наверняка его будет легче, чем все остальные. А любой динамик, это, прежде всего магниты. Где взять и какие? Ну, конечно же самые мощные! Где у нас самые–самые из доступных?! Правильно – в поломанных жестких дисках. Где-то у меня был один такой:

Итак, нахожу в заначке древний жесткий диск с целью извлечения оттуда необходимых компонентов – магнитов. Болтики под «звездочку» не смущают – давно уже куплены две «компьютерные» отвертки, специально для таких целей. Несколько минут работы (ломать – не строить!) и у меня в наличии две подковообразные пластины с приклеенными к ним магнитиками. Думаю, что этих магнитиков вполне хватит для изготовления двух ВЧ динамиков.

Теперь что касается магнитов. На фотке показана условная полярность подковы. Стрелочкой показана середина пластины. После отрывания магнита от металлической основы, магнит я зажал в тисках приблизительно по середине и с помощью плоскогубцев сломал пополам. Теперь у меня два разнополярных магнитика. Вторая подкова-магнит (в последствии таким же образом) будет использована для второй «пищалки».

Магнитная система динамика состоит не только из двух магнитов, но еще необходимо железо нужной формы с хорошей магнитной проницаемостью. Для концентрации магнитного поля в нужном направлении, так сказать. Такой железкой вполне может служить «U»-образная половинка сердечника трансформатора. Как, например одна из этих. Только поменьше конечно.

Диффузором и одновременно катушкой будет служить ленточка от алюминиевой фольги, в которую заворачивают курицу во время приготовления в духовке. Разумеется, до того, как в нее завернут курицу, а не после. Хотя может случиться так, что отожженная фольга (да еще и в курином жире) будет звучать более «аудиофильнее», чем «простая».

К чему я недавно вспоминал о компьютерном блоке питания? Да, потому что, для изготовления ВЧ динамика мне понадобиться согласующий трансформатор, который состыкует выходное сопротивление усилителя 4-8 Ом с весьма низким сопротивление ленточки-фольги. А подходящую железяку как раз можно взять из неисправного компьютерного блока питания.

Теперь возвращаюсь к ленточке-фольге. Для того чтобы придать большую подвижность диафрагме с одновременным увеличением поперечной жесткости полоске фольги мне пришлось сделать такой вот «станок».

Пропуская через его «зубья» полоску фольги, получаю гофрированную диафрагму. Напиливаю несколько реек и брусков и получаю практически готовый набор для сборки ВЧ динамика.

Развел эпоксидного клея и с его помощью соединил «дровишки» с «железкой». Где и что находится – подписал на фотке:

Две медные шинки, к которым припаивается полоска фольги, крепятся шурупами. Вторичная обмотка трансформатора намотана «плетенкой» заземления.

Пищалка в сборе. Ленточка по ширине с минимально возможным зазором между магнитами. Центрировал так, чтобы ни в коем случае не цепляла стенки магнитов. Для сравнения масштаба положил зажигалку.

Для пайки алюминиевой фольги купил специальный флюс. Но оказалось, что она (ленточка) и так прекрасно припаивается к медной шинке. Вид сбоку:

Ну вот, готовая «пищалка». Приклеиваю декоративную сеточку, чтобы моя детвора пальчиками «случайно» не порвала фольгу. Придаю вертикальное положение с помощью пенопластового уголка от какой-то упаковки и подключаю к усилителю.

Сравниваю уровень громкости с 6 ГДВ-7 на 5 кГц и на 10 кГц. Получается, что самодельный ленточный излучатель тише, относительно неё, на 10 дБ. То есть уровень характеристической чувствительности «пищалки» около 82 Дб/Вт/м. Достаточно мало для динамика, если он промышленный образец. И вполне достойно, если собран самостоятельно. Вот что мне показывает программа «justmls»:

6 ГДВ-7:

Самодельная ленточная пищалка:

Если верить графикам, начиная с 1кГц и выше (потому как НЧ-часть пищалки не могут воспроизводить), то неравномерность АЧХ у самодельного динамика намного меньше. Но, конечно своим ушам я доверяю больше, поэтому собираю на подоконнике простейшую 2-х полосную систему и включаю музыку.

Для выравнивания по уровню громкости приходиться «задавить» бумажный динамик 12-Омным резистором (его собственный импеданс 6 Ом). Впечатления от прослушивания…. Хорошие впечатления. Записал на видео как играют динамики:

Заключение:

Из явных преимуществ – это отличная передача импульсной характеристики музыки. Частотный диапазон шире, чем у обычной «пищалки». Ложкой дегтя же является низкая чувствительность – порядка 82 дБ. Еще, есть мнения, что ленточки часто рвутся или горят. У меня 25 ваттный (в номинале, на 8-ми Омах) УМ имени Агеева. Гонял на всю катушку, до звона в ушах. Все целое. Единственно на что обратил внимание (возможно самообман) – приблизительно через час прогона музыка (по «верхам») стала звучать «вкуснее».

Народная мудрость:
«Гордая птица ёж.
Не полетит, пока не пнёшь».
Совместить роли ежа и его ускорителя в одном флаконе пришлось мне. Именно мой характер стал тем движком, который гонял мысли в моей голове и крутил руки–ноги в нужные стороны. Результатом деятельности стало самостоятельное изготовление нескольких динамиков. И затем уже комплекта акустических систем.
Теперь по порядку. Переехал я с семьей в другой город. Перед переездом продавались многие громоздкие вещи, в том числе и АС типа «Электроника 75АС-065». Это те, что с сапфировым напылением и никелевыми диффузорами. И вот через несколько лет проживания вдруг пришло осознание того, что в северные города бывшего СССР колонок подобного типа просто не завозили. Любая линейка 35АС – пожалуйста. Околокомпьютерная акустика – в любом магазине. А вот динамики с хорошим звуком (а тем более колонки) только через Интернет. А это дорого получается с доставкой. Да и психологический фактор того, что вдруг не то пришлют. Тупик.
В поисках благополучного разрешения ситуации обратился к информации, выложенной на аудио- форумах. Очень заинтересовали самодельные электростатические излучатели. Но дальше обмоточного провода дело так и не пошло — нет его в продаже в нашем городе. А из старых трансформаторов, к сожалению два новых не намотаешь. Затем дошла очередь до излучателей типа «ленточные». Ведь все необходимые компоненты как оказалось можно запросто достать. Магнитики — из поломанных жестких дисков. Ленточку-диафрагму из старого конденсатора. Фанера продается в магазине. Мечта самодельщика система «Plug and Play»- подсоединяй все правильно и играй! Только нужно некоторые усилия приложить.
Как здорово, что усилия не пропали даром. И, судя по тому, как ведут себя источники звука, часть характера передалось двум ленточным динамикам. После предварительных испытаний оформил их в комплект акустических систем. Я назвал их «Альфитоны». Тем самым, нанеся оттенок родословной линии по основанию, на котором все собрано.
Теперь чуть подробнее. Большой родословный корпус это бывшие «Амфитоны» с динамиком 75ГДН-3. Сверху стоит самодельный ленточный сч/вч динамик. Частота раздела- 1 кГц. Фильтры 2-го порядка. Усилитель Агеева (25 Вт/ Кг-0,003%). Звуковая карта EMU0202.
Цвет колонок, да и весь дизайн не типичный для акустических систем, но ведь и колонки не заводские, а сделанные мной, поэтому имею право поломать парочку стереотипов и окрасить собственную акустическую систему в нестандартно яркий цвет, а комнату – в яркий звук.
Нормальным явлением считается, что любая самодельная акустическая система обладает индивидуальным звучанием. А вот чтобы акустическая система имела характер – это перебор. Например, такой момент. Включаю музыку. Играет. Вот только если «покрутить» её около двух часов, то появляется звук (с большой буквы!). Я несколько раз пытался «разогреть» колонки, гоняя их на всю катушку. Ну не влияет их «прожаривание» на время «раздумывания». Еще наблюдения. Музыка играет «недостаточно громко», вот только с собеседником приходиться перекрикиваться и горло устает минут за десять таких разговоров. Получается что громкость вполне достаточная. Это еще не все. Ленточники «халтурят». Они откровенно молчат в паузах между звуками! Хотя ведь так и должно быть: нет сигнала — нет и звука. Но мозг возмущен таким звучанием. Где привычное наполнение в звуке «Пс-с-с-с…»? Словно спектр резко обеднел. Если слушать инструменты-скрипки, треугольник, колокольчики всякие – они играют, они есть. А привычное наполнение пропало. Обращаю внимание на слово «привычное». Привычный компьютер, привычный телефон, привычный звук. Привычный подъезд в доме. Может, стоит пересмотреть некоторые взгляды не только на звук, но и на привычные предметы, окружающие нас? Мне хватило пары дней прослушивания тогда еще макета излучателя, чтобы оценить звук. Конечно, бумажные 75ГДН «недотягивают» до «нового стандарта качества». Но если бы сейчас мне предложили пользоваться АС типа «Электроника-065», то я бы отклонил это предложение. Частично. «Басовики» ненавязчиво требуют замены на «Альфитонах».
К хорошему привыкаешь быстро. Качественный звук вызвал здоровые хлопоты по апгрейду фонотеки. То, что совсем недавно звучало хорошо и отлично, нынче не выдерживает избалованный слух. Минимальный стандарт мп3/320. Еще лучше «.flac». Вот такие у нас в доме живут «Альфитоны» с характером. Надеюсь, что их «оптимистический» дизайн не оставит никого равнодушным и поднимет настроение.
Если кто не верит, что они работают, вот ссылка на ворклог http://forum.cxem.net/index.php?app=blog&module=display&section=blog&blogid=106 . Видео, на котором можно посмотреть/послушать как звучат «Альфитоны». Первая ссылка — активно двигал камерой, снимая то акустику (которая воспроизводила файл мп3/256 кб/с), то младшего своего сына: динамичная камераВес-21Мб.
Вторая ссылка- четыре музыкальных фрагмента (первый — мпз/192 кб/с, второй и третий — 320 кб/с, четвертый в формате «flac» ), снятые камерой на штативе с расстояния 2.5 м от АС:Статичная камераВес-25.5 мБ.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх