5.4. Электродинамические громкоговорители для профессиональной акустической аппаратуры [1989 Алдошина И.А.

Как отмечалось, широкое применение находят электродинамические громкоговорители прямого излучения в профессиональной аппаратуре различного назначения, в первую очередь в студийных контрольных агрегатах.

Поскольку в соответствии с определением, приведенным в международных рекомендациях ОИРТ TK 55, "студийные контрольные агрегаты есть высококачественные устройства для воспроизведения звука, используемые в студийных помещениях для контроля технического и художественного качества записи и передачи музыкальных и речевых программ", требования, которые предъявляются к ГГ для аппаратуры HI-FI (естественность, неокрашенность звучания и т. д.), сохраняются и при проектировании ГГ для студийных контрольных агрегатов (мониторов). Кроме того, имеется ряд дополнительных условий, вызванных спецификой их эксплуатации:

обеспечение высокой надежности (так как контрольный агрегат эксплуатируется почти 24 ч в сутки при достаточно высоких уровнях входного сигнала);

создание конструкций, способных воспроизводить высокие уровни сигналов без значительных искажений: в рекомендациях ОИРТ TK 55/1 нормируется максимальный уровень звукового давления не менее 116 дБ (для больших контрольных агрегатов класс А), во многих современных моделях он достигает 120...127 дБ; при этом выдвигается требование обеспечения "динамической линейности", т. е. сохранения формы АЧХ в широком диапазоне изменения подводимой мощности;

обеспечение требований к форме АЧХ акустической мощности и однородности характеристик направленности для лучшего согласования с акустикой студий и аппаратных.

Разработкой и производством контрольных агрегатов и громкоговорителей для них занимаются фирмы, как правило, имеющие большой опыт разработки аппаратуры HI-FI, такие как Tannoy, KEF, Celestion (Великобритания), Electro - Voice, JBL, ESS (США), Genelec (Финляндия) и др. Хотя в агрегатах этих фирм зачастую используются громкоговорители нетрадиционных типов (например, излучатели Хейла), рупорные громкоговорители (например, фирма JBL применяет бирадиальные рупорные средне- и высокочастотные ГГ), однако наибольшее применение находят высококачественные электродинамические ГГ.

Анализ параметров низкочастотных громкоговорителей позволил установить, что в большинстве конструкций больших студийных контрольных агрегатов применяются ГГ с диаметром 380...400 мм, паспортной мощностью 100...200 Вт, уровнем характеристической чувствительности 92...97 дБ/Вт. Данные некоторых типов низкочастотных ГГ представлены в табл. 5.6.

Для обеспечения больших амплитуд смещения в области первой резонансных частот во всех низкочастотных ГГ используются подвесы тороидального или S-образного типа из мелкопористого пенополиуретана, прорезиненной ткани, поливинил-хлорида (PVC) и др. В качестве материалов для конусов применяются в основном длинноволокнистая целлюлоза с добавками шерсти или полипропилена. Для увеличения жесткости в некоторых случаях вводятся ребра жесткости. Магнитные цепи обычно - неэкранированного типа с кольцевыми ферритовыми магнитами с использованием различных конструктивных мер для снижения нелинейных искажений (специальные слоистые вставки, короткозамкнутые витки и т. д.). В звуковых катушках применяются конструктивные и технологические меры для повышения их теплостойкости: намотка проводом со специальным эпоксидным компаундом, выдерживающим температуру до 300°, теплостойкие материалы для каркасов и т. д.

В качестве среднечастотного звена в контрольных агрегатах применяются как конусные, так и купольные громкоговорители. Размеры конусных ГГ обычно варьируются в пределах 110...380 мм, паспортная мощность 50...150 Вт. Например, в одном из лучших современных контрольных агрегатах КМ-1 (фирма KEF) используется конусный среднечастотный громкоговоритель, созданный на основе модели В-110 диаметром 125 мм (широко применяемом в бытовой аппаратуре категории HI-FI). Для применения в агрегате его конструкция была переработана в следующих направлениях [81]: материал конуса bextren был заменен на полипропилен (так как в bextren обнаруживалось явление "динамической усталости" при длительных нагрузках на больших уровнях мощности типичных для студийных устройств); введен эпоксидный клей в ЗК, использована магнитная жидкость в зазоре и т. д. Все это позволило применять среднечастотный ГГ в диапазоне от 200 Гц при общей подводимой мощности к агрегату 150...200 Вт. Необходимо отметить, что в конструкциях среднечастотных ГГ для отвода тепла от магнитной цепи устанавливаются специальные тепловые трубы, соединенные с радиатором, укрепленным на задней стенке агрегата.

В качестве высокочастотного звена в контрольных агрегатах применяются рупорные, электростатистические, изодинамические и другие типы ГГ. Из электродинамических ГГ прямого излучения в основном - купольные с диафрагмами из различных металлов (бериллиевой, титановой, алюминиевой фольги) или прорезиненных тканей. В этих ГГ также используются специальные меры для повышения теплостойкости и теплоотвода ЗК (изготовление металлического каркаса катушки как единое целое с куполом, применение магнитных жидкостей, проводов в полиимидной изоляции и т. д.).

Широкое распространение в студийных контрольных агрегатах получили электродинамические ГГ коаксиального типа. Применение позволяет в определенной степени удовлетворить жестким требованиям к студийным устройствам по таким параметрам, как неравномерность частотной характеристики акустической мощности, величина коэффициента осевой концентрации за счет ликвидации пространственной разнесенности средне- и высокочастотных громкоговорителей и использования рупорного принципа построения. Известны различные типы коаксиальных ГГ, например ГГ, у которых высокочастотная часть располагается перед низкочастотной и собирается на отдельной магнитной цепи или высокочастотная часть находится внутри низкочастотной и собирается на одной магнитной цепи с двумя воздушными зазорами и др. Наибольшее распространение получили коаксиальные ГГ, конструкция которых показана на рис. 5.11. Высокочастотный громкоговоритель с купольной диафрагмой и специальным распределителем излучает через отверстие в керне низкочастотного громкоговорителя, образующая которого выбрана таким образом, что его диффузор служит рупором для высокочастотного громкоговорителя. Фирма Таnnоу создала линейку таких ГГ диаметром 380, 315, 250 мм и на их базе выпускает более двадцати моделей студийных агрегатов и акустических систем (например, модели М-3000 Classic Monitor M-1000 Super Red и др.).

Рис. 5.11. Конструкция коаксиального громкоговорителя: 1 - подвес; 2 - диффузор; 3 - рупор в керне; 4 - шайба; 5 - диффузородержатель; 6 - магнит; 7 - звуковая катушка; 8 - высокочастотная диафрагма; 9 - сборочное кольцо; 10 - концентратор

В отечественных контрольных агрегатах использовались либо ГГ, созданные для бытовых систем (например, для АКБ-2 30ГД-2 (2 шт), 15ГД-11 (3 шт.), 3ГД-31 (3 шт.), либо кинотеатральные ГГ (см. табл. 5.10). В связи с тем, что в настоящее время разрабатывается новое поколение отечественных студийных контрольных агрегатов в соответствии с требованиями ОИРТ 55/1 категории А (большой "Монитор Б"), категории В (средний), категории С (малый), для них создаются специальные ГГ. Для большого контрольного агрегата разработан низкочастотный ГГ диаметром 380 мм. В нем использован тороидальный подвес из пенополиуретана, диффузор с шестью дополнительными радиальными ребрами жесткости и окружным ребром ("отгибом") по внешнему диаметру. Материал диффузора - сульфатная целлюлоза с пропитанной полиизобутиленом и лаком НЦ-221. В громкоговорителях применяется ЗК диаметром 50 мм, центрирующая шайба диаметром 150 мм и магнитная цепь из двух магнитов марки 25БА170 с размерами 134 × 56 × 12. Внешний вид громкоговорителя и его амплитудно-частотная характеристика показаны на рис. 5.12. Электроакустические параметры ГГ показаны в табл. 5.6. Диапазон воспроизводимых частот 40... 1000 Гц, уровень характеристической чувствительности 94 дБ/Вт, КНИ, измеренный при уровне звукового давления 105 дБ, 3% в диапазоне 63...250 Гц. Электромеханические параметры низкочастотного ГГ по сравнению с измеренными в тех же условиях низкочастотными ГГ фирм Таnnоу, Electro-Voice, JBL представлены в табл. 5.7. Как следует из представленных результатов, все низкочастотные ГГ для современных студийных контрольных агрегатов имеют близкие параметры: резонансная частота f_s = 18...24 Гц, общая добротность Q_TS =0,26...0,32, Bl = 13...19 Тлм.

Рис. 5.12. Внешний вид (а) и АЧХ (б) низкочастотного громкоговорителя для студийного контрольного агрегата

В качестве средне- и высокочастотного громкоговорителя для большого контрольного агрегата разработан коаксиальный громкоговоритель диаметром 315 мм. В высокочастотном звене используется купольная диафрагма из оксидированной алюминиевой фольги и многощелевой распределитель. Среднечастотное звено имеет конусную диафрагму с экспоненциальной формой образующей и S-образный подвес. Материал - 80% СФА целлюлоза, 20% фильц. Внешний вид ГГ и форма АЧХ показаны на рис. 5.13. Диапазон воспроизводимых частот 250...20000 Гц, уровень характеристической чувствительности 94 дБ/Вт, КНИ, измеренный при уровне звукового давления 105 дБ, меньше 2%. Для средних и малых контрольных агрегатов в настоящее время создаются мощные низкочастотные ГГ диаметром 315 и 160 мм и различные варианты средне- и высокочастотных ГГ.

Следующий класс профессиональной аппаратуры, в которой широко применяются электродинамические громкоговорители прямого излучения,- это аппаратура для озвучения открытых пространств и закрытых помещений различного назначения: звуковые колонки; широкогорлые (наряду с узкогорлыми) рупорные громкоговорители - для озвучения площадей, стадионов, улиц и т. д.; звуковые колонки и стационарные многополосные акустические системы для озвучения театров, концертных и кинозалов, дискотек, клубов и т. д.; акустические системы различного типа для передвижных электромузыкальных комплексов, применяемых вокально-инструментальными ансамблями, и, наконец, акустические системы для переговорных устройств, озвучения различных производственных помещений, транспорта и т. д.

Рис. 5.13. Внешний вид (а) и АЧХ (б) коаксиального средне- и высокочастотного громкоговорителя для студийного контрольного агрегата

Несмотря на многообразие условий, в которых используются ГГ, в аппаратуре озвучения имеются некоторые общие требования, предъявляемые к электродинамическим громкоговорителям такого типа:

высокий уровень чувствительности (в ряде моделей ГГ достигнут 100...105 дБ/Вт, для обеспечения требуемой разборчивости полезного сигнала в условиях высоких уровней шумов. Следует отметить, однако, что резонансная частота у таких ГГ выше, чем у ГГ, используемых в студийной технике и аппаратуре HI-FI;

стабильность работы и высокая надежность (т. е. отсутствие механических и тепловых повреждений при длительной эксплуатации с мощной усилительной аппаратурой на 200...500 Вт);

равномерность частотной характеристики акустической мощности (или равномерность характеристики направленности) для согласования с акустикой помещения;

повышенная устойчивость к климатическо-механическим воздействиям, особенно для ГГ, применяемых в аппаратуре для озвучения открытых пространств.

На выпуске профессиональной электроакустической аппаратуры, включающей в себя комплексы, состоящие из пультов управления, мощных усилителей, эквалайзеров, активных фильтров, звуковых процессоров и акустических устройств различного класса и назначения (АС для отдельных музыкальных инструментов, мощных многополосных акустических систем блочного типа для сцены, вокальных звуковых колонок; акустических портативных систем и др.) специализируются такие известные фирмы, как Peavey, HH Electronics, Altec-Lancing, Electro-Voice (США), Dinacord (ФРГ), Tannoy (Великобритания), TOA (Япония) и др. Практически все эти фирмы разрабатывают и выпускают для этой аппаратуры мощные электродинамические громкоговорители. Например, фирма НН выпускает специальную линейку громкоговорителей, в том числе мощные громкоговорители диаметром 309 и 388 мм, использующие звуковые катушки диаметром 50 и 75 мм со специальным каркасом из высокотемпературной полиамидной пленки, массивные литые диффузородержатели с радиатором для отвода тепла на магнитной цепи. В профессиональных громкоговорителях, выпускаемых фирмой Electro-Voice (серия Е М-12, Е М-125, Е М-1513, Е М-15, Е М-188), для повышения мощности и тепловой устойчивости для выводов звуковых катушек применяются провода из медно-бериллиевого сплава с полиамидной изоляцией; высокотемпературные эпоксидные клеи; наносятся специальные покрытия на основе тефлона на верхнем фланце; используются особая форма каркаса и керна с вентиляционными отверстиями, массивные литые диффузородержатели и радиаторы на магнитной цепи. Все эти меры позволили получить параметры, представленные в табл. 5.8.

Специальную линейку высокочувствительных профессиональных ГГ с диаметром 135...406 мм выпускает фирма Altec-Lancing. Например, модель 619-8А с диаметром и высотой 406 × 22,9 мм обеспечивает следующие параметры: диапазон воспроизводимых частот 40...15 кГц, чувствительность 100 дБ/Вт, импеданс 8 Ом. Эта модель коаксиального типа со встроенным рупорным высокочастотным громкоговорителем (частота раздела 500 Гц, максимальная ширина диаграммы направленности 60°).

Коаксиальные громкоговорители достаточно широко используются в аппаратуре озвучения, в основном применяются ГГ двух типов: на основе конструкции широко применяемой фирмой Tannoy серия Cats Wild и со встроенным рупорным ГГ фирм Altec-Lancing модель 619-8А и Peavey модель 112 Coaxial и 115 Coaxial (чувствительность 102,5 дБ, мощность 250 Вт).

Одной из наиболее известных серий мощных громкоговорителей, используемых в профессиональной аппаратуре, является серия Black Widow фирмы Peavey - модели 1081-4, 1505-А, 1201-8. В этих громкоговорителях используются такие технические решения, как изготовление каркаса катушки и колпачка из металлической фольги в виде единой детали, что значительно улучшает теплоотвод; оптимизированная конструкция магнитной цепи с высоким коэффициентом использования, предусматривающая возможность ее замены; мощный литой держатель; диффузор с синусоидальным подвесом с применением специальных демпфирующих и влагозащитных пропиток, высокотемпературные клеи и т. д. Все это позволило достигнуть в этой линейке ГГ параметров, показанных в табл. 5.9.

Параметры громкоговорителей, выпускаемых отечественной промышленностью для аппаратуры озвучения, показаны в табл. 5.10. Среди выпускаемых ГГ можно выделить громкоговорители для мощных звуковых колонок, применяемых для озвучения открытых пространств: стадионов, площадей, улиц: 25ГД-18-22 и 25ГД-21, диапазон 80...10000 и 80...8000 Гц, уровень характеристической чувствительности 95 дБ/Вт. Громкоговоритель 25ГД-18-22 имеет кольцевой литой магнит, бумажный диффузор с синусоидальным гофром и вклеенный бумажный рупор для расширения полосы воспроизводимых частот (рис. 5.14). В настоящее время разрабатываются два новых типа мощных ГГ для аппаратуры озвучения: 100ГДН-6 (278 × 120) мм и 150ГДН-1 (315 × 130) мм с диапазоном 63-8000 и 50-3150 Гц, с уровнем характеристической чувствительности 96 и 98 дБ/Вт. В качестве высокочастотного звена с ними предполагается использовать высокочастотные рупорные ГГ 25ГД-18-1 и 50ГД-18-1.

Рис. 5.14. Внешний вид 25ГД-18-21

Особую группу электродинамических громкоговорителей представляют ГГ, используемые в кинотеатральном оборудовании [82]. Наиболее распространенными комплектами звуковой аппаратуры, применяемой в отечественной кинопромышленности, являются "Звук", "Звук-Т", КЗВП. В их состав входят мощные звуковые колонки, контрольные агрегаты, например 30А-130, 30А-132, 30А-134, 25А-46. В них используются как рупорные громкоговорители 1А-20, 1А-22, так и диффузорные ГГ прямого излучения, широкополосные - 4А-28, 4А-32, 4А-44 и низкочастотные 2А-12, 2А-14. Параметры кинотеатральных громкоговорителей показаны в табл. 5.11.

Особенностью широкополосных ГГ является применение двуконусной диафрагмы, состоящей из основного конического криволинейного диффузора и дополнительного жесткого конуса, что позволяет значительно расширить диапазон воспроизводимых частот. В громкоговорителях используются магнитные цепи кольцевого типа с литыми магнитами из сплава ЮНДК-24. В широкополосных ГГ применяются синусоидальные или тангенциальные гофрированные подвесы, отлитые из той же бумажной массы, что и диффузор. Для увеличения демпфирования подвесы покрываются незасыхающей смазкой (например, перхлорвиниловой смолой). В низкочастотных ГГ (2А-12, 2А-14) используются подвесы из более мягких материалов, например винилискожи. Кроме непосредственного применения в кинотеатральной аппаратуре эти громкоговорители и их модификации используются в звуковоспроизводящей аппаратуре для музыкальных ансамблей (комплексы "ЭСКО-100", ЗУ-431 и др.). В настоящее время для этих целей разрабатывается новая линейка мощных электродинамических громкоговорителей.