25ГДШ-2Н: характеристики, применение в СЧ-звене и схема фильтра

Радиозавод «Динамик» (г. Гагарин, Россия) выпускает сотовую широкополосную головку , изначально предназначенную для автомобильных аудиосистем. Данная головка имеет присоединительный фланец, аналогичный фланцу среднечастотной головки (по новому ГОСТу или ). Поэтому головку 25ГДШ-2Н можно с успехом применять в качестве среднечастотного излучателя в акустических системах типа «», «» или «». Для сравнения, конструкция мембраны здесь отличается от классических ТДС-14 «Электроника», предлагая иное решение по направленности звука.

Технические параметры и особенности конструкции

Эта сотовая головка с паспортной мощностью 25 Вт имеет полное сопротивление 4 Ома и чувствительность 86 дБ. Рабочая полоса частотного диапазона составляет 120–16000 Гц, а резонансная частота динамика — около 60 Гц. Излучающая мембрана представляет собой плоскую сотовую конструкцию из тонкой алюминиевой фольги, что обеспечивает широкую диаграмму направленности. Цена такой головки примерно 350–400 рублей за штуку, что довольно демократично.

Однако имеются и серьезные недостатки – большая неравномерность амплитудно-частотной характеристики, а также невысокая чувствительность, что ограничивает ее применение без доработок. Тем не менее, эту головку легко можно применить в многополосной АС при правильном подходе к фильтрации.

Анализ АЧХ и проблемы неравномерности

Если проанализировать АЧХ головки, представленную заводом «Динамик» на своем сайте, то становится очевидно, что неравномерность АЧХ в рабочем диапазоне частот превышает 14 дБ – это много. Кроме того, в области 150–250 Гц на АЧХ имеется неприятный «горб» около 4-х дБ. На частотах 5–6 кГц и 10–12 кГц имеются очень резкие «пики», достигающие амплитуды 5–6 дБ. Кроме этого, в области средних частот (500–5000 Гц) наблюдается почти монотонный подъем АЧХ в сторону высоких частот на 5–6 дБ. Первые впечатления складываются такие, что на первый взгляд сделать на этой головке качественный звук невозможно.

К слову сказать, на одной головке очень трудно воспроизвести одновременно и низкие, и высокие частоты, т.к. для «хороших» низких частот нужно привести в движение большую массу воздуха, а для «хороших» высоких частот нужно обеспечить по возможности минимальную массу подвижной системы – эти требования противоречат друг другу. Почти всегда широкополосные головки не слишком хорошо воспроизводят либо низкие, либо высокие частоты, а чаще всего и то и другое. Но «середину» широкополосные головки, как правило, воспроизводят достаточно хорошо. Если бы они плохо воспроизводили и средние частоты – то кому тогда вообще нужны такие широкополосники?

Способы коррекции частотной характеристики

В данном случае, если использовать головку в классическом среднечастотном диапазоне (от 400–600 Гц до 5–6,5 кГц), то «горб» на частотах 150–250 Гц и резкий острый «пик» на частоте 10–12 кГц не должны сильно беспокоить, т.к. они остаются за пределами рабочей полосы среднечастотного звена. Однако, остается еще «пик» на частоте 5–6 кГц и монотонный подъем АЧХ на 5–6 дБ в диапазоне 500–5000 Гц.

Можно мысленно провести прямую наклонную линию (по среднему звуковому давлению) в диапазоне 500–6000 Гц. Если бы удалось эту наклонную «осредненную» линию сделать горизонтальной (!), то тогда бы неравномерность АЧХ в диапазоне 500–4000 Гц была бы ±2 дБ, а на частотах 5–6 кГц остался бы «пик» всего +4 дБ – это почти идеальная АЧХ! Сравните с исходной неравномерностью 14 дБ.

Когда четко ясна задача, что именно нужно сделать – остальное становится уже «делом техники». Для данного случая можно предложить фильтр-корректор, представляющий собой параллельную LR-цепь, включенную последовательно с головкой. Здесь резистор R определяет уровень ослабления АЧХ на высоких частотах «N», а индуктивность L определяет диапазон частот, в котором и происходит такое ослабление. На рисунке справа показана АЧХ такого фильтра.

Алдошина И.А. и Войшвилло А.Г. в своей книге «Высококачественные акустические системы и излучатели» называют такой фильтр «корректирующим звеном» и приводят методику его расчета. По сути, такой фильтр представляет собой частотно-зависимый аттенюатор. Если такой фильтр применить к головке 25ГДШ-2Н, то «осредненная» линия АЧХ превратится из наклонной в горизонтальную, что нам в данном случае и нужно.

Применительно к сотовой головке , используемой в качестве среднечастотной, индуктивность и резистор корректирующего звена должны иметь следующие параметры: L = 0,175 мГн и R = 2,7 Ом.

Схема подключения и расчет фильтра

При проектировании разделительных фильтров следует иметь в виду, что корректирующее звено (или частотно-зависимый аттенюатор) приводит к разному сопротивлению нагрузки разделительного фильтра на разных частотах. В данном случае на частоте примерно 500 Гц сопротивление нагрузки разделительного фильтра будет равно 4 Ома, а на частоте раздела 6,5 кГц – будет примерно 6 Ом. С учетом данного обстоятельства и следует рассчитывать среднечастотный разделительный фильтр. Можно, конечно, применить согласующую цепь для корректирующего звена, но в данном случае в этом нет необходимости. А вот применить согласующую цепь Цобеля для самой широкополосной головки имеет смысл.

Исходя из всего сказанного, можно теперь представить окончательный вариант фильтра для широкополосной сотовой головки , используемой в качестве среднечастотной головки.

Здесь C3R2 – согласующая цепь Цобеля, L3R1 – корректирующее звено, C1L1L2C2 – разделительный среднечастотный фильтр 2-го порядка с частотами раздела 470 Гц и 6,5 кГц.

В принципе, резистор R1 может быть в пределах от 2,4 Ома до 3,0 Ом. При сопротивлении R1=3,0 Ома осредненная линия АЧХ становится практически горизонтальной. А при величине резистора 2,7 Ома (как показано на схеме) остается небольшой подъем в сторону высоких частот, примерно около +1 дБ – это придает звучанию более живой и энергичный оттенок.

Обычно, для согласования звуковых давлений низкочастотной и среднечастотной головок применяют резисторные аттенюаторы. В данном же случае применен частотно-зависимый аттенюатор. Следует сказать, что данный фильтр рассчитывался для случая применения НЧ-головки с сопротивлением 4 Ом и чувствительностью примерно 84 дБ (например, ) или для НЧ-головки с сопротивлением 8 Ом и чувствительностью около 86–87 дБ (например, или ).

Из сказанного следует, что приведенное здесь среднечастотное звено (именно с этим фильтром) идеально подходит для системы типа «» с сопротивлением 4 Ома или для системы «» (или «») с сопротивлением 8 Ом. Оба этих варианта были опробованы моими знакомыми (с моей подсказки), и результат был исключительно положительный. Разумеется, в дорабатываемых АС следует в таком случае скорректировать (по частотам раздела) низкочастотное и высокочастотное звенья. Для примера доработки других динамиков можно посмотреть доработку 25ГДН-1 с добавлением визера.

Я же прослушивал данную сотовую головку в акустической системе, в которой в высокочастотном звене была применена сначала головка НЕО-25Т фирмы АСА и позднее (по старому ГОСТу ), а в низкочастотном звене – динамик , переделанный на кевлар (с параметрами 8 Ом и 87 дБ). Качество звучания было очень высокое, отличная разборчивость и детализация средних частот. Следует, однако, сказать, что и высокие, и низкие частоты в этой экспериментальной АС также звучали отменно.

Для случая применения НЧ-головки с сопротивлением 8 Ом и чувствительностью 84 дБ (речь идет о системе с сопротивлением 8 Ом) среднечастотное звено с головкой 25ГДШ-2Н следует еще доработать – поставить дополнительно аттенюатор, ослабляющий уровень звукового давления на -3 дБ.

Если же НЧ-головка имеет сопротивление 4 Ома и чувствительность 86–87 дБ (имеется в виду система «» с сопротивлением 4 Ома), то предложенное СЧ-звено плохо подходит для такой АС по причине недостаточной чувствительности головки . Можно, конечно, попробовать исключить корректирующее звено и тем самым поднять звуковое давление в среднечастотном диапазоне, но в этом случае увеличится неравномерность АЧХ. Я этот вариант не проверял.

При повторении данной схемы следует иметь в виду, что индуктивность корректирующего звена L3 нужно мотать толстым проводом (d1,3-d1,6 мм). А индуктивности L1 и L2 можно мотать более тонким проводом (d1,0-d1,2 мм). Саму головку 25ГДШ-2Н целесообразно подключать в противофазе по отношению к НЧ-головке.

В заключение можно сказать, что нет «абсолютных» динамиков! Каждый динамик, каким бы хорошим он ни был, может иметь какие-либо проблемы по некоторым характеристикам. И наоборот, «слабый» на первый взгляд динамик при умелом проектировании фильтров можно «вытянуть» на достойный уровень. Искусство разработчика акустики как раз и состоит в том, чтобы при проектировании АС максимально подчеркивать и усиливать положительные стороны динамиков, и одновременно с этим имеющиеся недостатки динамиков следует по возможности «скрывать».

Для тех, кто интересуется другими решениями в акустике, рекомендую обратить внимание на Радиолу «Север-202С».

Автор: Сергей Зотов