Искать не там, где светло,
а там, где можно найти....
Статус: 2007..2008: идея на проработке. 2011: доводка до результата.
Широкополосные динамики имеют весьма значительный
недостаток: в верхнечастотном диапазоне происходит снижение чувствительности
и сужение диаграммы направленности, что приводит к существенной субъективной
нехватке высоких частот/нарушению тонального баланса и сужению пространственной
зоны стереоэффекта. Эта проблема может решаться по-разному.
Известны коаксиальные СЧ/ВЧ звенья. Твитер направлен вперед и
выступает тоже вперед над диффузором СЧ динамика. Недостаток - несогласованное
по фазе и ГВЗ излучение головок в области совместного излучения. Недостаточная
ширина ДН твитера.
ВЧ-рупорок на ШП. Надо посмотреть...
Совмещенное СЧ/ВЧ звено, где твитер встроен в керн СЧ динамика.
Пример - динамики фирмы "Tannoy" по технологии DualConcentric. Сложно.
Не для DIY-конструкции :-)
Предлагается обдумать конструкцию, в которой твитер установлен
коаксиально с СЧ/ШП динамиком, но его излучение направлено в сторону диффузора
СЧ/ШП-динамика, отражаясь от него в сторону слушателя. Задница твитера оформляется
в виде "пули" что должно способствовать лучшей дифракции ВЧ излучения,
которое в этом случае должно скомпенсировать провал на ДН по оси динамиков.
Диаметр твитера должен быть соизмерим с длиной волны на частоте раздела, чтобы
и излучение СЧ/ШП динамика за счет дифракции на корпусе твитера ("пуле")
выровняло провал на его ДН по оси такой конструкции.
Вот картинки процесса излучения - твитером -
Рис.1
и СЧ/ШП динамиком -
Рис.2
Настройка по ГВЗ - исходя из наилучшего импульсного
отклика изменением расстояния твитера от СЧ-диффузора, за счет времени прохождения
ВЧ излучения до СЧ-диффузора. Естественно, СЧ/ШП должен быть ограничен в частотном
диапазоне по ВЧ. Частота раздела - в районе 8-10КГц. Другими словами - последнюю
октаву формируем ВЧ головкой, направленной на диффузор СЧ/ШП головки и используем
обратный ход звуковой волны для виртуального удаления ВЧ головки с целью согласования
системы по ГВЗ. При разделе 4-м порядком необходимо скомпенсировать 60-70
мкСек ГВЗ - это 20-25 мм разницы по расстоянию.
Возможен вариант, когда в качестве рефлектора будет использовано
отдельное отражающее тело специальной формы, расположенное между диффузорами
СЧ/ШП и ВЧ динамиков. Сторона, обращенная к диффузору СЧ/ШП динамика может
способствовать расширению ДН этого динамика, а сторона, обращенная к твитеру
- сформировать его требуемую ДН.
Рис.3
В идеале, к которому надо стремиться (ИМХО), чтобы
такая связка СЧ/ВЧ работала как единое целое - имея одинаковую ширину ДН на
всех рабочих частотах. В меру диффузно, в меру направленно. Но не 360 градусов,
конечно 90-120, ИМХО, достаточно.
Подводные камни - стояк на ВЧ между диффузором твитера и диффузором
СЧ динамика. Самая проблемная частотная область - вокруг частоты сопряжения
при взаимодействии обоих излучающих поверхностей. Возможно проявление эффекта
Допплера. Согласование по чувствительности и ДН. Что-то еще...
Стоячих волн можно избежать, если изменить взаимное расположение динамиков -
Рис.4
Геометрические центры излучения субъективно для слушателя также будут совмещены. В макете на динамиках 4ГД35 и 3ГД-2 все это пока выглядит так (твитер 16ом запитан через простейший кроссовер в 1мкф :-)):
Рис.5
В меру возможностей пробую макетировать дальше. В процессе....
2011 г................ Прошло достаточно много времени,
наконец-то нашлось время, чтобы довести первоначальную идею до более-менее
практического варианта.
Первоначально нужно сформулировать конечную цель: получение "квазиточечного"
когерентного СЧ/ВЧ звена с широкой диаграммой направленности в рабочем диапазоне
частот. Слитность звучания различных излучателей можно описать терминами "фазолинейность"
и "фазокогерентность", но в данном случае, при совмещении геометрических
центров излучателей ("точечность"), уже можно говорить о когерентности
системы.
Предварительные промеры первоначальных вариантов обнаружили некоторые
неочевидные недостатки: непредсказуемая АЧХ на ВЧ, слишком большая временнАя
задержка в ВЧ-канале, проявление эффекта Допплера при отражении ВЧ-звуковой
волны от СЧ-диффузора.
Для проведения экспериментов из бытового пьезотвиттера был сделан
компактный купольный ВЧ-излучатель с подходящими параметрами (рис.6). При
экспериментах он был задействован через последовательный LC-кроссовер, так
как все замеры производились на ИТУНе (рис.7).
Рис.6
Рис.7
Сначала был опробован самый очевидный вариант: твитер
"смотрит" в центр ШП-динамика (4ГД35). Для оперативного подбора
оптимального взаимного положения излучателей (и не только) широко использовался
пластилин 
Рис.8
Результирующая АЧХ/ФЧХ представлена ниже. Результаты
весьма обнадеживают. И на мой слух тоже
Но есть куда двигаться дальше.
Рис.9
Для выравнивания тонального баланса чувствительность СЧ пришлось убавить, потому что бумажный диффузор - не лучший отражатель для ВЧ, кроме того, для совмещения переходной характеристики ВЧ и СЧ излучателей во временнОй области (рис.10) пришлось очень сильно приближать твитер к диффузору ШП-динамика, что дополнительно снизило его результирующую чувствительность.
Рис.10
Эксперименты были продолжены с применением сферических
выпуклых отражателей (донышки от алюминиевых пивных банок ).
Для того, чтобы уменьшить неравномерность АЧХ твитера в рабочей полосе частот,
между его куполом и рефлектором из пластилина было сделано подобие нерегулярной
структуры (рис.11), позволяющей уменьшить "стояки" в предкупольном
пространстве и дополнительно расширить АЧХ.
Рис.11
АЧХ получилась весьма ровной (рис.12), правда чувствительность пищалки на частоте 10КГц упала в два раза (6дБ). Поизошло это из-за расширения диаграммы направленности такого излучателя.
Рис.12
Но дальше ничего хорошего этот вариант не дал -
уже при установке этого излучателя в горло диффузора ШП-динамика, его АЧХ
преобразовалась до неузнаваемости... Это сказались отражения ВЧ-излучения
от диффузора ШП-динамика, которые при суммировании с основным излучением дали
такие провалы на АЧХ... Отбраковываем этот вариант
Рис.13
Физику такого явления можно увидеть на рис.14 (верхняя
часть). Было решено поэкспериментировать с вогнутым рефлектором. С ним, теоретически
(рис.14, нижняя часть), процесс излучения выглядит более регулярным. Некое
подобие переднего рупора получается. Тем более ВЧ-волна в меньшей степени
должна подвергаться воздействию эффекта Допплера.
Эти пробы проводились с "бывшим"
автомобильным коаксиалом, С АЧХ было еще более-менее, но никак не удавалось
совместить во временной области переходные характеристики: ВЧ-отклик отставал
от отклика СЧ-звена на 80...100 микросекунд. Регулировка производилась перемещением
твитера вдоль направляющих (рис.15). Это способ совмещения СЧ/ВЧ также был
мною забракован.
Рис.14, 15
Все дальнейшие эксперименты проводились с вогнутым рефлектором. Аналогично, из пластилина в центре вылеплялась неоднородность, на которую укреплялся твитер (рис.16).
Рис.16
При этом уменьшение чувствительности твитера практически не происходило - ДН расширялась не так сильно, как в случае с выпуклым рефлектором. АЧХ/ФЧХ этого варианта можно посмотреть ниже (рис.17).
Рис.17
Характер излучения таким ВЧ-звеном (сравнительно с предыдущим вариантом) виден на рис.18 внизу. На рис.19 показано, как это все размещается над диффузором ШП-динамика. Рефлектор несколько экранирует собственное ВЧ-излучение ШП-динамика, создавая дополнительный спад АЧХ. Рис.20 дает представление об АЧХ/ФЧХ этой конструкции (подписи на рисунке). Сшивка звеньев по фазе происходит достаточно гладко.
Рис.18, 19
Рис.20
Напрашивается вариант, в котором у СЧ/ШП динамика удаляется (уже ненужный) центральный пылезащитный колпачек, и через стоечку к керну магнитной системы крепится ВЧ-звено. На обратной стороне рефлектора можно разместить тонкий слой звукопоглотителя.
Рис.21
При этом уменьшается (+экранируется) излучение высоких частот центральной частью СЧ/ШП, уменьшая интерференцию с ВЧ-звеном. Результирующая АЧХ представлена на рис.22. Переходная характеристика - на рис.23.
Рис.22
Рис.23
Проверяем, что дает нам установка "пули"
(как ее еще называют - "фазовыравнивающее тело") на торец твитера.
Форма "пули" выбрана несколько наобум
Рис.24
АЧХ по оси динамиков на ВЧ несколько приподнялась, при внеосевых замерах есть улучшение на ВЧ, выражающееся в меньшей неравномерности АЧХ.
Рис.25
Рис.26
Установка контрапертурного твитера в автомобильном
коаксильном динамике на керн взамен родного, проходит совсем безболезненно
, и тоже дает неплохие
результаты.
Рис.27
Рис.28,29
С тыльной стороны на этом динамике крепление выглядит так (слева на фото). Рефлектор делается несколько приплюснутым с боков. Справа - ранние варианты рассеивателей (к фото 15).
Рис.30
Продолжил эксперименты с дешевым автокоаксиалом
Ivolga SR 2.6 (чтобы не жалко было сломать, если что ).
Рис.31
После непродолжительного изучения конструкции динамика, удалось аккуратно отделить твитер и центральную стойку.
Рис.32
Рефлектор сделан из двух сферических донышек от алюминиевых пивных банок (литровой и поллитровой).
Рис.33
Ниже показан тестовый способ крепления твитера в центре диффузора СЧ-динамика с возможностью регулировки расстояний. В дальнейшем планируется использовать штатный, оставшийся от разборки коаксиала, крепеж. Задний торец твитера будет прикрыт "пулей".
Рис.34
Полосы сшивались при активном делении, биампингом (ИТУНы). СЧ имеет естественный спад на ВЧ (примерно первый порядок), твитер порезан вторым порядком на 4КГц. Пищалка - довольно посредственная, пришлось несколько задирать ВЧ. Но, выше 15КГц она принципиально играть отказывается... Да и фаза сигнала там весьма сильно крутится.
Рис.35
В Arta можно посмотреть, как выглядит переходная характеристика этой парочки (желтый график - твитер, зеленый - суммарный step response).
Рис.36
Заключение: Предложенное решение позволяет эффективно расширить полосу рабочих частот ШП динамика в область высоких частот, обеспечивая при этом широкую диаграмму направленности с сохранением временнОй структуры сигнала, обеспечивая "слитность" звучания СЧ/ВЧ звеньев. Геометрическое совмещение центров излучения устраняет эффекты "многолепестковости" ДН, что позволяет использовать кроссоверы меньших порядков.
