Розглянемо оригінальну конструкцію звукових колонок.
Рупорний випромінювач. Для більшості гучномовців ключовим є питання ефективності перетворення електричної енергії в акустичну. Серед проблем, пов'язаних з таким перетворенням, однією з головних є проблема узгодження випромінювання динаміка з навколишнім вільним простором.
Оскільки узгодження залежить від довжини хвилі, для гучномовця воно не виходить оптимальним у всій смузі звукових частот. Як тільки довжина випромінюваної хвилі і розміри гучномовця стають порівнянними, узгодження стає критичним, і на більш низьких частотах настає так зване «акустичне коротке замикання», про результат ефективність випромінювання різко падає.
У більшості акустичних систем прийнятне узгодження і ефективність випромінювання досягаються експериментальним шляхом. З усіх запропонованих до теперішнього часу технічних рішень найкраще узгодження дає рупор, який грає роль акустичного трансформатора. Використання рупора призводить до істотного поліпшення ефективності випромінювання звуку. При цьому результуючі спотворення динаміка і всієї системи незначні.
Недолік же рупорного випромінювача в тому, що хоча його проектування і не дуже складно, виготовлення досить трудомістким, особливо в тих випадках, коли з метою уникнення надмірного збільшення розмірів рупор складається з окремих ділянок, нахилених один до одного. З принципової точки зору найголовніше відмінність рупорів різних типів це довжина їх «розкриття».
Природно, замість теоретичного рупора нескінченної довжини доводиться використовувати компромісний рупор, який має «реалістичну» довжину. Довжина і поперечний переріз рупора визначаються caмой низькою з випромінюваних частот. Чим більше рупор, тим нижчі звуки він здатний випромінювати. Дослідження показали, що, в порівнянні з простим розтрубом (конус з прямими кутами), кращі результати при менших довжинах виходять при більш швидкому розкритті розтруба, наприклад, по параболі, гіперболі або експоненті.
Досить широке поширення на практиці отримали кілька типів розтрубів. Це експоненціальні рупори з постійно збільшується від дільниці до дільниці швидкістю розкриття та рупори з розкритому по трактриса і різким розширенням на кінці. Остання крива мало відома тим, хто не дуже цікавиться математикою.
Проте, майже всі з нею стикалися досить згадати духові мідні інструменти. Форма труб, фанфар, ріжків, туб обумовлена саме трактриса. При конструюванні рупорного випромінювача з використанням трактриса можна отримати хороші результати при менших розмірах рупора, в порівнянні з експоненціальним.
Це може виявитися дуже важливим, оскільки, для того щоб рупорний випромінювач мав хороші характеристики на низьких частотах, потрібні просто величезні розміри рупора. Такий випромінювач може навіть не увійти в двері кімнати. В обмін на величезні розміри ми отримуємо бездоганно природне звучання на низьких частотах, причому майже без спотворень і з дуже великою гучністю.
З цієї точки зору рупор неможливо навіть порівнювати з закритим корпусом. Єдиний недолік рупора в тому, що у нього достатньо вузька смуга частот (гарне узгодження здійснюється приблизно в межах 3 ... 4 октав). Перевірений на практиці спосіб боротьби з таким недоліком використання двох, трьох або біліше звуковипромінювачів, що перекривають весь звуковий діапазон. Рупор використовується в такому випадку тільки для випромінювання низьких частот (до 400 Гц).
Рупор можна розмістити як перед динаміком, так і позаду нього можливі розлиті комбіновані рішення, в тому числі і такі, коли динамік виявляється всередині рупора. Дуже часто додатково влаштовуються спеціальні ланки, що поліпшують випромінювання або узгодження, наприклад, замкнуті або відкриті порожнечі, фігурні вирізи і т.п.
На рис.1 і 2 приведена конструкція рупора з дуже хорошою передачею низьких звуків. Рупор являє собою вузьку глибоку вертикальну призму з внутрішніми розмірами 37x85x115 см. Зовнішні розміри гучномовця будуть більше на товщину використаного матеріалу Рупор допускає використання широкосмугового динаміка будь-якого типу діаметром 20 ... 23 см.
Таких динаміків самих різних типів є величезна кількість Якщо буде використовуватися низькочастотний динамік, то, очевидно, необхідно буде доповнити його ще і високочастотним випромінювачем, узгодженим з частотній характеристиці, чутливості і потужності, а також розділовим фільтром. По суті, рупор утворений окремими прямими ділянками постійної ширини, які нахилені один до одного так, що відтворюють наближено форму трактриса.
В ході проектування розташування утле розраховувалося так, щоб нижня гранична частота частотної характеристики була 32 Гц. Розкривши горловини рупора відповідає добре перевіреної на практиці величиною приблизно половину його становить ефективна поверхня дифузора динаміка.
Якщо необхідно отримати максимальну широкополосность, вона повинна складати приблизно 30 ... 50% осей поверхні; для отримання ж максимального коефіцієнта корисної дії ця частка зросте до 50-70%. Основну проблему представляють вихідний отвір і довжина рупора;
саме їх розміри і визначають, головним чином, нижню граничну частоту. У нашому випадку вихідний отвір утворюють два трикутних вирізу в задній частині з внутрішніми розмірами 65 × 65 см (фактичні розміри вирізів визначаються товщиною використаного матеріалу).
При проектуванні даного рупора передбачалося, що він буде розміщуватися в кутку приміщення, так що дія вихідних отворів буде доповнюватися впливом поверхонь стін в ушу кімнати.
Розміри поперечного кругового перетину контуру трактриса можна обчислити за формулою:
- де х - відстань, що вимірюється від вихідного отвору;
- а - радіус вихідного отвору;
- г - радіус поперечного перерізу, що знаходиться на відстані х від вихідного отвору.
Математичне рівняння, що описує трактриса, насправді має біліше складний вид порівняно з наведеними вище. Однак після деяких спрощень виходить формула, по якій вже можна розраховувати фактичні розміри. Опускаючи деталі розрахунків, ми наводимо тут тільки виходять в результаті геометричні параметри рупора.
Сумарна довжина трактриса рупора приблизно дорівнює 2.9 м. Зв'язок між рупором і динаміком представляє особливий інтерес в тому випадку, коли використовується широкосмуговий динамік. В цьому випадку для придушення звуків з частотою, вище верхньої робочої частоти рупора, в нього необхідно вбудувати акустичний фільтр В нашому випадку роль такого фільтра виконує вхідна щілина рупора над динаміком, шириною всього лише 2,5 см.
Рупор має однакову ширину на всьому протязі, що, можливо, і не саме ідеальне рішення з точки зору освіти стоячих хвиль. Однак в результаті конструкція виходить більш простий у виготовленні. Рупор повинен бути дуже жорстким. Тому, незважаючи на його відносно невеликі розміри, напрямні поверхні, задня стінка і підстава виготовляються з ДСП товщиною 17 мм. а верхня кришка, передня і бічні стінки - товщиною 22 мм.
Робота з виготовлення починається з розмітки двох бічних стінок. На вирізаних за розмірами стінках акуратно позначається місце розташування напрямних поверхонь (з точним дотриманням форми і розмірів). Після цього від обох бічних стінок можна відрізати кути для отримання вихідного отвору, потім за розмірами вирізаються напрямні поверхні, які все мають однакову ширину.
Найпростіше це зробити, якщо використовувати довгі пластини необхідних розмірів з паралельними краями. Після необхідної підгонки можна починати збірку бічних стінок з використанням нанесеною попередньо розмітки. Перший крок збірки - підготовка отворів для шурупів.
Спочатку по розмотування свердлити отвори в обох бічних стінках, а потім - в направляючих пластинах. Направляючі пластини невеликих розмірів кріпляться одним шурупом, великі - двома. Після свердління проводиться остаточне склеювання рупора. Почати збирання можна з однієї з бічних стінок, вона укладається на тимчасову опору (на чотири ступа, два столи і тп.).
До неї по розмітці за допомогою клею і шурупів кріпляться напрямні пластини, починаючи з середини стінки. Для тимчасового утримання елементів на їх місцях, можливо, знадобляться додаткові рейки, шурупи, цвяхи і скотч. Після закріплення всіх внутрішніх напрямних на них накладається без клею друга бокова стінка.
Шурупи в неї закручуються поступово, поки вона не «сяде на місце». Потім витираються можливі підтікання клею, і напівготове виріб відкладається для просушування. На цей час найкраще стягнути стінки у відповідних точках за допомогою струбцин. Якщо їх немає, можна використовувати товстий шпагат.
Після висихання клею можна приклеювати залишилися стінки рупора Послідовність установки і приклеювання при цьому наступна верхня стінка (кришка), задня стінка, підстава, передня стінка. І тільки після цього встановлюється, нарешті, на місце на клею друга бокова стінка.