ВВВ – ВЫСОКАЯ ВЕРНОСТЬ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

Около сорока лет назад начали работать первые радиовещательные станции, у жителей городов и деревень стали появляться простейшие, как правило, детекторные приемники. Просматривая газеты того времени, можно найти в них фотографии, на которых изображены первые радиослушатели. Склонившись над небольшим деревянным ящиком, прижав к уху головной телефон (наушник), смотрят на вас с фотографии люди со счастливыми, горящими глазами, с нескрываемым выражением удивления и восхищения.

Некоторое время спустя появились ламповые приемники с маломощными громкоговорителями, которые тогда называли репродукторами. Такой приемник уже могли слушать сразу несколько человек. По вечерам вокруг него обычно собиралась вся семья, чтобы послушать музыку, прилетевшую за сотни, а то и за тысячи километров. Люди ходили в гости к обладателям приемников специально, чтобы посмотреть на волшебное радио. Приемники устанавливали в клубах и красных уголках и устраивали коллективное прослушивание передач – радиоконцерты.

Прошли годы. Приемники, а затем радиолы, магнитофоны, магнитолы стали привычным явлением – сегодня в нашей стране их количество исчисляется десятками миллионов. Но дело, разумеется, не только в количестве. Резко шагнула вперед техника радиоприема и звукоусиления, и никого сейчас уже не может удивить «просто приемник». Радиослушатели научились ценить такие качества приемника, как чувствительность, избирательность, «архитектурное оформление», точность настройки, удобство управления, надежность. И конечно, одно из самых главных качеств, определяющих достоинства современного приемника, так же как и любого другого звуковоспроизводящего аппарата, – это высокая верность воспроизведения (сокращенно ВВВ). За рубежом высококачественное звучание сокращенно называют «Хи‑Фи» (Hi‑Fi). Это название первых букв слов: High Fidelity (Хай Фиделити), что в переводе с английского означает «высокая верность».

Идеальной системой ВВВ можно считать такую, которая воспроизводит звук вообще без искажений, создает звуковое поле точно такое же, как и перед микрофоном. При этом должен остаться неизменным спектр звука, соотношение его отдельных составляющих, динамический диапазон громкости, распределение звуковых волн в пространстве. Одним словом, воспроизводимый звук должен быть точной, неотличимой копией «настоящего», того, который звучит в месте передачи – в концертном зале или в студни.

Борьба за высококачественное звучание, за высокую верность воспроизведения звука ведется на различных направлениях. Главный фронт этой борьбы проходит в лабораториях конструкторов и технологов, где создаются новые материалы для диффузоров и трансформаторов, новые конструкции ламп и громкоговорителей, новые схемы усилителей, где ведется борьба за снижение каждого процента К_н.и и каждого децибела К_ч.и . Во всех предыдущих разделах мы часто говорили о том, какими путями можно улучшить качество звучания, снизить разного рода искажения. В ряде случаев именно на это были направлены наши главные усилия и из этих соображений мы выбирали схему усилителя, конструкцию акустического агрегата, элементы коррекции и регулировки.

Некоторым проблемам улучшения качества звучания и путям борьбы за высокую верность воспроизведения звука специально посвящена эта глава.

Поиски и находки

Конструкторы ищут пути снижения искажений при усилении, передаче, записи и воспроизведении звука примерно столько же лет, сколько существует эта область радиоэлектроники. В мире выходят сотни радиотехнических журналов, и вот уже на протяжении десятилетий почти в каждом из них непрерывно появляются заметки и статьи о каких‑нибудь новинках звуковоспроизведения – новых схемах усилителей или конструкциях акустических агрегатов. Однако не все эти новинки (количество их наверняка исчисляется десятками тысяч) завоевывают признание специалистов, и, уж конечно, далеко не все получают путевку в будущее и находят широкое применение в массовой аппаратуре. Иногда новинкой является небольшая схемная «хитрость», красивая, но не дающая каких‑либо существенных улучшений, иногда эффектное, но очень незначительное конструктивное усовершенствование.

Из всех новинок, в разное время появившихся в технике воспроизведения звука, многие навсегда приняты на вооружение и уже стали нормой, превратились в некие обязательные рекомендации и правила. Вспомним некоторые из этих рекомендаций и правил, с которыми мы встречались в предыдущих главах.

Для того чтобы не испортить частотную характеристику усилителя, нужно разумно выбирать элементы его схемы. Не следует чрезмерно увеличивать сопротивление анодной нагрузки и утечку сетки, слишком уменьшать емкость переходного конденсатора, экономить емкость шунтирующего конденсатора катодной цепи автоматического смещения; выходной трансформатор нужно выполнять с достаточной индуктивностью первичной обмотки и минимальной индуктивностью рассеивания; при выборе элементов усилителя удобно пользоваться эквивалентными схемами каскадов.

С помощью RC‑, LC‑ и RL‑цепочек, сопротивление которых изменяется с частотой, можно корректировать частотную характеристику усилительного тракта, заваливая либо поднимая ее в том или ином участке.

Цепи с реактивными элементами и в первую очередь RC‑цепочки широко используются для регулировки тембра – для изменения частотной характеристики в зависимости от требований слушателя.

Весьма эффективна раздельная регулировка тембра – завал‑подъем частотной характеристики отдельно в области высших и низших звуковых частот.

Чтобы свести к минимуму нелинейные искажения, нужно разумно выбирать режим ламп. Если усилитель работает в классе А, то рабочая точка (начальное отрицательное смещение) должна соответствовать середине прямолинейного участка ламповой характеристики; переменное напряжение на сетке не должно заходить в область нижнего загиба (отсечка) и в область положительных значений (появление сеточных токов).

Усиление в классах В и АВ, а тем более В₂ и АВ₂, возможно только в двухтактных схемах при хорошей их симметрии, в частности при включении ламп с весьма близкими параметрами.

Применение двухтактной схемы снижает нелинейные искажения и в усилителе класса А.

Выходной каскад работает с минимальными искажениями только в том случае, если анодная цепь лампы хорошо согласована с нагрузкой; пересчитанное в первичную цепь выходного трансформатора сопротивление звуковой катушки должно быть равно оптимальному, то есть наивыгоднейшему для данной лампы и данного ее режима сопротивлению анодной нагрузки.

Огромный эффект в улучшении частотной характеристики дает акустическое оформление громкоговорителя, в частности акустический экран больших размеров, достаточно большой ящик, акустический фазоинвертор с регулируемой площадью окна.

Существенно улучшает качество звучания ослабление резонансных явлений в громкоговорителе с помощью демпфирования его подвижной системы; эффективный способ акустического демпфирования – заполнение ящика звукопоглощающим материалом; электрическое демпфирование сводится к уменьшению выходного сопротивления усилителя.

Тщательной экранировкой входных цепей и применением некоторых специальных схем можно заметно снизить уровень фона переменного тока и тем самым улучшить такую важную характеристику, как динамический диапазон громкости.

Значительный эффект в улучшении всех характеристик усилителя дает отрицательная обратная связь. Она снижает нелинейные искажения, уровень фона, в некоторых случаях и выходное сопротивление. Отрицательная обратная связь с использованием реактивных элементов, например конденсаторов, позволяет в широких пределах корректировать частотную характеристику усилителя.

Иллюстрацией всех этих рекомендаций могут служить практические схемы и конструкции, которые вы встречали в книге. Эти схемы и конструкции появлялись в разное время, но и сейчас многие из них (иногда с незначительными изменениями) находят применение в звуковоспроизводящей аппаратуре. А вот несколько еще незнакомых нам схемных решений. Их, пожалуй, нельзя отнести к числу очень популярных, однако эти схемы все же встречаются в любительских, а некоторые из них и в промышленных установках.

Один из способов уменьшения выходного сопротивления двухтактного усилительного каскада – это параллельное включение элементов нагрузки каждого плеча вместо обычного их последовательного включения (здесь речь идет о соединении элементов нагрузки для переменного тока). При обычном, то есть последовательном, включении элементов нагрузки каждого плеча R'_н и R''_н общее сопротивление R_{н. общ} , которое пересчитывается во вторичную обмотку выходного трансформатора и определяет демпфирующее действие выходного каскада, численно равно сумме R'_н и R''_н . Поскольку эти сопротивления равны, можно считать, что общее сопротивление вдвое больше любого из элементов нагрузки R'_н и R''_н (рис. 71, 1, а ).

На рис. 71, 1, б упрощенно показана одна из схем параллельного включения R'_н и R''_н . Параллельное включение элементов нагрузки оказалось возможным благодаря тому, что лампы питаются не от общего источника анодного напряжения U_в , а от двух отдельных источников с одинаковыми напряжениями U'_в и U''_в .

Оправдано ли такое усложнение схемы?

При параллельном соединении общее сопротивление одинаковых элементов нагрузки равно половине любого из них. Таким образом, при параллельном соединении общее сопротивление R'_{н. общ} уменьшается в четыре раза по сравнению с последовательной схемой, а это, в свою очередь, резко улучшает демпфирование громкоговорителя.

Совершенно очевидной для двухтактной параллельной схемы является еще одна особенность: общее оптимальное сопротивление нагрузки, – то есть то сопротивление, которое громкоговорители с помощью выходного трансформатора должны внести в цепь его первичной обмотки, – также уменьшается в четыре раза. Так, например, если оптимальное сопротивление для одной лампы 6П18П составляет 3 ком, то при обычной двухтактной схеме в анодные цепи нужно включить 6 ком, а при двухтактной параллельной схеме – 1,5 ком. Для некоторых ламп в некоторых режимах оптимальное сопротивление нагрузки составляет всего несколько сот ом. Подобные величины позволяют обойтись вообще без выходного трансформатора.

Для бестрансформаторных выходных каскадов были разработаны высокоомные электродинамические громкоговорители. Звуковую катушку высокоомного громкоговорителя наматывают в несколько слоев очень тонким проводом – его диаметр обычно составляет 0,05 мм. Включив последовательно два‑три высокоомных громкоговорителя, как раз и получают необходимое сопротивление нагрузки без всякого выходного трансформатора. При этом, естественно, резко улучшаются качественные показатели усилителя, так как выходной трансформатор всегда является источником значительных частотных и нелинейных искажений. Кроме того, выходной трансформатор создает дополнительные сдвиги фаз и таким образом ограничивает предельно допустимую глубину обратной связи (рис. 43).

На рис. 71, 1, в показана упрощенная схема подключения нагрузки к двухтактному параллельному выходному каскаду через разделительный конденсатор С_р . Применение С_р позволило отделить нагрузку от постоянных составляющих анодного тока и заменить два анодных выпрямителя одним, но с удвоенным напряжением. Лампы фактически представляют собой делитель, на котором действуют равные части (половина) постоянного напряжения U _{в. общ .}

На рис. 71, 1, г приводится одна из возможных практических схем усилителя без выходного трансформатора. В усилителе работают два громкоговорителя 2ГД‑6 (Гр₁ и Гр₂ , сопротивление звуковой катушки каждого 250 ом). При выходной мощности 2 вт нелинейные искажения не превышают 1,5 %. Повысив анодное напряжение до 350 в, можно получить мощность 6–8 вт при К_н.и не более 3 %. Частотная характеристика подобных усилителей обычно линейна в пределах от 20–30 гц до нескольких десятков килогерц. У ряда специалистов существует мнение, что воспроизведение ультразвуковых частот имеет определенный смысл, так как их комбинационные частоты попадают в область слышимого звука, и это заметно способствует повышению естественности звучании.

Рис. 71. Некоторые схемы, улучшающие качество звучания.

Высокоомных громкоговорителей пока нет в широкой продаже, а выходные каскады без выходного трансформатора еще не встречаются в массовой аппаратуре: приемниках, усилителях, радиолах. В то же время радиолюбители находят применение этим усилителям, подключая к ним обычные низкоомные громкоговорители с выходными трансформаторами.

Выходной трансформатор, разумеется, не позволяет воспользоваться всеми преимуществами двухтактной параллельной схемы, но некоторые ее достоинства проявляются весьма четко. Так, в частности, резко, в несколько раз уменьшается выходное сопротивление усилителя и улучшается демпфирование. Ввиду уменьшения сопротивления нагрузки оказывается возможным упростить конструкцию выходного трансформатора – уменьшить индуктивность первичной обмотки L₁ (рис. 49).

На рис. 71, 2 показана одна из возможных практических схем двухтактного параллельного усилителя с выходным трансформатором, где в последнем каскаде работает мощный двойной триод 6Н5С [15]. Выходная мощность усилителя составляет 2,5 вт при нелинейных искажениях 1 % и 4 вт при нелинейных искажениях 5 %; уровень фона 42 дб; чувствительность около 250 мв; частотная характеристика лежит в пределах 40 гц– 12 кгц при неравномерности на краях не более 2 дб.

Выходной каскад усилителя работает в классе AB₁. Анодные напряжения на триодах лампы 6Н5С необходимо выравнять с точностью до 3 в путем тщательного подбора сопротивления R₁₃ . Оно рассчитано на мощность 8–10 вт и может быть собрано из четырех двухваттных сопротивлений по 200 ом, соединенных последовательно, или по 3,2 ком, соединенных параллельно. Оптимальное сопротивление нагрузки выходного каскада – около 200 ом. Именно на эту величину и рассчитывают выходной трансформатор Тр₁.

Предоконечный каскад – это фазоинвертор, выполненный на правом (по схеме) триоде лампы Л₂ (6Н9С). Особенность каскада – бесконденсаторная связь с сетками выходных ламп, благодаря которой улучшается частотная характеристика. Режимы всех ламп подобраны с таким расчетом, чтобы постоянные напряжения на аноде и катоде фазоинвертора в точности соответствовали напряжениям на сетках Л₃ . Именно поэтому и не нужны разделительные конденсаторы: между анодом и катодом, с одной стороны, и сетками – с другой, нет постоянного напряжения, от которого нужно было бы «защищать». Пусть вас не смущает то, что на управляющих сетках Лз должен быть «плюс» – положительным напряжение на сетках можно считать только относительно корпуса. В то же время на каждой сетке действует «минус» – постоянное отрицательное смещение 36 в относительно соответствующего катода (180 в – 144 в = 36 в и 72 в – 36 в = 36 в).

Выходной трансформатор собран на сердечнике из пластин Ш‑20, толщина набора 20 мм. Первая и третья секции трансформатора содержат по 84 витка провода ПЭ‑0,51, вторая секция –336 витков провода ПЭ‑0,35. При соединении секций нужно правильно определить начало и конец каждой из них. Трансформатор рассчитан на подключение громкоговорителей с общим сопротивлением 6–10 ом, в частности двух соединенных последовательно громкоговорителей 4ГД‑1.

В модернизированном варианте этого усилителя [16] для расширения полосы частот нагрузка первого каскада уменьшена до 240 ком. Соответственно гасящее сопротивление R₅ уменьшено до 1,1 Мом, а сопротивление R₄ – до 1 ком. Смещение при этом повысилось до 1 в. Для увеличения глубины обратной связи изменено соотношение сопротивлений делителя: R₈ увеличено до 8,2 ком и R₁₄ уменьшено до 8,2 ком. Несколько увеличена индуктивность первичной обмотки выходного трансформатора – секция II содержит 400 витков. Автоматическое смещение на сетку нижнего (по схеме) триода Л₃ заменено фиксированным. Оно подается от отдельного выпрямителя (рис. 71, 2, б ), который собран на плоскостном диоде Д7Ж. Точка А подключается непосредственно к повышающей обмотке силового трансформатора, а выпрямленное напряжение (смещение) подается «минусом» прямо на сетку через фильтр R₁₁С_ф (0,5 мкф и более на 150 в). При этом, естественно, катод нижнего (по схеме) триода Л₃ заземляют. Анодное напряжение на Л₁ и левый триод Л₂ подают с точки «+ 290 в» через дополнительный развязывающий фильтр из конденсатора 30 мкф на 300 в и сопротивления 8,2 ком на 0,5 вт. На аноде Л₁ должно быть 80 в, а на экранной сетке – 30 в. Все сопротивления R' R" и R"' одинаковые – по 33 ком каждое.

Эти изменения несколько улучшили характеристики усилителя. При выходной мощности 6 вт нелинейные искажения составляют 4,5 %, а при мощности 4 вт – около 1 %; уровень фона снижен до 52 дб; чувствительность повышена до 230 мв; частотная характеристика лежит в пределах от 30 гц до 15 кгц при неравномерности на краях не более 1 дб. Но и в этом случае, по‑видимому, не исчерпаны все возможности для дальнейшего совершенствования. Добавив еще один каскад с небольшим коэффициентом усиления, можно повысить чувствительность и применить эффективные схемы регулировки тембра. Они позволят скомпенсировать завалы частотной характеристики, создаваемые акустическим агрегатом.

Среди других схемных находок можно назвать экспандер – предложенное сравнительно давно устройство для расширения динамического диапазона громкости. По мере увеличения уровня сигнала экспандер повышает усиление и таким образом поднимает уровень самых громких звуков над уровнем самых тихих. Напомним, что реальный динамический диапазон оркестра составляет 70 дб, в то время как при радиопередаче или на фонограмме он сжат до 35–40 дб.

Оригинальная схема экспандера, примененная в одном из зарубежных радиовещательных приемников, показана на рис. 71, 3 [14]. Сам экспандер (Л₃Л₄ ) включается между двумя соседними каскадами обычного усилителя напряжения (Л₁ и Л₂ ). Первый каскад экспандера (Л₃ ) – это дополнительный усилитель (триодная часть) и выпрямитель (диодная часть) низкочастотного сигнала. Полученное на выходе фильтра выпрямителя напряжение медленно меняется в соответствии с изменением уровня громкости. Это напряжение подается на сетку второй лампы (Л₄ ), которая вместе с сопротивлением R₁₀ образует делитель напряжения. С этого делителя выходной сигнал первого каскада усилителя (Л₁ ) подается на сетку второго каскада (Л₂ ). При повышении громкости передачи увеличивается сопротивление нижнего участка делителя, то есть внутреннее сопротивление лампы Л₄ . Именно благодаря этому и происходит дополнительное повышение уровня громкости, расширяется динамический диапазон.

Управление экспандером осуществляется с помощью трех клавишей. При нажатии на первую, I , экспандер незначительно расширяет динамический диапазон. При нажатии на вторую, II , расширение диапазона достигает 14 дб, то есть на 14 дб повышается мощность звуков, соответствующих фортефортиссимо. Третья клавиша, III , выключает экспандер и направляет сигнал с Л₁ на Л₂ прямым путем. Примененные в экспандере импортные лампы можно заменить отечественными: ЕВС‑41 –лампой 6Г2 и ЕМ80 – лампой 6И1П. В процессе налаживания может оказаться необходимым несколько изменить элементы схемы, определяющие режим ламп.

А вот еще одна интересная находка – простое приспособление искусственной реверберации (рис. 71, 4 ).

Звуковые волны в закрытом помещении исчезают не сразу– многократно отражаясь от стен, они затухают постепенно и благодаря этому создают послезвучание, чем‑то напоминающее эхо. Этот процесс и называют реверберацией.

Для количественной оценки введено так называемое стандартное время реверберации – время, в течение которого плотность звуковой энергии уменьшается в тысячу раз. Время реверберации зависит от размеров помещения, а также от того, насколько сильно поглощаются в нем звуковые волны.

Так, в пустом концертном зале стандартное время реверберации составляет 1–2 сек, а когда зал заполнен публикой, это время может стать в полтора‑два раза меньше. В небольшом жилом помещении время реверберации неуловимо мало, а в огромном и высоком зале Казанского вокзала в Москве время реверберации достигает 6–8 сек, и звук приобретает неприятную гулкость. В концертных залах и особенно в радиостудиях внутреннее архитектурное оформление, выбор отделочных материалов, драпировка стен – все это подчинено требованиям акустики и в том числе созданию необходимого времени реверберации.

Магнитная запись позволяет искусственно увеличивать время реверберации, создавать впечатление большого зала. Делается это так: вслед за основной воспроизводящей головкой пленка проходит еще несколько головок, которые воспроизводят звук с некоторым опозданием. Сигнал в этих вспомогательных головках постепенно ослабляют, и они становятся эквивалентом запаздывающих и постепенно затухающих звуковых волн. Искусственная реверберация, зачастую утрированная, создающая впечатление очень большого гулкого помещения, в последнее время довольно часто используется в радиопередачах, особенно в детских сказках или фантастических рассказах.

Несколько лет назад было предложено несложное приспособление для создания эффекта реверберации при воспроизведении грамзаписей и радиоприеме. Основа этого приспособления – стальная пружина. В одной из радиолюбительских конструкций [17] она изготовлена из рояльной струны диаметром 0,25 мм и длиной около 20 м. Проволоку навивают на болванку и получают пружину длиной около 50–60 см, которая легко умещается в ящике приемника или радиолы. Эта пружина представляет собой акустическую линию задержки – с ее помощью и создается необходимое для искусственной реверберации запаздывание звука.

Одним своим концом пружина прикреплена к якорю микрофона ДЭМ‑4м, который в данном случае используется в качестве излучателя звуковых колебаний. К катушке ДЭМ‑4м подводится низкочастотное напряжение, якорь начинает колебаться и передает колебания стальной пружине – по ней движется звуковая волна. Через несколько миллисекунд она приходит к другому краю пружины, к которому прикреплен пьезокристалл из обычного звукоснимателя. Кристалл колеблется и создает запаздывающий электрический сигнал. В дальнейшем он направляется в усилительный тракт, где встречается с основным сигналом.

В действительности описанная система искусственной реверберации устроена и работает несколько сложнее. В частности, для того чтобы раскачать пружину, приходится дополнительно усиливать сигнал (рис. 71, 4, б ), перед тем как подавать его на ДЭМ‑4м. В создании эффекта реверберации принимают участие не только первая запаздывающая волна, но и отраженные волны, несколько раз пробежавшие по пружине туда и обратно. Изменяя с помощью переменных сопротивлений R₁ и R₂ уровень сигнала на входе и выходе пружины, можно усилить, либо ослабить эффект реверберации.

До сих пор мы рассказывали об интересных находках техники звуковоспроизведения, которые пока, однако, не нашли особо широкого применения в массовых приемниках, магнитофонах, радиолах. Ниже речь пойдет о таких усовершенствованиях, которые в последнее время встречаются уже довольно часто, особенно в аппаратуре высокого класса.

Оркестр по частям

Мы уже много раз говорили о трудностях усиления и воcпроизведения широкой полосы частот: от 20–30 гц до 15–18 кгц (рис. 72).

Сейчас ни у кого не вызывает сомнений, что для равномерного воспроизведения столь широкой полосы ее лучше всего разделить на две‑три части: например, на полосу высших (выше 4–5 кгц) и низших (ниже 4–5 кгц) частот. Существует несколько путей раздельного воспроизведения высших и низших частот, и мы познакомимся с ними, начав с наиболее простых и, наверное, поэтому наиболее распространенных.

Рис. 72. Один громкоговоритель неравномерно воспроизводит широкую полосу частот, а из‑за направленности излучения заваливает высшие частоты в стороне от главной оси. Одиночный громкоговоритель создает впечатление, что звук исходит из одной точки.

Первый шаг, который необходим для воспроизведения широкой полосы частот, – это применение нескольких громкоговорителей с разной специализацией, в частности высокочастотных и низкочастотных (рис. 73). Проще всего подключить их к общей вторичной обмотке выходного трансформатора, учитывая при этом сопротивление звуковой катушки каждого громкоговорителя и его номинальную мощность. Если эти данные не учтены, то может оказаться, что какой‑нибудь из громкоговорителей работает с сильной недогрузкой, в то время как другие сильно перегружены. Так, если к усилителю мощностью 5 вт подключить соединенные параллельно два громкоговорителя: 5ГД‑14 и 1ГД‑9, то первому из них достанется мощность около 3 вт, а второму – около 2 вт. При последовательном соединении это несоответствие еще больше усугубится и громкоговоритель 1ГД‑9 будет работать (если, конечно, он будет работать!) с трехкратной перегрузкой.

Рис. 73. «Коллектив» низкочастотных и высокочастотных громкоговорителей может воспроизвести весьма широкую полосу частот. При определенном подборе и расположении громкоговорителей, например по системе 3Д, создается эффект объемного звучания: кажется, что источник звука заполняет весь объем помещения.

При соединении громкоговорителей в группы нужно руководствоваться основными соотношениями для электрических цепей (рис. 30, 4, 5, 7, 8 ) и рассчитывать ток, напряжение и мощность, которые приходятся на тот или иной громкоговоритель. При этом помните, что в случае параллельного соединения громкоговорителей на каждом из них действует одно и то же напряжение, а ток разветвляется обратно пропорционально сопротивлению. При последовательном соединении ток в цепи всех громкоговорителей одинаков, а общее напряжение распределяется пропорционально сопротивлению звуковой катушки. Для того чтобы облегчить расчеты, в табл. 17 приведены значения тока I_зв и напряжения U_зв в цепи звуковой катушки громкоговорителя определенной мощности Р_зв , имеющего определенное сопротивление звуковой катушки R_зв .

На рис. 74, 1 показана возможная схема соединения двух громкоговорителей 1ГД‑9 и одного 5ГД‑14. Ввиду сравнительно большого сопротивления ветви с двумя последовательно соединенными громкоговорителями 1ГД‑9 в эту ветвь идет небольшой ток и громкоговорителям достается небольшая часть общей мощности. При мощности усилителя 6,6 вт 5ГД‑14 получает все сполна, а громкоговорители 1ГД‑9 работают с некоторой (сравнительно небольшой) недогрузкой.

рис. 74 , 1

Если усилитель развивает мощность меньше 6,6 вт, то пропорционально уменьшается мощность, поступающая на все громкоговорители. Другая сложная схема соединения громкоговорителей приведена на рис. 74, 2 .

рис. 74 , 2

Иногда не удается сгруппировать громкоговорители так, чтобы их можно было подключить к общей вторичной обмотке. В этом случае в выходном трансформаторе делают две вторичные обмотки, к которым и подключают различные громкоговорители. Естественно, что расчет выходного трансформатора несколько усложняется, в частности изменяется порядок выбора числа витков вторичных обмоток. Рис. 74, 3 поясняет один из упрощенных способов расчета.

Громкоговоритель, подключенный к одной из вторичных обмоток, вносит свою долю в создание общего сопротивления анодной нагрузки. Иными словами, эквивалентное сопротивление нагрузки R_a.общ в этом случае состоит из двух частей: R_a1 (пересчитанное R_зв1 ) и R_a2 (пересчитанное R_зв2 ). Оба сопротивления R_a1 и R_a2 к первичной обмотке подключены параллельно, и на них действует одинаковое переменное напряжение.

Чтобы подключенные ко вторичной обмотке громкоговорители отбирали у выходного каскада причитающуюся им часть общей выходной мощности, необходимо сохранить определенное соотношение между R_a1 и R_a2 . Отношение этих сопротивлений, которое обозначено коэффициентом α (рис. 74, 3, б ), должно быть обратно пропорционально отношению мощностей Р₂ и Р₁ . Это вполне понятно, так как при одинаковом подводимом напряжении отбираемая сопротивлением мощность будет тем больше, чем меньше само это сопротивление. Путем простейших алгебраических преобразований выведены формулы для определения R_a1 и R_a2 (рис. 74, 3, в, г ). После того как найдены эти сопротивления, поочередно находят коэффициент трансформации для каждой вторичной обмотки (расчет ведется обычным способом, рис. 49), считая, что второй вторичной обмотки вообще не существует. При этом предполагается, что число витков первичной обмотки и необходимое (оптимальное) сопротивление всей нагрузки R_a.общ известны. В качестве примера на рис. 74, 3, д приведены данные трансформатора для включения громкоговорителей ВГД‑1. Иногда вместо двух обмоток делают одну с отводом (рис. 74, 3, в ).

Разделение всего воспроизводимого диапазона на две (а иногда даже на три) части получило дальнейшее развитие в схемах с фильтрами, в схемах с раздельными выходными трансформаторами и в схемах с раздельными усилителями.

рис. 74 , 3, 4

При подключении высокочастотной и низкочастотной групп громкоговорителей к общему трансформатору выходная мощность усилителя распределяется не совсем разумно. Каждой группе на всех частотах достается одна и та же часть общей мощности, в то время как основную мощность низших частот следовало бы передать низкочастотным громкоговорителям, основную мощность высших частот – высокочастотным. В какой‑то степени можно устранить эту несправедливость, применив простейшие фильтры (рис. 74, 4 ). Роль фильтра неплохо выполняет даже один конденсатор С_ф емкостью в несколько микрофарад (рис. 74, 4, а, б, е ), который не пропускает низшие частоты к высокочастотному громкоговорителю. Для иллюстрации фильтрующей способности конденсатора приводится график (рис. 74, 4, д ), где показано, как меняется напряжение на входе высокочастотного громкоговорителя 1ГД‑9 при включении его через конденсатор той или иной емкости.

Для одного такого громкоговорителя обычно выбирают емкость 4 мкф, для двух, соединенных последовательно (R_общ = 13 ом) – 2 мкф, для двух, соединенных параллельно (R_общ ~ 3,3 ом), – 10 мкф.

Более сложный фильтр включает и катушку L_ф , которая препятствует прохождению высших частот к низкочастотному громкоговорителю (рис. 74, 4, в, г, е ). При последовательном соединении громкоговорителей элементы фильтра включаются так, чтобы шунтировать соответствующую группу для посторонних частот (рис. 74, 4, г ). Данные фильтрующих элементов можно определить по графику рис. 74, 4, е , а данные катушки подсчитать по простейшей формуле (рис. 74, 4, ж ). Провод для катушки должен быть достаточно толстым (0,5–0,7 мм), для того чтобы она отбирала как можно меньшую часть полезной выходной мощности усилителя. В качестве С_ф можно включить низковольтный бумажный конденсатор, либо два электролитических, соединенных навстречу (рис. 74, 4, з ).

Применив фильтр, в том числе простейший, в виде одного конденсатора, можно, не опасаясь перегрузки, подавать на высокочастотный громкоговоритель мощность в полтора‑два раза больше номинальной.

В подобных схемах частота раздела равна 4–5 кгц. Значительно лучше используются достоинства двухполосной системы в усилителях с двумя выходными трансформаторами (рис. 74, 5 ).

рис. 74 , 5

В этом случае удается в какой‑то степени примирить противоречивые требования; создать низкочастотный трансформатор с большой индуктивностью первичной обмотки, а высокочастотный – с малой индуктивностью первичной обмотки и благодаря этому с небольшой индуктивностью рассеивания. Пример подобной схемы мы уже встречали в одном из однотактных усилителей (рис. 51).

Но, конечно, в полной мере воспользоваться возможностями разделения всего диапазона звуковых частот на части можно лишь в том случае, когда такое разделение происходит в самом усилителе низкой частоты (рис. 74, 6 ). Во‑первых, в этом случае легче раздвинуть граничные частоты самого усилителя. Во‑вторых, отделив высшие частоты от низших в таком опасном источнике нелинейных искажений, как выходной каскад, мы препятствуем появлению «гибридных» комбинационных частот, которые особенно неприятно воспринимаются слухом. В‑третьих, регулируя усиление в каждом из каналов, мы фактически осуществляем раздельную эффективную регулировку тембра.

рис. 74 , 6

В двухканальных усилителях частоту раздела выбирают в пределах 800 гц– 1500 кгц. Разделение осуществляется на входе усилителя, а иногда после первого каскада. В некоторых схемах раздельными являются только выходные каскады усилителя, а весь усилитель напряжения – общий для обоих каналов.

Разделительные фильтры Ф₁ и Ф₂ весьма просты и состоят из нескольких конденсаторов и сопротивлений. Совершенно ясно, что после разделения в каждом канале принимаются все меры, чтобы без искажений усилить и воспроизвести «свою» часть всего диапазона частот. Например, в канале низших частот емкость переходных конденсаторов выбирают побольше, в то время как в канале высших частот она сравнительно невелика. Различные требования предъявляются и к выходным трансформаторам: в одном случае главное требование– большая индуктивность первичной обмотки (канал низших частот), в другом случае – минимальная индуктивность рассеивания (канал высших частот). В остальном же усилители отдельных каналов мало чем отличаются от обычных усилителей низкой частоты.

На рис. 78, 2 и 62 приведены схемы двухканальных усилителей– сравнительно простая и более сложная. В первом усилителе (рис. 78, 2 ) выходная мощность каждого канала составляет примерно 3 вт при К_н.и около 5 %. Частотная характеристика в пределах 60 гц–12 кгц имеет неравномерность ±2 дб. В канале высших частот использован выходной трансформатор Тр₁ от радиолы «Рекорд‑61», а в канале низших частот (Тр₂ ) – от радиолы «Дружба». В качестве обмотки I (Тр₂ ) включены, разумеется последовательно, обе секции первичной обмотки, каждая из которых содержит 1140 витков ПЭЛ‑0,15. Число витков вторичной обмотки увеличено до 200.

рис. 78 , 2

Усилитель, схема которого приведена на рис. 62, воспроизводит полосу частот от 30 гц до 15 кгц. Мощность канала высших частот 2 вт, канала низших частот 4 вт. Коэффициент нелинейных искажений на средних частотах не превышает 0,5 %, на краях диапазона–2 %. Чувствительность усилителя 150 мв, уровень фона в канале низших частот 50 дб. Разделение каналов (частота раздела 1000 гц) происходит после первого (общего) каскада (Л_1а ). Сопротивление R₁ – регулятор громкости, сопротивления R₂₄ и R₈ – регуляторы тембра соответственно высших и низших частот. На частоте 50 гц и 15 кгц глубина регулировки ±18 дб и ±15 дб. Чтобы усилить подавление низших частот в высокочастотном канале, с выходного трансформатора Тр₁ подается напряжение отрицательной обратной связи в катодную цепь Л_1б . Для снижения К_н.и к этой же лампе подводится и напряжение обратной связи от «своего» выходного трансформатора – его вторичная обмотка включена непосредственно в катодную цепь лампы последовательно с сопротивлением автоматического смещения R₂₈ . Отрицательной обратной связью охвачен также и выходной каскад (R₃₁ не зашунтировано конденсатором).

Усилитель канала низших частот двухтактный, фазоинвертор с разделенной нагрузкой (R₁₂, R₁₅ ). В катодную цепь левого триода лампы Л₂ включена цепочка автоматического смещения (R₁₃, R₁₄ ), к нижней части которой подводится напряжение отрицательной обратной связи. Выходной трансформатор Тр₁ выполнен на сердечнике сечением 6,6 см² (пластины Ш‑22, набор 3 см). Данные обмоток: Iа и I г – по 1140 витков, Iб и Iв – по 860 витков провода ПЭ‑0,16; вторичная обмотка– 140 витков провода ПЭ‑0,64. Размещение обмотки на каркасе показано на рис. 62.

Рис. 62. Двухканальный усилитель – принципиальная схема.

Питание анодных цепей усилителя осуществляется от двухполупериодного (мостового) выпрямителя, причем в фильтре имеется дроссель. На накал первой лампы подается постоянное напряжение. Для этого к общей накальной обмотке (а если есть лишняя шестивольтовая обмотка, то к ней) подключают мостиковый выпрямитель с конденсатором фильтра 500 мкф на 10 в (рис. 48, 3, г ). Усилитель смонтирован на единой гетинаксовой панели с большим числом монтажных лепестков (рис. 63). Через дополнительный слой изолятора она прикреплена к металлическому шасси, на котором установлены лампы и трансформаторы. В крайнем случае можно применить и тщательно обработанную панель из фанеры.

Рис. 63. Двухканальный усилитель – монтажная схема

Двухканальные усилители с подобным набором ламп весьма популярны у радиолюбителей [13]. Аналогичные усилители применены и в ряде промышленных звуковоспроизводящих установок, в частности в низкочастотном тракте радиокомбайна «Кристалл‑104».