Стробоскоп для проверки систем

Стробоскоп для проверки динамических головок и настройки акустических систем

С. МИШЕНКОВ, И. НЕЧАЕВ, г. Москва

Качество звучания акустических систем определяется многими факторами: амплитудно-частотной характеристикой и её неравномерностью, нелинейностью амплитудной характеристики, интермодуляционными искажениями и наличием различных призвуков, характером переходных процессов и фазочастотной характеристикой. Сегодня разработаны методы расчётов объёмов корпусов акустических систем исходя из получения необходимой частотной характеристики и параметров головок громкоговорителей.

Большинство остальных параметров АС определяются качеством динамических головок, используемых материалов и оцениваются уже при настройке готовых систем. Подбору головок и их доработке, устранению различных призвуков из-за резонансов стенок корпусов может значительно помочь применение стробоскопа, описание которого приведено в этой статье.

В 50—60-х годах прошлого века стробоскопические методы весьма широко применялись для изучения распространения звуковых волн в воде при различных видах моделирования, а также для исследования и доработки динамических головок громкоговорителей. Можно утверждать что методы стробоскопии забыты напрасно, так как особенно они нужны при разработке акустических систем и их штучной настройке в любительских условиях.

Основной принцип стробоскопического исследования колебаний или вращения какого-либо тела состоит в его засветке короткими световыми импульсами с частотой следования, равной или кратной частоте колебаний или вращения. Как бы останавливая тело, совершающее колебательное движение (например, диффузор громкоговорителя), можно обнаружить на нём зоны, колеблющиеся с другими амплитудами или частотами, и затем задемпфировать их каким-либо способом, например, приклеиванием кусочков ваты. При обнаружении паразитных колебаний стенок корпуса акустической системы необходимо увеличить его жёсткость нанесением вибро- и звуко- поглотителя. Изменяя временной интервал между началом цикла колебания тела и световым импульсом, можно последовательно просмотреть все состояния колеблющегося тела. Особо интересна точная синхронизация с подаваемым сигналом, в этом случае можно посмотреть все переходные процессы даже в многополосных системах, проконтролировать фазировку головок и фильтров.

Для подобного исследования динамических головок предлагается простой стробоскоп. Конструктивно он состоит из двух частей — базового блока и выносного стробоскопического излучателя. Он содержит УЗЧ с максимальной выходной мощностью 3...8 Вт (в зависимости от сопротивления нагрузки) на микросхеме БА2, включённой по стандартной схеме. Она установлена на теплоотводе, охлаждаемом вентилятором М1. Напряжение сигнала на выходе УЗЧ — громкость — регулируют переменным резистором В2. Исследуемую динамическую головку или акустическую систему подключают к гнёздам Х52, Х53. Переключателем ЗАЗ можно изменять на противоположную фазу подаваемого на эти гнёзда сигнала. Датчик температуры — терморезистор ВК1, он установлен на теплоотводе. При его нагревании полевой транзистор УТ1 открывается и питающее напряжение поступает на вентилятор. Температуру, при которой вентилятор включается, устанавливают подстроенным резистором П1. На гнездо Х31 подают сигнал амплитудой 1 В от внешнего генератора синусоидальных колебаний. Светодиод Н1_1 — индикатор включения питания.

На ОУ БА3.1 и БАЗ.2 собран перестраиваемый по частоте генератор сигналов, на выходе ОУ БАЗ.2 формируются сигналы прямоугольной (амплитуда

1.. . 1,5 В), а на выходе ОУ БА3.1 — треугольной формы (амплитуда 1 В). Весь диапазон — от нескольких герц до приблизительно 11 кГц — разбит на три поддиапазона (2...200, 120...1500, 1000.. .11000 Гц), которые выбирают переключателем ЗА1. Внутри каждого из них частоту плавно регулируют переменным резистором П12. Питают устройство от внешнего стабилизированного блока питания с выходным напряжением 12 В и током до 2 А. Питание генератора сигналов осуществляется от стабилизатора напряжения БА1. Генератор включают выключателем ЗА2.1.

Стробоскопический излучатель подключают к гнезду Х54. На это гнездо поступают питающие напряжения +12 В, +9 В и синхронизирующий сигнал. Схема излучателя показана на рис. 2. Синхронизирующий сигнал через конденсатор С2 поступает на вход пикового детектора, собранного на компараторе БА1.1. Конденсатор СЗ — сглаживающий, напряжение на нём складывается из постоянной составляющей (около 4,5 В), определяемой резистивным делителем П1П2, и выпрямленным напряжением синхронизирующего сигнала.

Компаратор БА1.2 сравнивает выходное напряжение пикового детектора с напряжением на резисторе П2, которое складывается из постоянной составляющей резистивного делителя В1П2 и переменной синхронизирующего сигнала. Порог переключения компаратора БА1.2 можно плавно регулировать переменным резистором П4. Если на вход стробоскопического излучателя подать синхронизирующий сигнал, в момент, когда напряжение на движке подстроечного резистора В2 превысит напряжение на движке переменного резистора П4, на выходе компаратора БА1.2 появится напряжение высокого уровня. Транзистор УТ 1 откроется, и на светодиод Е1_1 поступит питающее напряжение — он станет светить. При уменьшении сигнала синхронизации компаратор вернётся в исходное состояние, транзистор ЛИ закроется и светодиод Е1_1 погаснет. Так формируются стробоскопические вспышки. При этом обеспечивается "привязка" вспышки к максимуму синхронизирующего сигнала независимо от частоты этого сигнала.

Длительность вспышки зависит от положения движка переменного резистора П4 и не превышает 10 % от периода синхронизирующего сигнала. Чем меньше длительность вспышки, тем чётче наблюдаемое положение диффузора, но меньше яркость. Применение светодиода 51_05Р1-Р120-05 обусловлено требуемым допустимым импульсным током (800 мА) и достаточно большим углом излучения (80°), что необходимо для равномерного освещения диффузоров динамических головок. Питание на светодиод поступает через Ю-фильтр С4ИС5С6, который подавляет импульсные помехи.

Большинство элементов базового блока (в том числе и теплоотвод) смонтированы на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм. Переключатели, разъёмы, переменный резистор и индикаторный светодиод устанавливают на стенках корпуса подходящего размера, в котором размещают плату. Конденсатор С4 устанавливают на выводах переменного резистора Р2. Для обеспечения циркуляции воздуха в корпусе в месте расположения тепло¬отвода делают несколько десятков отверстий диаметром 2...3 мм. Внешний вид базового блока показан на рис. 4.

Все элементы стробоскопического излучателя, кроме светодиода и переменного резистора, смонтированы на односторонней печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1... 1,5. Плата установлена в металлическом корпусе диаметром 24 и длиной 83 мм от карманного фонаря и соединена с базовым блоком жгутом длиной около 1 м. Взамен выключателя фонаря установлен переменный резистор, на его выводах держится плата.

Применены постоянные резисторы МЛТ, 02-23, Р1-4, подстроенные СПЗ-19, переменные СП4-1, СПО, терморезистор ММТ-1, оксидные конденсаторы — вблизи крайнего положения движка резистора П4.

Динамическую головку подключают к базовому блоку и подают на его вход переменное напряжение амплитудой 1 В от внешнего генератора. Регулятором громкости устанавливают требуемый уровень сигнала. Переключатель 5А2 устанавливают в положение "Внешний". Переменным резистором П4 "Порог" в излучателе устанавливают яркость вспышек, близкую к минимальной, и освещают диффузор вспышками. При отсутствии сигнала диффузор динамической головки находится в исходном положении. После подачи сигнала, в зависимости от положения переключателя ЗАЗ, диффузор будет "находиться" в нижнем или верхнем положении. Изменяя громкость, меняют отклонение диффузора от исходного положения. Следует учесть, что с увеличением частоты амплитуда колебаний диффузора уменьшается. Яркость вспышек регулируют резистором В4 "Порог", с импортные, остальные — выводные К10-17 или для поверхностного монтажа К10- 17в, в последнем случае их устанавливают со стороны печатных проводников. Дроссель — серии ПБВ0812 индуктивностью 27...47 мкГн или другой выводной с той же индуктивностью и допустимым током не менее 0,4...0,5 А. Теплоотвод и вентилятор — от компьютера. Переключатели 5А1 и 5А2 — движковые, ЗАЗ — МТЗ, гнёзда Х31, Х55 — телефонные стереофонические диаметром 3,5 мм, Х54 — ОНЦ-ВГ-4-5/16Р, Х52, Х53 — любые подходящие.

Налаживание сводится к установке подборкой резистора П6 (в базовом блоке) амплитуды 1 В сигнала треугольной формы на выходе ОУ БАЗ. 1. В стробоскопическом излучателе при отсутствии синхронизирующего сигнала движок резистора Р2 устанавливают в положение, при котором светодиод включается её увеличением "изображение" будет размываться.

Чтобы провести наблюдение перемещения диффузора динамической головки, включают режим внутренней синхронизации (переключатель 5А2 — в положении "Внутренний"). Одновременно с включением питания генератора в базовом блоке на вход стробоскопического излучателя с выхода генератора поступает сигнал треугольной формы. Частота колебаний диффузора и частота вспышек при этом различаются, и эту разницу устанавливают переменным резистором П12 "Частота". При разности частот 1 Гц и менее можно наблюдать перемещение диффузора.

В качестве внешнего генератора можно применить как автономный генератор, так и персональный компьютер со звуковой картой и соответствующим программным обеспеченим. Частотомер может быть тоже автономным или "компьютерным", его подключают к гнезду Х55 "Выход генератора". Пользоваться стробоскопом следует в затемнённом помещении, поскольку яркость вспышек относительно невелика.