ОПИСАННЫЙ в предыдущей части статьи громкоговоритель с вибрирующей катушкой в сильном магнитном поле, несмотря на все свои преимущества перед другими системами, имеет все же и существенные недостатки. Во-первых, расход тока на возбуждение электромагнита, превышающий расход тока на питание ламп (в средней громкоговорящей установке), истощающий установку электрически и экономически, а во-вторых... а что, если громкоговоритель обслуживает не приемник, а трансляционную точку? Неужели специально для него нужно обзаводиться отдельным аккумулятором или строить мощный выпрямитель? Описываемая ниже конструкция, в которой применены постоянные магниты, свободна от этих недостатков. Правда, в ней есть свои собственные — громоздкость и трудность изготовления, но мы уже предупреждали заранее, что постройка электродинамических говорителей доступна только мощным кружкам, располагающим нужными инструментами и средствами для экспериментальной работы. Сопоставляя вторую конструкцию динамического говорителя с первой, описанной в предыдущем номере, мы найдем много различий в деталях устройства конуса, креплении катушек и т. п. Ясно, что детали точно такой же конструкции могут быть и у говорителя с электромагнитом так же, как и обратно, — конструкция катушки первого говорителя может быть применена ко второму.
Электродинамический громкоговоритель с постоянным магнитом
На рис.1 изображен генеральный разрез собранного громкоговорителя такой системы. Здесь мы видим массивное алюминиевое или медное основание всего прибора A, к которому привернуты 6 мощных стальных магнитов N1S1, N2S2 и т.д., и т.д. (часть, где находится магнит N1S1 — вырезана и потому этот магнит не виден на чертеже). Концы магнитов выдаются и к ним плотно примыкают два шестигранных железных флянца П1 и П2. Флянец П1 удерживается при помощи болтов, а флянец П2 притягивается к заднему концу алюминиевого основания шайбой Ш и болтом Д, ввернутым в центральный железный стержень N. Обращаясь за раз'яснениями к рис.2, мы видим, что флянец П1 имеет в центре круглое отверстие диам. 44 мм, а конец центрального стержня обточен до 38 мм. Таким образом, в передней части магнитной системы получается кольцеобразный воздушный промежуток шириной в 3 мм. Рассматривая магнитные явления, происходящие в описанной системе, мы видим, что центральный стержень приобретает у своего конца N полярность, обратную охватывающего его кольца и магнитное поле замыкается через кольцевой воздушный промежуток. В нем мы и располагаем катушку, питаемую током звуковой частоты.
Трудности изготовления магнитной системы
Не касаясь общих механических затруднений, связанных с изготовлением всевозможных частей, служащих для связи и укрепления магнитов и придерживающего кольца для конуса, укажем те специальные трудности, которые нужно преодолеть при изготовлении магнитов, необходимых для воспроизведения этой системы. Во-первых, особое внимание нужно обратить на выбор стали для изготовления магнитов. Лучшей сталью будет содержащая в себе примеси вольфрама (1). Эта сталь идет на изготовление резцов для токарных станков и отличается большой твердостью. За неимением вольфрамовой стали можно воспользоваться хромовой сталью. Эта сталь значительно легче обрабатывается, но магнит из нее получится хуже. Обычная инструментальная углеродистая сталь для изготовления магнитов но подходит. Куски стали для изготовления магнитов надо взять размером 180 х 20 х 12 мм. Во-вторых, после обработки стали, т.-е. когда отрезаны нужные куски и просверлены отверстия для прохода винтов, ее нужно закалить при той температуре, которая указывается для этого сорта стали. Закалка магнитов представляет наиболее трудный процесс, так как уклонение от нужной температуры резко ухудшает результат. Отпуск после закалки не требуется. В-третьих, концы магнитов нужно самым тщательным образом пришлифовать к флянцам П1 и П2 — воздушные промежутки, даже самые малые, значительно увеличивают сопротивление магнитопровода и ослабляют магнитное поле в нашем рабочем кольцевом промежутке. Намагничивание при наличии тока — самая простая операция и на этом мы останавливаться не будем.
Катушка и конус
Предположим, что мы благополучно справились с задачей изготовления магнитной системы. Теперь остается изготовить говорящую часть прибора. На рис. 1, 2 и 3 все части обозначены одинаковыми буквами и потому легко видеть устройство бумажного (из ватмана) конуса К, размеры которого показаны на чертежах. Катушка М, состоящая из 90—100 витков проволоки 0,1—0,12, наматывается на цилиндр из той же бумаги, что и конус (наматывать надо на болванке соответствующего размера) и приклеивается к отогнутым зубцам конуса. Наружный край конуса подвешивается при помощи сделанного из мягкой кожи кольца Л к деревянным или металлическим кольцам, видным на рис.1, которые, в свою очередь, укрепляются тремя или шестью кронштейнами к передней части магнитной системы.
Установка катушки
Очень важным для работы прибора является установка катушки в кольцевом промежутке. Для этого в описываемой системе применен следующий способ: в центральном стержне просверливается гнездо, в которое ввертывается латунный винт Д с массивной головкой. В головке винта, в свою очередь, делается нарезное гнездо, куда ввертывается небольшой медный винт, назначение которого — закрепить установочный кружок В (выкройка дана на рис.3), сделанный из тонкого плотного картона и скрепленный эластично с конусом К. Кольцо С, скрепляющее кружок В с конусом, делается из тонкой бумаги. После сборки всего прибора катушка М устанавливается в кольцевом промежутке К, чтобы она не касалась полюсов. После этого кружок В закрепляется при помощи винтика и этим обеспечивается невозможность сдвига катушки. На рис.4 дан общий вид собранного громкоговорителя. На этом мы кончаем описанием систем громкоговорителей, действие которых так или иначе связано с наличием постоянного магнитного поля и переходим к описанию систем, построенных на других принципах.
Электростатические громкоговорители
Громкоговорители, построенные по статическому принципу, имеют очень мало работоспособных представителей. Одним из старейших типов является громкоговоритель, построенный по принципу "Электромотографа" Эдисона. На рис.5 изображено схематически устройство этого прибора. Цилиндр А, сделанный из какого-либо материала, обладающего несовершенными изолирующими свойствами например, агат, шифер, типографский камень и т. п., насажен на металлическую ось и вращается при помощи какого-нибудь механизма со скоростью 25—30 оборотов в минуту в сторону, указанную стрелкой. К цилиндру плотно прилегает гибкая стальная или иного металла лента Л. Один конец ленты закреплен в центре мембраны М, сделанной из тонкой стальной пластины или слюды. Другой конец ленты пружиной Б поддерживается в натянутом состоянии. Ток звуковой частоты подводится с одной стороны к ленте, а с другой — к металлической оси агатового цилиндра при помощи щетки, трущейся о контактное кольцо В. Действие прибора заключается в следующем: под влиянием подводимого тока трение между вращающимся цилиндром и металлической лентой получает различные значения, в такт колебаниям звуковой частоты. Следствием этого является вибрация мембраны, порождающая звуковые колебания. Такой громкоговоритель может быть построен очень мощным (например, демонстрировавшийся на выставке в Лейпциге), но не отличается чистотой репродукции и потому распространения не получил. Более совершенными являются громкоговорители, построенные по принципу конденсатора. Такие системы осуществлены практически и к описанию их мы сейчас переходим.
Немного истории
В 1870 г. Варлеем было замечено, что под влиянием изменения потенциала на обкладках конденсаторы издают звуки. Это явление об'ясняется притяжением обкладок под влиянием заряда и разряда и последующим их упругим возвращением в первоначальное состояние. Герц и Дольбер применили это свойство конденсаторов к телефонии, построив первый телефон конденсаторного типа. Однако, такой телефон не получил нужной конструктивной разработки и распространения по следующим причинам. Как в обычном электромагнитном телефоне, сила заставляющая колебаться мембрану, пропорциональна силе постоянного магнита, так в телефоне конденсаторного типа изменение силы притяжения обкладок пропорциональны величине начального заряда. Из сказанного видно, что громкость работы такого телефона зависит от величины напряжения, под которым он находится. Так как только радиотехника стала работать с большими напряжениями, то только теперь стало возможным осуществить старую идею Герца. Радиолюбителям явление говорящего конденсатора хорошо, наверное, знакомо. Не один раз пропитывал парафином скверный кустарный конденсатор, предназначенный для блокировки выходных гнезд после второго каскада низкой частоты, приходилось проклинать их говорящее свойство. В технической консультации нашего журнала уже указывалось один раз, что можно проэкспериментировать с конденсаторным громкоговорителем, заложив между листами книги два листочка станиоля. Соединив эту „конструкцию" с усилителем, можно убедиться в возможности получить таким образом некоторое подобие громкоговорения.
Громкоговорители Рейсса и Фохта
На рис.6 изображена схема устройства громкоговорителя системы Рейсса. Она, как видно на рисунке, чрезвычайно проста по своей идеи. Весь прибор представляет конденсатор с двумя обкладками и воздушным диэлектриком. Однако, конструктивное выполнение его довольно сложно. Одна из обкладок конденсатора представляет массивный медный или алюминиевый диск К, снабженный значительным количеством мелких отверстий О; на весьма малом расстоянии от диска К монтирована в кольце Э мембрана М, изготовленная из тонкой резины. На резиновую мембрану приклеен тонкий слой угольных шариков У. Способ, который фирме Рейсе удается приклеить к резине эти шарики тонким и равномерным слоем, к сожалению, неизвестен.
Аналогично говорителю Рейсса устроен говоритель системы Фохта, применяемый при сконструированном им же говорящем кино; разница заключается лишь в том, что вибрирующей обкладкой конденсатора у Фохта служит не резина, а металлизированная бумага. Величина мембраны в разных экземплярах колеблется от 300 до 500 мм. Емкость такого громкоговорящего конденсатора — приблизительно от 13 до 15.000 см. Как видно на рисунках 7 и 8, показывающих внешний вид описываемых громкоговорителей, мембране придана, в целях лучшей репродукции, конусообразная форма, что, конечно, конструктивно очень трудно выполнимо и в любительских конструкциях необязательно.
Включение и работа конденсаторных громкоговорителей
Так как конденсатор не пропускает постоянного тока, то обычное включение говорителя в анод последней лампы, в случае применения конденсаторного говорителя, не годится. Схема, приведенная на рис.6, дает способ включения такого говорителя. Напряжение анодной батареи для хорошей работы не должно быть менее 100 вольт — чем больше, тем лучше. В отношении качества работы описанные приборы являются одними из самых совершенных. Благодаря тому, что заряд распределяется равномерно по всей обкладке конденсатора, мембрана колеблется вся целиком, полностью осуществляя принцип поршневого действия. Характеристика усиления показывает, что частоты в пределах от 300 до 9.000 колебаний усиливаются чрезвычайно равномерно, что является большим преимуществом. Недостатком конденсаторных громкоговорителей является их малая чувствительность и необходимость иметь повышенное анодное напряжение.
Пьезо-электрический громкоговоритель
Переходя к описанию четвертой группы приборов, приходится заметить, что о громкоговорителях, как таковых, здесь писать не приходится, так как приборы, к описанию которых мы переходим, еще целиком находятся в лабораториях и практических конструкций их нет. Полученные лабораторные результаты дают лишь установку самого принципа, не разрешая пока конструктивных деталей.
Именем пьезо-электрических явлений называется свойство некоторых кристаллов под влиянием влектрических колебаний вибрировать механически. Таковое свойство кристаллов кварца уже широко использовано в радиотехнике. Кроме кварца, обладающего чрезвычайно острым механическим резонансом, способностью колебаться, обладают, как замечено, кристаллы турмалина и двойной углекислой соли калия и натрия (в общежитии называется "сегнетовой" солью). Наиболее активной оказывается упомянутая сегнетовая соль, обладающая к тому же тупым резонансом. Старейшая лабораторная схема, описанная Русселом в французском журнале "La Nature" в 1922 г., изображена на рис.9, где К есть кристалл сегнетовой соли, выращенный искусственно и весящий приблизительно 100 грамм. Он монтирован между двумя латунными пружинками, из которых одна имеет рычаг П. Электрические колебания звуковой частоты подводятся с одной стороны к пояску из станиоля С, охватывающему кристалл, а с другой стороны при посредстве нажимного винта В — к пружине П.
Под влиянием электрических колебаний кристалл начинает вибрировать, передавая свои колебания пружине П, снабженной рычагом. Для усиления звукового эффекта рычаг воздействует на микрофон М, соединенной последовательно с батареей и низкоомным громкоговорителем. На рис. 10 изображена новейшая американская схема говорящего пьезо-электрического прибора. Здесь дело обходится без микрофона, а колебания кристалла К передаются при помощи рычага А непосредственно бумажному конусу М. Давление на кристалл регулируется нажимными барашками В. Контакт осуществляется медными прокладками П и станиолевым пояском С. На рис. 11 дана фотография этого прибора.
К пьезо-электрическим говорителям принадлежит телефон Лесли Миллера, схема которого дана на рис.12. Здесь ми имеем контакт двух кристаллов, из которых один твердо соединен с мембраной М, другой закреплен на пружине Т. Регулировка нажима осуществляется винтом Р. Подробно об этом телефоне см. "Радиолюбитель" за 1928 г. № 3—4.
На этом мы заканчиваем описание существующих систем говорящих механизмов. Наш обзор не был бы совсем полным, если бы мы не упомянули о двух, теперь уже исторических опытах использования электрических колебаний для получения звуковых. Первый из них — радиофон Белля, где было использовано свойство селена изменять сопротивление под влиянием различной освещенности и второй — термофон Присса, состоящий из металлический мембраны, к центру которой была прикреплена тонкая платиновая проволока, натянутая перпендикулярно мембране. По проволоке пропускался ток звуковой частоты. Тепловое действие этого тока вызывало изменение длины проволоки и соответственно этому — колебания мембраны. Оба эти прибора практического применения не получили.
Заключение
Предложив вниманию наших читателей довольно богатый ассортимент всевозможнейших говорящих систем, мы должны сказать, что за недостатком места полного конструктивного описания ни одной из них дать было нельзя. Цель настоящего обзора была - лишь наметить пути для самодеятельности в деле постройки любительских громкоговорящих приборов.
Радиолюбителям, желающим остановиться на какой-либо одной системе, чтобы получить наилучший результат для индивидуального пользования, можем рекомендовать исключительно электромагнитные системы как наиболее легко осуществимые, кроме системы Вестерн, выполнение которой сопряжено со многими затруднениями. Практически выполнимые конструкции электромагнитных систем уже давались в нашем журнале, будут даваться и впредь.
Для любителей, организованных в кружки, конечно, будет интересно проделать работу по выполнению электродинамического громкоговорителя с вибрирующей катушкой, тем более, что эта система дает прекрасные результаты.
Об экспериментаторах же говорить не будем. Ясно, что они возьмутся за все.
1) Недавно в Англии выпущена в продажу новая магнитная сталь с примесью хрома и кобальта, дающая исключительные по силе магниты.
