Уже раньше (см. «Друг Радио», № 3) было выяснено значение катодных усилительных ламп, как единственно надежного средства для получения идеального усиления, как в смысле мощности, так и вследствие принципиальной возможности полного устранения каких бы то ни было искажений.
Для ясности последующих рассуждений напомним вкратце принципы действия катодной усилительной лампы.
Современная усилительная лампа в наиболее распространенной форме представляется состоящей из следующих главных составных частей (черт. см. «Друг Радио», №2, стр. 27, статья Л. Б. Слепяна): нити накала (источника излучения электронов), металлической сетки и цилиндра или пластинки анода.
Отрицательные частички электричества, электроны, вылетая с поверхности накаленного волоска, под влиянием притяжения положительно заряженного анода (цилиндра, пластинки), пролетают с громадной скоростью пространство между нитью и анодом, где и нейтрализуются (уравновешивается, приходят в неподвижное состояние, соединяясь с положительными частичками электричества).
На пути между нитью и анодом лежит металлическая сетка, которая отчасти уже своим присутствием, так сказать, стесняет свободный полет электронов.
Будучи же заряжена более или менее отрицательно, сетка может совершенно закрыть проход для электронов, которые, отталкиваясь от одноименно заряженной сетки, возвращаются частично обратно на нить.
Движение электронов по пути от нити к аноду равносильно прохождению по этому пути электрического тока, обнаружить который мы можем, включив в цепь анода измерительный прибор для постоянного тока.
Таким образом, меняя заряд сетки, делая его то положительным, то отрицательным, мы можем получить ток в цепи анода от нуля до некоторой максимальной величины, называемой током насыщения.
Ход изменения этого явления, представленный графически, называется обыкновенно характеристикой лампы.
На черт. 6 представлены нормальные характеристики лампы так называемого французского типа.
Мы не будем входить в подробности изучения этих характеристик: этот вопрос не является непосредственной темой данной статьи.
Для нас, с целью освещения принципов современной усилительной схемы, важно лишь сделать несколько выводов, основанных на изучении некоторых специальных свойств катодных усилительных ламп.
Этот пункт является для нас особенно важным, и на нем стоит подольше остановить наше внимание.
Ведь весь смысл применения катодной лампы к усилению заключается в том, что, изменяя напряжение на сетке в небольших пределах, затрачивая на это минимальное количество энергии, мы изменяем ток в цепи анода в широких пределах, а энергию в этой цепи — в очень широких пределах, словом, затрачивая ничтожную энергию в цепи сетки, мы получаем относительно громадную энергию в цепи анода.
Если изменение тока в анодной цепи будет точно следовать за изменением напряжения на сетке, если изменения анодного тока будут пропорциональны изменениям напряжения на сетке, — то только в этом случае мы получим идеальное усиление без всяких искажений.
Легко заметить, что это условие выполняется лишь в тех частях характеристик ламп, где они представляют из себя прямые линии.
Следовательно, только эти прямолинейные участки характеристик могут быть нами использованы в том случае, если мы желаем получить правильную, без искажений, передачу голоса и звуков в громкоговорительных устройствах.
Рассматривая различные характеристики чертежа 6, мы видим, что все три изображенные на нем характеристики имеют некоторый прямолинейный участок, как будто удовлетворяющий нашим требованиям, выясненным выше.
На какой же из комбинаций анодного вольтажа и соответственной характеристики следует остановиться?
Характеристика № I имеет прямолинейную часть наполовину в положительной, наполовину в отрицательной области характеристик.
№ II имеет почти всю прямолинейную часть в отрицательной области и, наконец, в № III — безусловно вся прямолинейная часть находится в отрицательной области. Какой отдать предпочтение?
Для решения этого вопроса необходимо обратиться к явлениям в цепи сетки, заметив предварительно, что эти явления в хорошо выкаченной лампы имеют место лишь в отрицательной области характеристик.
Из черт. 6 можно легко понять тот факт, что раз изменения тока в цепи сетки непропорциональны напряжению на сетке (характеристика тока сетки не прямолинейна), то значит и сопротивление этой цепи непостоянно и меняется так или иначе с изменением напряжений сетки. А мы раньше выяснили, что только лишь при постоянстве сопротивления цепей анода и сетки (одновременно) мы можем надеяться получить усиление без всякого искажения.
Вопрос, значит, решается просто: надо выбрать такой участок характеристики, где бы и в анодной, и в цепи сетки сопротивления были постоянны, а это имеет место лишь в отрицательной части характеристик, так как здесь ток сетки отсутствует, или, что все равно, — сопротивление цепи сетки бесконечно большое для всех значений напряжения на сетке, т. е. во всех случаях одно и то же, постоянно.
Характеристяка № I показывает, что мы при названных выше условиях можем использовать лишь ее левую часть, где ток в цепи сетки отсутствует, в № II мы располагаем почти всей прямолинейной частью — и, наконец, в № III всей полностью. Поэтому наивыгоднейшей для усилительной цели будет комбинация № III, но в этом случае необходимо будет дать сетке дополнительное отрицательное напряжение около 15 вольт и, так сказать, работать на линии, обозначенной на чертеже точками и тире.
Здесь мы имеем возможность около этой линии изменять напряжение вправо и влево от нее приблизительно до 10 вольт с тем, что соответственные изменения анодного тока в этих пределах будут пропорциональны сеточному напряжению.
Мы возьмем от лампы максимально возможную энергию, и работать наше устройство будет практически без всяких искажений.
Работы на прямолинейной части анодной характеристики при одновременном отсутствии тока сетки — вот современный принцип бездисторционного усиления (усиление без искажений).
Выполнение этого основного условия в случае применения катодной лампы может быть осуществлено либо применением особых усилительных ламп со специальной характеристикой (лампы с левой характеристикой), либо помощью комбинаций нескольких ламп и высокого напряжения на аноде (помощью искусственного сдвига характеристики влево).
В обоих случаях необходимо приложение к сетке некоторого начального основного напряжения для использования по возможности всей энергии анодной цепи.
На черт. 7 показаны три типа характеристик ламп различных конструкций, причем № I совершенно непригодна для усилительных целей (очень густая сетка), № II может применяться при неполном использовании ее энергии (сетка средней густоты) и наконец № III — специально усилительная лампа с редкой сеткой.
При этом предполагаем, что все три лампы работают при предельном анодном напряжении и для наглядности имеют одну и ту же величину тока насыщения.
Современная хорошо откаченная катодная лампа представляет из себя механизм, действующий без всякой инерции (механической, магнитной или электрической), а поэтому работа ее и степень усиления совершенно не зависят практически от частоты переменного тока, который мы желаем усилить. Следовательно, она является идеальным усилительным средством, почти единственным в том случае, если мы требуем не только мощного, но и вполне совершенного, без всякого искажения, усиления человеческой речи, пения и музыки.
Оттого-то катодная лампа, применяемая в той или иной форме и схеме в современных громкоговорящих устройствах, и явилась мощным орудием современной техники, без которой существование этих приборов было бы положительно немыслимо, во всяком случае в такой простой и общедоступной форме.
Механизм усилительного действия одной лампы (или, как говорят, одного каскада) мы считаем достаточно выясненным и можем перейти к дальнейшему рассмотрению действия предварительного усилителя.
Если бы существовала лампа такой системы, при которой можно было бы при ничтожном воздействии на ее сетку сразу получить громадные колебания анодного тока, — не было бы никакой надобности разговаривать о каких бы то ни было «усилителях».
Одна такая лампа была бы идеальнейшим усилителем, исключившим всякую потребность в устройстве сложных многократных усилителей.
К сожалению, до сих пор мы не имеем такой лампы (хоть техника и стремится подойти к разрешению этого вопроса).
Поэтому, не довольствуясь тем усилением, какое дает одна лампа, приходится комбинировать их в сложные формы многократных усилителей, где несколько ламп соединены в то или иное число «каскадов» (ступеней усиления).
Идея многократного усилителя весьма проста: энергия, усиленная уже в первой лампе помощью промежуточных передаточных органов, подается в форме возможно более высокого напряжения на сетку следующей лампы, которая производит в свою очередь новую усилительную работу; если усиление оказывается незначительным, прибавляют еще один или несколько каскадов усиления до тех пор, пока получат желаемую мощность.
Существует два основных метода передачи энергии от одного каскада к другому:
И тот и другой метод имеет свои преимущества и недостатки, но, забегая несколько вперед, можно сказать, что в настоящее время техника склонна к применению главным образом связи помощью сопротивлений и, в самых ответственных случаях, — помощью омических сопротивлений. На черт. 8 и 9 указаны эти две основные схемы в самом простом их варианте и в принципиальной форме. Черт. 8 изображает усилителъ с трансформаторной связью, а черт. 9 — со связью помощью сопротивлений, причем под № 3 нужно понимать как без индукционное (омическое), так и индуктивное сопротивление; принципиально от замены одного другим — схема не меняется.
На схеме чертежа 8 Л1 и Л2 — две усилительные лампы, № 1 — вторичная обмотка предыдущего прибора (в нашем случае — микрофонного трансформатора); № 2 — небольшая батарея, напряжение которой сдвигает характеристику лампы в требуемое положение: № 3 — первичная обмотка переходного трансформатора, передающего энергию во второй каскад; № 4 — вторичная обмотка того же трансформатора; № 5 — батареи накала нитей 1-й и 2-й ламп со своими регулирующими сопротивлениями; № 6 батареи цепи анода (высокое напряжение); № 7 — зажимы либо следующего трансформатора, либо (если лампа конечная) зажимы органа, потребляющего усиленную энергию (в нашем случае — первая ступень мощного усилителя).
Схема черт. 9 изображает связь между усилительными лампами помощью сопротивления 3, которое вводится в цепь анода, и конденсатора 4, передающего напряжение на сетку следующей лампы.
№ 1 — вторичная обмотка трансформатора (в нашем случае микрофонного), № 2 и № 6 — батареи для сдвига характеристик ламп в требуемое положение, №№ 7 и 8 — соответственно — батареи накала нити со своими регулировочными реостатами и батареи анода (высокое напряжение). Преимущества схемы черт. 8 заключаются в том, что мы помощью переходного трансформатора 3—4 можем по желанию, в зависимости от свойств следующей за ним лампы Л2, — регулировать напряжение на ее сетке и в большинстве случаев можем значительно поднять напряжение, что необходимо для максимального усиления.
Так как сопротивление первичной обмотки трансформатора (№ 3) невелико, то почти все напряжение батареи № 6 действует в цепи анода.
Связь между лампами и передача энергии от одной лампы к другой осуществляется и просто и достаточно эфективно, и этот способ связи между каскадами усиления был бы идеальным, если бы не имели места те искажающие чистоту усиления явления, о которых уже была речь при рассмотрении микрофонного трансформатора.
Кривые черт. 2 всецело относятся и к этому переходному трансформатору, т. е. степень усиления в обычном трансформаторе сильно зависит от частоты переменного тока, проходящего по усилительной схеме.
Ранее, опять-таки при рассмотрении микрофонного трансформатора, были указаны способы, до некоторой степепи устраняющие искажения, вносимые трансформатором.
Все эти меры вполне уместны и для улучшения действия переходного трансформатора.
Следует лишь заметить, что в этом случае чаще (во французских и отчасти американских схемах почти исключительно) применяются вместо несколько сложного фильтрующего шунта Ф (черт. 3) — обычные омические сопротивления лишь при условии полного отсутствия в них емкости и самииндукции.
Эти сопротивления, обычно порядка многих десятков тысяч омов, служат для амортизации, заглушения, собственных колебаний обмоток трансформатора и, полезные с этой стороны, они с другой стороны вредны, так как отнимают иногда порядочную порцию усиленной энергии.
В тех устройствах, где чистота и отсутствие искажений стоят на первом плане, — жертвуют частью усиления за счет лучшей и более совершенной передачи.
Значительно ближе к идеалу точной передачи речи подходят усилители с сопротивлениями, которые в настоящее время и применяются в самых ответственных усилительных устройствах с художественным воспроизведением речи и музыки.
Усилители знаменитых громкотоворителей фирмы «Вестерн», а также в не менее знаменитых устройствах английской радио-телефонной станции в Чельмсфорзе — построены именно по этому принципу.
Единственным сомнительным пунктом, вносящим некоторое (правда, весьма незначительное, для практики незаметное) искажение, — является передаточный конденсатор № 4 черт. 9, так как сопротивление конденсатора для переменного тока зависит от его емкости.
Поэтому приходится ставить конденсатор настолько большой емкости, чтобы практически сопротивление его для всех частей 1), передаваемых через усилитель, было ничтожно.
Схема черт. 9 работает таким образом.
В цепь цилиндра включается последовательно сопротивление несколько более внутреннего сопротивления лампы (порядка 6—7 десятков тысяч омов для обычной лампочки французского типа).
При изменении напряжения на зажимах трансформатора 1 (а значит и на сетке), меняется анодный ток, как это видно из характеристик черт. 6 и 7.
Поэтому меняется и напряжение на зажимах сопротивления № 3, так как оно, по закону Ома, является произведением тока на сопротивление данного участка цепи.
Эти изменения напряжения на зажимах № 3 передаются на сетку следующей лампы, но в виду того, что на зажимах сопротивления № 3 уже при спокойном состоянии имеется относительное большое напряжение, большее во всяком случае, чем половина напряжения батареи № 8 (от 120 до 160 вольт для обычных ламп), — то для того, чтобы не дать на сетку большого, да вдобавок еще положительного заряда, приходится между сеткой и зажимом сопротивления № 3 вводить конденсатор № 4, не пропускающий постоянного тока, а заряд его обкладки, соединенной с сеткой, отвести помощью очень большого сопротивления № 5 (порядка нескольких миллионов омов).
Последовательно с этим же сопротивлением включают небольшую батарейку, которая дает на сетку уже именно тот заряд и того знака, которые требуются, согласно наших предыдущих рассуждений, для наилучшего действия усилительной схемы.
Вот наличие этих-то сопротивлений и представляет некоторый недостаток каскада с сопротивлением, так как для наивыгоднейшей работы лампы, как мы это выяснили выше, необходимо давать ее цилиндру достаточно высокое напряжение, а часть его тратится на преодоление сопротивления № 3, следовательно, приходится значительно увеличивать напряжение батареи № 8.
Обычно эти батареи в схеме черт. № 8 могут быть (при одинаковых лампах) вдвое меньшего напряжения, чем в схеме черт. 9.
Другое неудобство — трудность изготовления очень больших сопротивлений, не меняющихся от времени, влияния влаги, тряски, сильного тока и т. д.
Хорошие сопротивления, будучи стойкими, выходят в большинстве случаев дорогими (особенно намотанные из тончайшей изолированной проволоки высокого удельного сопротивления).
Но все же этими неудобствами пренебрегают в тех случаях, когда желают получить художественное воспроизведение усиления музыки и речи.
Трудность воспроизведения стойких сопротивлений заставила перейти к сопротивлениям другого типа — индуктивным (иначе «дроссель»), несмотря на то, что, как всякое индуктивное сопротивление, дроссель обладает стремлением к резонансу, т. е. в ней проявляются те именно неприятные свойства, которые наглядно представлены на черт. 2.
Эти неприятности устраняют в значительной мере, делая обмотку дросселя из проволоки большого сопротивления и таким образом получая нечто среднее между индуктивным и омическим сопротивлением.
Такие, напр., дроссели с большими сопротивлениями применяются в усилителях «Вестерн».
Применение дросселей имеет еще и ту приятную сторону, что в этом случае напряжение батарей анодной цепи можно взять значительно меньше, чем при обычных сопротивлениях.
В наиболее совершенных конструкциях предварительного усиления (фирмы «Вестерн», фирмы «Маркони» и др.) применяются три каскада (три лампы), связанные сопротивлениями по схеме черт. 9, при чем лампы, работающие в этих прекрасных усилителях, имеют тип характеристики специально усилительных ламп и приближаются к № III черт. 7.
Предварительное усиление имеет целью как было сказано уже выше, поднять энергию микрофона (или радио-телеграфного приемника) до той мощности, которая необходима для воздействия на лампу (или лампы) первого каскада мощного усилителя.
Это — наиболее деликатная часть усилительного устройства, весьма чуткого на всякие внешние электрические и даже механические влияния.
Поэтому в лучших конструкциях все предварительное усиление заключают в металлические коробки, в которые помещают даже и все необходимые батареи.
Лампы укрепляются на весьма эластичном подвесе, чтобы избежать «звона», связанного с механическими сотрясениями жестко-стоящих ламп.
В ближайших нумерах нашего журнала мы опишем подробно схемы и конструкции наиболее интересных устройств, а пока перейдем к рассмотрению мощных усилителей.
В общем относительно этих усилителей можно сказать все, что уже было сказано насчет предварительного усиления. Принципы работы мощного усилителя должны быть те же, что и предварительного, значит, необходимо помнить о наилучших характеристиках в работе его ламп, надо стремиться избавиться от всяких искажений (теми же методами, о которых была речь выше), разница будет лишь в мощности усиливаемой энергии.
Для получения большой мощности усиления приходится либо строить совершенно специальные, мощные усилительные лампы, либо научиться соединять мощности малых ламп.
Вспомним, что для получения очень большого усиления необходима лампа (или комбинация ламп), обладающая характеристикой с очень крутым под'емом, лежащей в отрицательной части (левой) и имеющей большой прямолинейный участок (напр., № III черт. 7).
Если почему-либо нельзя пользоваться специальными лампами, удоалетворяющими этим условиям, то приходится лампы группировать, соединяя их параллельно.
Выгода такого соединения будет вполне ясна из рассмотрения черт. 10, где изображены характеристики одной, двух и трех одинаковых ламп, соединенных параллельно.
Теоретически, при совершенно одинаковых лампах, характеристика двух ламп должна получиться путем простого удвоения соответственных величин характеристики одной лампы, для трех — утроение и т. д.
В действительности, вследствие неполной однородности ламп (главным образом, накала), сложение не получается вполне точным, и характеристика 3-х, напр., ламп не равна утроенным величинам характеристики одной лампы, а несколько меньше.
Все же выгода параллельного соединения очевидна, так как суммарная характеристика, оставаясь в отрицательной области, становится значительно круче, что дает возможность, при тех же розмахах напряжения на сетке, выделить значительно большее количество энергии в анодной цепи.
Соединяя большое число ламп в каскаде, можно получить весьма значительные конечные мощности усиления.
На первом каскаде (1-я ступень) мощного усилителя ставят 1—2 лампы параллельно, на втором 1—3 лампы и на третьем — 6—8 и больше ламп.
Вопрос о методах связи одного каскада со следующим решается так же, как и в предварителъном усилении, и все, что сказано об этом выше, применимо и в данном случае.
Но при применении трансформаторов оказывается весьма желательным освободитъся от так называемого «подмагничивания» от первичных обмоток, которое является следствием прохождения через них анодного тока ламп, представляющего при больших мощностях некоторые затруднения в конструкции не искажающего трансформатора.
Поэтому в некоторых случаях применяют так называемую «дифференциальную» схему соединения ламп и трансформаторов, указанную на черт. 11.
Действие этой схемы в общем напоминает действие дифференциального микрофона с его трансформатором (см. черт. 5).
Вторичная обмотка первого (входного) трансформатора делится на 2 равные части, и середина соединяется с накалом двух первых ламп Л1 и Л2, а крайние зажимы этой обмотки (№ 2) соединяются с сетками ламп Л1 и Л2.
Таким образом, в то время, когда на сетке лампы Л1 будет, напр., положительный заряд, сетка лампы Л2 получит отрицательный такой же величины, и следовательно, в анодной цепи Л1 ток, скажем, уменьшится, в то время как в лампе Л2 он увеличится.
Первичная обмотка № 3 следующего трансформатора имеет также подразделенную обмотку, и середина ее соединяется с + источником высокого напряжения.
Значит, по обмотке № 3 в спокойном состоянии текут два постоянных тока одинаковой силы и действующие в разном направлении в смысле намагничивания железа сердечника, который, при равенстве двух противоположных воздействий, намагничен не будет.
Как только на сетках ламп Л1 и Л2 появятся напряжения, магнитное равновесие будет нарушено: основной ток лампы Л1 уменьшится (см. выше), а лампы Л2 — увеличится, и в результате железо сердечника будет намагничено действием разности этих двух токов.
Трансформатор № 3—4 действует подобным же образом, и можно вообразить себе весь усилитель построенным на принципе данной схемы.
Дифференциальное устройство применяется в немецких, французских и американских схемах усилителей. Особенно уместно применение этого метода для последнего (выходного) трансформатора, который почти неизбежен в тех устройствах, где одновременно питают много репродукторов, имеющих невысокое сопротивление обмоток.
Усилителъ громкоговорителя «Вестерн» сконструирован по такой именно схеме.
Коэфициент трансформации (отношение числа вторичных витков к первичному) обычно бывает больше единицы для достижения возможно большого раскачивания анодного тока следующей лампы.
В тех случаях, когда почему-либо не желают работать по принципам современного усиления (сетка без тока, характеристика вся в левой части), приходится, в зависимости от сопротивления цепи сетки, иногда и понижать напряжение при переходе от одного каскада к другому. Впрочем, такие схемы, как устаревшие и не отвечающие требованиям чистоты передачи, — встречаются как исключение.
Остается сказать несколько слов о специальных шумах и свистах, имеющих место в некоторых несовершенных усилительных схемах.
Существуют два рода посторонних звуков, присущих плохим усилителям: а) шумы, свойственные собственно лампам и происходящие от непостоянства внутреннего режима их, и б) свисты и вой, происходящие от образования по всей вообще схеме усилителя колебаний той или иной частоты.
В плохо откаченных лампах, а также в лампах, снабженных не совсем совершенным волоском накала, процесс полета электронов от накаленной нити к аноду не представляется постоянным, а все время происходят очень небольшие нерегулярные изменения этого процесса, что вызывает неполное постоянство анодного тока, порождающее в телефоне или в репродукторе характерное шипение и шум вроде шума течения воды или шипения плохо закрытого крана от паровой трубы.
Кроме того, как уже было выяснено выше, при механических сотрясениях ламп происходят небольшие изменения внутреннего расположения их частей, и это отражается в конечном результате на изменении анодного тока. В телефоне или репродукторе слышится характерный «звон», хорошо знакомый радиотехникам, возившимся с многократным усилителем, напр., типа 3—тр.
Шумы внутреннего, так сказать, происхождения избегаются соответственным выбором ламп, «звон» устраняется эластичной подвеской отдельных ламп и всего усилителя и защитой их от действия окружающих шумов и звуков (звуконепроницаемый ящик).
Труднее бывает иногда освободиться от воя и свистов, появляющихся вследствие возникновения колебаний по всей усилительной схеме.
Причина появления колебаний чаще всего — магнитная или электро-статическая связь между цепями сетки начальной лампы и анода одной из последующих.
Для устранения колебаний очень высокой частоты (два таких колебания, появившиеся одновременно, дают тон «биений») на зажимы входного или выходного (чаще первое) трансформатора включают конденсатор большой емкости (2—3 десятка тысяч сантиметров), который служит коротким замыкателем для колебаний высокой частоты.
Колебания низкой, звуковой частоты устраняются рациональным размещением отдельных частей схемы с тем, чтобы выходной трансформатор не мог в магнитном смысле действовать на предыдущие (не имела бы место так называемая «обратная связь»).
Лучше всего все трансформаторы заключить в железные ящики с достаточно толстыми (1½—2 миллиметра) стенками, сквозь которые магнитные силовые линии не смогут выйти наружу, а будут замыкаться в толще стенок.
Для избавления от электро-статической обратной связи необходимо удалить провода цепи сетки от таковых цепи анода, при чем лучше все провода, подходящие к сеткам, пустить свинцовым кабелем, наружную оболочку которого надо в этом случае присоединитъ к общей металлической массе прибора.
Кроме того, полезно один из полюсов батареи накала заземлить.
Помещая на зажимах вторичных обмоток трансформаторов большие сопротивления (см. выше), мы также значительно способствуем успокоению действия усилителя и уничтожению собственных его колебаний.
Подробное описание существующих на практике усилителей мы надеемся поместить в ближайших №№ журнала, а пока переходим к рассмотрению последнего звена громкоговорящего устройства — репродуктора.
Многое было уже указано при изучении свойств микрофонных мембран (см. № 3 журнала).
Репродуктор простейшей (и наиболее несовершенной) модели можно осуществить, взяв обыкновенный телефон и прикрепив к его отверстию какой-либо рупор.
Как было уже выяснено в первой части этой статьи (см. № 3 журнала), обычные телефонные железные мембраны, обладая своими собственными колебаниями, будут резонировать на эти колебаниям, и таким образом передача будет искажена. Такой репродуктор имеет граммофонный оттенок передачи с подзваниями и выкриками на высоких нотах, поэтому в совершенных конструкциях репродуктора железные мембраны не применяются.
Современную конструкцию репродуктора допускают чаще всего мембраны, имеющие собственный период колебаний акустического предела, т.е. 8—15 в секунду, или их колебания вообще настолько затруднены (амортизованы), что с ними можно практически не считаться.
Первый метод применен в репродукторах системы «Вестерн». Мембрана в этих репродукторах имеет в разрезе вид, указанный на чертеже 12 (№ 3), и изготовляется из шелковой материи, пропитанной особым лаком. На этом же чертеже изображен схематически весь механизм американского репродуктора.
Стерженек мягкого железа 2—2 вращается на оси O (в действительности закреплен на жесткой бронзовой пружине). Вокруг этого стерженька расположены подмагничивающие катушки 1—1, по которым идет ток из последнего трансформатора мощного усилителя.
Концы «якорьки» 2—2 находятся в поле двух сильных магнитов NS и N1S1, таким образом, если катушки 1—1 намагнитят якорек, как указано на чертеже, то, вследствие взаимодействия с главным полем магнитов, якорек будет поворачиваться в направлении, указанном стрелками. При перемене направления тока в катушках 1—1 изменится направление вращения якорька.
Помощью тяги 4 конец якорька связан с серединой мембраны 3 и при качаниях вокруг точки O раскачивает в соответственные стороны и мембрану 3. Так как эти качания будут в такт с изменением тока (см. № 3 — о «разговорном» токе), то мембрана начнет воспроизводить точно речь или соответственные звуки, усиливающиеся и направляющиеся рупором 5.
Немецкая фирма Сименс и Гальске строит так называемые «ленточные» репродукторы, действие которых в качестве механического микрофона было описано в начале этой статьи (см. № 3 журнала).
Прибор этот реверсивный, т. е. если в него говорить, то он будет давать разговорный ток, наоборот, если пустить в него разговорный ток, он будет говорить.
В виду того, что лента вибрирует в сильном магнитном поле, ее свободные колебания сильно затруднены взаимодействием полей тока и основного, и поэтому, колеблясь в так называемых «вынужденных колебаниях», лента не выделяет звуки какой-либо одной определенной высоты, т. е. передача звуков происходит без искажений.
Такой репродуктор, кроме того, не требует никакого рупора, что представляется также преимуществом, так как, вообще говоря, рупора, даже лучшей конструкции, слегка искажают.
Вообще во многих системах репродукторов мы видим стремление обойтись без рупора; таковы именно французские репродукторы, так называемые «диффузоры», о которых речь будет несколько далее.
Искажение, вносимое рупором, зависит от его формы и материала. Желательно иметь форму постепенно и плавно расширяющейся трубы, сильно открывающейся в самом конце.
От удачного соотношения между этими двумя частями рупора — части с плавным изменением диаметра и с быстрым его возрастанием под конец — зависит то или иное действие репродуктора.
Обычно соотношения между указанными выше частями бывают как 3:1 (например, в американских звуко-прожекторах).
Лучшим материалом для изготовления рупора является бумажная масса, так называемая «папье-маше», из которой выделываются рупора целиком, концы раструба укрепляют металлическими бортами, а в тонкий конец запрессовывают трубку с резьбой для навинчивания на стакан с вибрирующим механизмом.
Поверхность такого рупора покрывают не боящейся влаги краской, и тогда репродуктор свободно по целым дням может работать на открытом воздухе, не боясь дождя, снега, солнца и т. д.
Хороши также рупора из дерева (тогда они бывают прямоугольного сечения), особенно если приходится строить их очень больших размеров.
Деревянные рупора достигают иногда колоссальных размеров и переходят в нечто, напоминающее раковину для садового оркестра.
Обрабатываются они также водоупорными лаками и краской и совершенно не боятся влияния погоды.
Фирмы «Эрих Гут» в Германии и «Вестерн» в Америке применяют между прочим такие деревянные рупора к своим репродукторам.
Кстати скааать, репродуктора фирмы «Гут», построенные по принципу «Уонсон-Рабека», значительно отличаются по конструкции от остальных, здесь описанных, но мы предполагаем ознакомить читателей «Друга Радио» с их конструкцией в другой статье.
Стремление освободиться от присутствия рупора и в то же время дать некоторое направление звуковой волне вызвало появление французских «диффузоров».
Чертеж 13 дает представление об этой системе репродуктора, получившего в настоящее время большое распространение среди русских радиолюбителей.
1 — якорь мягкого железа, имеющий ось вращения в точке O и соединенный с центром бумажного конуса 2, который закреплен в широком кольце 6.
Сильный стальной магнит 5 имеет на полюсных надставках из мягкого листового железа обмотку 4, через которую пропускается разговорный, предварительно усиленный ток.
Конус 2 служит одновременно и мембраной и рупором, и в виду того, что его собственные колебания сильно затруднены сопротивлением сравнительно большого об'ема воздуха, приводимого в движение при вибрациях, — такая комбинация мембраны с рупором передает весьма часто человеческую речь и музыку.
Существуют некоторые разновидности этого типа вроде японского веера, в виде двойного конуса и т. д., — о них мы поговорим в следующий раз.
В заключение необходимо сказать несколько слов о размещении отдельных частей всего громкоговорительного устройства и об одном интересном явлении «самовозбуждения», имеющем место при нерациональном расположении микрофона и репродуктора.
Репродукторы со своими рупорами располагается, конечно, в тех помещениях, которые назначены для их использования, например, в больших залах, в театре, — иногда на вышках, под открытым небом.
Само собой разумеется, что провода, подводящие разговорный ток, должны быть обеспечены от влияния на них каких бы то ни было посторонних токов, вроде моторных проводов, трамвайных линий и т. п.
Усилительные усройства лучше помещать в отдельной комнате, где должен находиться для контроля за действием всех установки контрольный рупор, включенный параллельно с главной линией репродукторов и имеющий очень большое продольное сопротивление, чтобы не отнимать много энергии от главных рупоров.
Необходимо тщательно предохранить усилители, особенно предварительный, а также подходящие к нему провода от посторонних влияний каких-либо переменных токов, иначе все это усилится, и вместо речи или музыки репродуктор будет преподносить публике сплошной гул и завывание.
Лучше всего, как было сказано уже выше, забронировать усилители и их батареи в железных ящиках, а все соединения делать свинцовым кабелем, оболочка которого тщательно заземляется.
В том случае, когда микрофон и репродуктора должны по существу дела находиться в одном и том же помещении (усиление речи оратора), необходимо остерегаться «самовозбуждения» всей установки при близком расположении микрофона к репродуктору.
Это интересное явление заключается в том, что небольшой начальный шорох или стук, воспринятый микрофоном, усиливаясь во много раз, даст известный эффект в репродукторе, звук которого, попадая в микрофон, в свою очередь усилится, опять вызовет действие репродуктора и т.д., последовательными усилениями первоначально слабых толчков при близком расположении микрофона от репродуктора можно во всей установке вызвать непрерывный переменный ток, выражающийся в сильном вое репродуктора.
Даже в случае расположения микрофона и репродуктора в двух смежных небольших комнатах при открытой двери мы получим описанное явление. Стоит только закрыть дверь — явление прекратится.
Поэтому обычно репродукторы ставят значительно выше и достаточно далеко от места оратора.
В небольших сравнительно помещениях передача речи от своего микрофона через мощный репродуктор совершенно невозможна. (Она в этом случае, впрочем, не имеет и смысла, так как назначение громкоговорителя — помогать оратору, который в небольшом помещении свободно справится и своими голосовыми средствами).
При желании обслужить несколько аудиторий одним оратором современное мощное громкоговорительное устройство является незаменимым средством, так как каждый репродуктор вполне возможно вынести на сравнительно большое расстояние от того места, где находятся оратор и усилители.
При хороших проводах (лучше всего бронзовая воздушная линия вроде телефонной междугородней), можно увозить репродукторы на расстояние до 2-3 верст без заметного ослабления звука. Передача таким же образом разговор по подземному кабелю вызывает, наоборот, много затруднений и в общем сильно сокращает расстояние надежной связи.
В ближайших номерах «Друга Радио» мы надеемся возвратиться еще к этому вопросу при описании различных, существующих на практике громкоговорительных устройств.
Инж. В. Лебедев.
1) Так в тексте статьи. Скорее всего фраза должна быть следующей:
"... конденсатор настолько большой емкости, чтобы практически сопротивление его для всех частот, передаваемых через усилитель, было ничтожно." (прим. составителя). (назад)