"Друг Радио", №11-12, ноябрь-декабрь, 1925 год, стр. 8-12.
Автор подробно рассматривает и об'ясняет главную причину искажений в репродукторах с телефонами обычного типа и указывает простой способ их устранения. Каждый любитель может воспользоваться указанным способом для переделки хорошего обыкновенного телефона в неискажающий громкоговоритель.
Устройство наиболее простых репродукторов для громкоговорения упирается обычно в некоторую трудность избежания искажений при применении обычного типа телефонов в качестве работающего механизма.
В идее каждый телефон, несколько усиленной конструкции, как например, всем известный «форпостный» телефон, — в соединении с соответствующим рупором должен бы дать более или менее прилично работающий репродуктор (громкоговоритель).
На деле этого почти никогда не бывает по той простой причине, что телефон обычной конструкции, по природе вещей так сказать, и по своей конструкции, не может дать чистой передачи. Он искажает речь и музыку даже в том случае,когда «разговорный» ток, подведенный к его обмоткам, приходит без предварительного искажения в приемных и усилительных устройствах.
Причины этих искажений телефона лежат главным образом в особенностях работы его мембраны.
О действии телефонных (и микрофонных конечно) мембран и причинах их неудовлетворительной работы не раз уже упоминалось на страницах нашего журнала, поэтому особенно долго останавливаться на них не будем, осветив этот вопрос лишь в общих чертах.
Как известно, мембраны, представляя из себя упругое тело, склонно к так называемым собственным колебаниям определенного периода, следовательно она по этой причине будет стремиться к резонансу и выделению тех звуков, которые соответствуют ее свободным колебаниям.
Другими словами не все звуки (колебания) передаются обычной мембраной с одинаковой силой, если даже энергия тока воздействующего на обмотки телефона будет одна и та же. Телефон поэтому «выкрикивает» некоторые, так сказать, «любимые» им звуки, что конечно сильно искажает и речь и музыку.
Тембр, особая окраска звуков и голоса, как известно, зависят от определенной комбинации (сочетания) многих простых тонов из которых телефон, опять таки, склонен выделить, подчеркнуть, лишь вполне определенные, соответствующие его свободным колебаниям.
Это опять таки сильно искажает речь и музыку, иногда до того, что трудно бывает определить, что за инструмент играет или какой голос мужской или женский поет.
Как известно, существует целый ряд всевозможных конструкций, стремящихся так или иначе устранить эти неприятные свойства телефонных мембран и в качестве крайнего средства стремящихся даже совсем исключить применение мембран обычного типа, как, например, в безрупорных репродукторах типа «Диффузор», в ленточных, электродинамических и пр.
С другой стороны, обычный телефон имеет свои преимущества большой простоты, дешевизны и надежности работы и поэтому многие конструкторы стремились так или иначе усовершенствовать телефонную мембрану, устранив причины, вызывающие искажение ею различных звуков. Одним из таких средств, правда не совсем надежным, является покрытие хотя бы одной стороны мембраны густой эластичной эмалевой краской, что несколько способствует уменьшению собственных ее колебаний. Для того, чтобы понять в чем тут дело, можно проделать два вполне простых и каждому доступных опыта.
Возьмем небольшой железный или еще лучше стальной прутик и зажав его в одном конце, ударим по другому.
Прутик тогда придет в состояние «собственных» колебаний и будет довольно явственно звучать определенным тоном. Но стоит только на этот прутик надеть более или менее плотно резиновую трубку с достаточно мягкими стенками, как прежний звук при ударе значительно ослабеет, если не прекратится совсем и во всяком случае изменят свой характер, станет тусклым, глухим и будет быстро прекращаться — «затухать».
При отсутствии резиновой трубки тех же почти результатов можно добиться обматывая густо виток к витку наш прутик мягкой веревкой, резиновой лентой в несколько слоев и т. п.
В чем же дело? Почему почти совсем исчезают «собственные» колебания этого прутика?
Оказывается, что накладывая на поверхность прутика какое-либо зластичное тело (резина, мягкая бечевка) мы сильно затрудняем, как говорится «амортизируем» возможность его собственных колебаний, не даем прутику колебаться, так как он должен по закону упругости, мы вносим сильное «затухание» в его собственные колебания, почему он и перестает звучать по прежнему.
Проделаем теперь другой опыт.
Возьмем длинную гибкую линейку, деревянную или стальную — безразлично, и прижмем ее рукой к верхней поверхности стола так, чтобы она большей своей частью свешивалась вне стола.
Затем дернем за свободный конец линейки и увидим, что она начнет вибрировать, дрожать в продолжение некоторого времени. Если подвести ухо к этой вибрирующей линейке, то можно будет даже услышать некоторый, вероятно весьма низкий тон, «свойственный» этим ее собственным колебаниям.
Возьмем теперь ту же линейку в одну руку, зажмем ее один конец, в кулак этой руки, а другой рукой попробуем дернуть ее за свободный конец и вызвать опять ее свободные колебания.
Вы увидите, что прежней вибрации, колебаний вам вызвать не удастся, линейка быстро будет приходить в состояние равновесия и во всяком случае гораздо быстрее, чем в том случае, когда один ее конец будет жестко прижат к столу. И в этом случае имеет место «амортизация», прекращение колебаний и «амортизатором» служит мякоть ладони нашей руки.
Практический вывод из этих двух простых опытов таков:
Можно в некоторых случаях быстро погасить, «амортизировать», свободные собственные колебания вибрирующего тела, если:
1) покрыть его поверхность плотно прилегающим слоем эластичного материала (например резины).
2) между вибрирующим телом и предметом к которому он крепится, проложить мягкие эластичные прокладки (например резина).
И в том и в другом случае собственные колебания будут сильно затруднены, практически же можно считать их отсутствующими.
Попробуем воспользоваться результатами этих выводов для «погашения», «амортизации» собственных колебаний телефонной мембраны, что как известно из предыдущего, значительно улучшит и очистит передачу различных звуков от нежелательных выкриков и искажений.
Смысл покрытия эластичным лаком всей поверхности мембраны для нас теперь оказывается ясным: этим способом пытались также амортизировать собственные колебания ее, но правда такой метод не дает окончательно хороших результатов, хотя и улучшает в значительной мере работу мембраны.
Значительно лучше будет плотная наклейка на всю поверхность мембраны тонкого слоя мягкой резины в 0,5—1 мм. толщиной, но так как это вызывает некоторые конструктивные затруднения (например резина будет с течением времени отклеиваться, появятся пузыри между резиной и мембраной), то поступают несколько иначе.
Из резиновой трубки диаметром в 1,5—2 раза меньше диаметра мембраны вырезывается узкая полоска и полученное таким образом кольцо натягивают на ребро мембраны.
Тогда края ленты заворачиваются и ложатся вокруг обреза мембраны, как два плоских кольца (с каждой стороны ее по одному).
Чертеж 1-ый поясняет эту конструкцию.
На этом чертеже мембрана показана в разрезе под «А», резиновое же кольцо плотно обхватившее мембрану с краев, — под буквой «Б». Для ясности чертеж сделан не в масштабе: резина показана несколько толще, чем это бывает в действительности. Оказывается, что такая мембрана, плотно охваченная с краев резиновым кольцом, — в смысле колебаний обладает совершенно иными качествами по сравнению с обыкновенной мембраной: если бросить обычную мембрану на твердую поверхность, например на стол, то она издает явственно слышный звенящий звук.
Мембрана «одетая» резиной этого звука уже не издает, она звучит глухо, как кусок картона или мягкого дерева.
Взяв «голую» мембрану за середину двумя пальцами и щелкнув по ее краю, мы услышим довольно продолжительный звон, который будет совершенно отсутствовать в мембране «одетой» резиной при тех же уровнях.
Словом, такая «одетая» резиной мембрана будет практически свободна от собственных колебаний, что в смысле улучшения чистоты ее передачи, как мы уже выяснили, имеет большое значение.
Оказывается далее, что покрывая 15—20% мембраны (считая по величине ее диаметра) резиной мы получаем почти те же результаты, как если бы покрыли всю поверхность ее, особенно если резина туго охватывает края мембраны и плотно к ней прилегает.
Покрытие при этом, хотя бы одной стороны мембраны элластичным лаком и в этом случае, особенно для тонких мембран, помогает делу и таким образом так называемые «феротипные» мембраны окажутся несколько лучше обычных.
Для покрытия вполне подходящим материалом является густой эмалевый лак (не на спирту, а на скипидаре и масле) или даже простая масляная краска.
Крепление такой мембраны в телефоне представляет некоторые особенности.
Чертеж 2-ой дает представление о конструкции телефона с амортизированной мембраной.
На этом чертеже «А» — металлическая (железная) мембрана, «Б» — резиновое кольцо обтягивающее края ее, «В» — наушник, прижимающий своими нижними плоскостями мембрану к корпусу телефона «Д». Гайка «Г» служит для сборки верхней части конструкции. N и S — полюса магнитов.
Главное и существенное отличие этой конструкции от обычных заключается в том, что мембрана зажата не плотно по своим краям, а лежит на резиновых буферах, которые в свою очередь также прижаты только с тем расчетом, чтобы вся мембрана со своим резиновым кольцом плотно, без болтаний сидела в соответствующем гнезде. Кроме того, при этих конструкциях мембран применяется для их изготовления более толстая жесть или тонкая но наклепанная, навальцованная таким образом, чтобы середина ее заметно не прогибалась.
При воздействии электромагнитов мембрана таким образом должна передвигаться всей своей площадью параллельно самой себе, а не нагибаться своей серединой вверх или вниз (считая от полюсов эл.-магнитов).
В действительности конечно имеют место и некоторые колебания мембраны, как в обычных телефонах, т. е. посредством изгиба ее середины, но эти колебания незначительны, они быстро затухают, прекращаются и практически мы можем вообразить себе работу такой мембраны, как действие небольшого поршня, колеблющегося в одну и другую сторону, то ближе, то дальше от полюсов эл.-магнитов.
По всей вероятности в этом случае передвижение всей мембраны несколько меньше, чем передвижение только середины обычной неамортизированной, но за то движется вся площадь ее и звуковой эффект не ослабляется. Чистота передачи речи и музыки мембранами такой конструкции значительно лучше, чем при обычных; можно сказать даже, что почти все искажения, вносимые в передачу особыми свойствами самой мембраны, — совершенно ничтожны, практически они не существуют.
Кроме особенностей конструкции крепления мембраны, надо отметить еще одно непременное требование, пред'являемое этими мембранами к общей конструкции телефона: необходима регулировка расстояния полюсов эл.-магнитов до нижней поверхности мембраны.
Это само собою понятно, так как резиновые прокладки — материал недопускающий точной установки относительного расположения всех частей.
Кроме того, в подобного рода телефонах есть вполне определенное наивыгоднейшее расстояние мембраны от полюсов для каждой силы воздействия эл.-магнитов.
При бо́льшей силе тока в обмотках эл.-магнитов, телефон начинает дребезжать, если мембрана не на надлежащем расстоянии (чересчур близка), с другой стороны, большое удаление мембраны вызывает значительное ослабление звука.
Желательна поэтому довольно тонкая и точная регулировка, которая вполне просто достигается применением микрометрического винта (с очень мелкой нарезкой).
Можно двигать крышку с мембраной, можно передвигать всю систему электромагнитов, можно, наконец, вдвигать и выдвигать только сердечник эл.-магнитов.
Дешевле всего пожалуй конструкции вроде форпостных телефонов, где движется крышка телефона вместе с мембраной. С другой стороны, при такой конструкции, если резьба несколько ослабеет, трудно нарегулировать мембрану совершенно точно, так как зажатие контр-гайки, обычно применяемой в этом случае, сбивает несколько и растраивает регулировку.
Чаще всего поэтому, в более солидных конструкциях, применяется движение всей системы электромагнитов.
Представителем приборов, работающих по этому новому, но весьма простому методу, является репродуктор английской радиовещательной компании (B.В.С.) под названием «Амплион», получивший уже у нас большую известность.
Кроме применения принципа «поршневой мембраны», этот репродуктор выгодно отличается от других ему подобных остроумной конструкцией своего рупора, который разделен на несколько частей, эластично связанных между собою особыми резиновыми фасонными втулками.
Это приспособление еще больше улучшает чистоту передачи репродуктора, так как резиновые прокладки между отдельными частями рупора амортизируют также и свободные колебания самого рупора, отчего исчезает столь неприятный в обычных рупорах «трубный», грамофонный оттенок звуков, или во всяком случае этот вид искажений становится минимальным.
Трестом слабых токов в ближайшее время будут выпущены в продажу репродукторы типа «Амплион», которые при значительно меньшей стоимости, по сравнению со знаменитыми американскими репродукторами фирмы «Вестерн Электрик Компани», — обладают почти той же чистотой передачи при работе средней мощности.