АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С ПАССИВНЫМ ИЗЛУЧАТЕЛЕМ
Одна из разновидностей фазоинверсной акустической системы — АС с ПИ. Она отличается от закрытой АС наличием дополнительной подвижной системы (в простейшем случае — подвижной системы низкочастотной головки без катушки и магнитной цепи) (рис. 61).
102porno.club: русское порно и русское эротичные.
Эта система пассивная и возбуждается колебаниями воздуха в закрытом корпусе при работе головки, излучая звуковые волны в области низких частот. В результате суммарное звуковое давление, развиваемое АС с ПИ на низких частотах, может быть значительно больше, чем закрытой АС равного объема и с той же низкочастотной головкой. Конструкция АС с ПИ приведена на рис. 62.
По принципу действия АС с ПИ сходна с АС с ФИ. Единственное различие состоит в том, что масса воздуха в трубе фазоинвертора заменена массой подвижной системы пассивного излучателя.
Рис. 61. Головка прямого излечения (а) и пассивный излучатель (б)
Изменяя массу подвижной системы пассивного излучателя, можно значительно проще изменять его резонансную частоту по сравнению с фазоинвертором, где для этого приходилось менять размеры отверстия, диаметр или длину трубы.
Рис. 62. Конструкция АС с ПИ: 1 — пассивный излучатель; 2 — низкочастотная головка 3 — высокочастотная головка
Ранее отмечалось, что АС с ФИ имеет ряд конструктивных ограничений. Так, при настройке фазоинвертора на низкую резонансную частоту (30—50 Гц) масса воздуха в трубе должна быть достаточно большой, что обычно обеспечивается либо увеличением ее длины, либо уменьшением диаметра (при неизменном внутреннем объеме). В первом случае может получиться, что труба конструктивно не поместится в оформление, либо ее длина превысит критическое значение λн /12. Во втором случае могут резко возрасти акустические потери на трение в трубе, что снизит эффективность АС с ФИ в области низких частот.
Акустические системы с ПИ свободны от этих недостатков. Действительно, как на площадь пассивного излучателя, которая обычно выбирается равной площади диффузора головки и даже больше, так и на его массу не накладывается никаких ограничений. Поэтому при расчете этих систем можно не опасаться тех трудностей, которые возникают при применении АС с ФИ. Настройка пассивного излучателя практически на любую частоту резонанса fп его массой m и гибкостью объема воздуха Sв не вызывает затруднений. Это видно из следующего выражения:
Следует однако отметить, что собственно пассивный излучатель характеризуется не только массой, но также и гибкостью подвеса S, так что АС с ПИ является более сложной колебательной системой, чем АС с ФИ, что, естественно, усложняет ее расчет.
Принцип использования пассивных излучателей для повышения уровня звукового давления известен давно, однако практические конструкции АС с ПИ стали появляться лишь в 70-х годах. Можно отметить конструкции АС с ПИ, выпускаемые фирмами Kenwood (Япония), Selection (Англия), Ohm (США). Как следует из табл. 1, в настоящее время выпуск этих систем приближается к 10% в развитых капиталистических странах. В нашей стране также начали выпускать такие АС.
При расчете АС с ПИ так же как в АС с ФИ целесообразно находить не абсолютное значение звукового давления, а его значение по сравнению со звуковым давлением соответствующей закрытой системы. Это позволяет определить тот выигрыш, который обеспечивает АС с ПИ по сравнению с закрытой системой.
Тогда по аналогии с (40) имеем
Здесь введены обозначения, аналогичные примененным при рассмотрении АС с ФИ.
В основу расчета АС с ПИ по выражению (46) может быть положена схема акустического аналога АС с ПИ, изображенная на рис. 63. Здесь r0 — активные потери в головке, r — активные потери в пассивном излучателе.
Поскольку АС с ПИ так же, как и АС с ФИ может быть рассмотрена как система из двух излучателей, один из которых — собственно низкочастотная головка, а другой — пассивный излучатель, то расчет выражения √rsп/rs0 для пассивного излучателя ничем не отличается от его расчета для фазоинвертора.
Рис. 63. Упрощенная схема акустического аналога АС с ПИ
Единственное отличие состоит в том, что площадь пассивного излучателя может быть выбрана значительно большей, чем площадь отверстия фазоинвертора. Расчеты авторов показали, что для АС с ПИ значение √rsи/rs0 может составлять от 2,0 до 2,35 и оно частотно-малозависимо.
Выражение для ρ0 закрытого оформления подставляем в (47) в виде (42). Вывод выражения для k = x/x0 приведен в приложении 5. Здесь приводится лишь окончательное выражение:
Выражение для звукового давления АС с ПИ ( ρп ) с учетом (47), (42) и (48) может быть записано как
(49)
где А — частотно-независимый множитель.
Как видно из (49), поведение АС с ПИ может быть описано пятью параметрами: n, L, ρ, Q, Q п . Здесь кроме параметров, описывающих АС с ФИ, появился параметр ρ = S в/S , характеризующий относительную упругость (подвеса) пассивного излучателя, т. е. отношение упругости воздуха внутри оформления к упругости подвеса пассивного излучателя. Добротность фазоинвертора Qп заменяется здесь добротностью пассивного излучателя, равной Qп = ωпm/rп .
Исследования авторов показали, что число переменных можно сократить до четырех, так как значение Qп может быть выбрано фиксированным и в диапазоне Qп > 5 практически не влияет на полученные результаты.
Таким образом, характеристики АС с ПИ зависят от добротности головки, объема оформления, настройки пассивного излучателя и упругости его подвеса, при условии поддержания добротности пассивного излучателя Qп > 5.
Выражение (49) довольно громоздко. Поэтому на рис. 64—66 приводятся наборы графических зависимостей (семейства частотных характеристик), построенных по выражению (48). Каждый рисунок выполнен для фиксированных значений Q, Qп, h для семейства кривых с различными значениями настройки пассивного излучателя и относительными упругостями его подвеса.
Рис. 64. Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Q0 = 0,2, h = 0,5 (а) и Q0=0,2, h = 1,0 (б)
Здесь и на рис. 65, 66 нанесены следующие кривые:
Рис. 65. Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Q0 = 0,4, h = 0,5 (а) и Q0 = 0,4, h=1,0 (б)
Рис. 66. Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Q0 = 0,6, h = 0,5 (а) и Q0 = 0,6, h=1,0 (б)
Как видно из приведенных кривых, обычно пассивный излучатель настраивается на частоту в 2 — 3 раза ниже резонансной частоты головки в отличие от настройки фазоинвертора, резонансная частота которого может лишь незначительно отличаться от резонансной частоты головки. Что касается добротности используемых головок, то их значение составляет 0,2—0,8 и связано с объемом оформления. Чем меньше объем оформлений, тем меньшую добротность головки необходимо выбирать.
С помощью приведенных кривых могут быть решены различные задачи. Например, задавшись желательной формой частотной характеристики, типом головки и предположительным объемом оформления, выбирают параметры пассивного излучателя (его массу и гибкость). Если желаемая форма частотной характеристики не получается, наиболее просто увеличивать объем оформления. Однако могут возникнуть такие сочетания добротности головки и объема оформления, при которых получить желательную форму частотной характеристики затруднительно.
В качестве примера рассмотрим двухполосную систему ЮАС-10 с пассивным излучателем, изображенную на рис. 62. В ней в качестве низкочастотного звена 2 использована головка 10ГД-34 ø = 105 мм, а в качестве высокочастотного 3 — головка ЗГД-31. Передняя панель квадратная (315X315 мм). Корпус имеет малую глубину (125 мм). Конструкция пассивного излучателя 1 представляет собой диффузор конусной головки ( ø 140 мм) с добавочной массой. Резонансная частота головки 54 Гц, резонансная частота пассивного излучателя — 15 Гц.
Заметим, что делают попытки повысить эффективность работы АС с ПИ. На рис. 67 изображена такая АС с ПИ.
Рис. 67. Схематическое изображение сложной АС с ПИ
В этой системе имеется два закрытых объема V1 и V2. Головка 1 дает объем V1, а пассивный излучатель частью 2 возбуждает объем V1, а частью 3 — объем V2, который полностью заполнен звукопоглощающим материалом. Благодаря наличию объема V2 и связи с ним пассивного излучателя снижается резонансная частота АС с ПИ и улучшается форма ее частотной характеристики.
Пример расчета
Пусть имеется головка ЗОГД-1 с параметрами: f0 = 25 Гц, Q = 0,2, Vэ = 160 л. Необходимо найти параметры АС с ПИ для случая максимально ровной частотной характеристики системы в области низких частот.
Рассмотрим рис. 64,а, 65,а и 66,а, справедливые для Q = 0,2. Как видно, наилучшие результаты могут быть получены при п = 2 (рис. 65,а). При этом внутренний объем оформления будет равен 80 л. Теперь выбираем частоту настройки и гибкость подвеса пассивного излучателя. Предпочтение следует отдавать кривым с параметрами l = 2, р = 2 и l = 2, р = 3. Характеристика при р = 2 получается наиболее протяженной в область низких частот, спад плавный, но достигающий
9 дБ на частоте 23 Гц. Выигрыш по звуковому давлению составляет 6 дБ. Спад характеристики при l = 2, р = 3 также плавный, но составляет
7 дБ до частоты 25 Гц. Выигрыш по звуковому давлению 7 дБ.
Каковы же параметры АС с ПИ? Пассивный излучатель в обеих случаях настраивается на частоту в 2 раза ниже резонансной частоты головки (l = 2), т. е. на 22,5 Гц. Относительная упругость подвеса ПИ равна соответственно p = 2 и p = 3, т. е S = Sв/2 и S = Sв/3. Иными словами, эквивалентный объем излучателя Vэ.п (понятие аналогичное понятию — эквивалентный объем головки) при р = 2 равен эквивалентному объему головки Vэ, т. е. 160 л, а при р = 3 равен 3/2Vэ, т. е. 240 л.
Площадь ПИ выбирается равной площади диффузора головки, а масса определяется из (46) и должна быть такой, чтобы с упругостью (Sв+S) обеспечить резонансную частоту ПИ 22,5 Гц. Добротность излучателя должна быть больше 5.
Территория баса: для чего сабвуферам нужны пассивные излучатели
В рубрике «Территория баса» мы продолжаем публикацию переводов материалов из блога Джона Хантера, владельца и главного разработчика британской компании REL – всемирно известного производителя сабвуферных систем.
Сохранить и прочитать потом —
Как-то раз в компанию REL позвонил разгневанный ветеран Hi-Fi и начал допытываться: «Почему вы не используете нормальные закрытые корпуса для ВСЕХ моделей?». Как будто при создании сабвуферов принято следовать некоему сакральному правилу, которое допускает только «истинную» конструкцию корпуса – герметичную. В связи с этим мы решили коснуться некоторых технических аспектов активных и пассивных динамиков, формы и размеров корпуса для разных моделей сабвуферов. Надеемся, это поможет вам найти ответы на некоторые из вопросов.
При всём уважении к милому джентльмену, который раздражённо бросил трубку, стоит отметить, что с сабвуферами не всё так просто.
Единого рецепта на все случаи жизни не существует. Мы используем два основных подхода: закрытый корпус или конструкцию с фронтальными основными динамиками, акустически связанными с пассивными излучателями, установленными в нижней панели корпуса.
Несколько десятков лет назад два австралийца, Тиль и Смолл (очевидно, из-за прилива крови к голове, поскольку ходят они вверх ногами по другой стороне Земли!), провели исследование параметров, определяющих поведение динамиков и их взаимодействие с корпусом. Одним из наиболее важных выводов их работы является осознание того, что чем больше корпус, тем мягче воздушная «пружина» внутри него. То есть для получения полной отдачи не требуется никаких дополнительных ухищрений от конструкции корпуса. В то же время, динамики, предназначенные для размещения в небольших корпусах, можно оснащать более мягким и эластичным подвесом, допускающим достаточно длинный ход диффузора.
Акустическое оформление с пассивным излучателем (ПИ). Расчет и настройка
Существует еще одна разновидность акустического оформления громкоговорителя, способная обеспечивать воспроизведение громкоговорителем низших частот при сравнительно небольших габаритах ящика. Она имеет несколько названий, из которых наиболее правильным являются: фазоинвертор с пассивным радиатором или ФИ с закрытым отверстием. Еще такое оформление называется пассивный излучатель (ПИ) или пассивный радиатор.
Особенность этого фазоинвертора состоит в том, что громкоговоритель размещается в ящике, имеющем вблизи места его установки отверстие, с закрепленной в нем подвижной системой второго громкоговорителя без магнитной системы и центрирующей шайбы. Диаметр диффузора пассивного радиатора приблизительно равен диаметру диффузора громкоговорителя. Отверстие в звуковой катушке заклеено и в этом месте, к диффузору прикреплен дополнительный груз. Масса груза зависит, главным образом, от объема ящика и резонансной частоты фазоинвертора.
Принцип действия с пассивным радиатором аналогичен принципу действия обычного фазоинвертора. На резонансной частоте закрытого ФИ диффузор пассивного радиатора колеблется синфазно с диффузором основного громкоговорителя, обеспечивая эффективное воспроизведение сигнала в области низших частот. Таким образом, в отличие от основного фазоинвертора здесь масса в отверстии заменена массой подвижной системы пассивного радиатора, включая дополнительный груз.
Груз позволяет более просто, чем это делается при измерении размера (объема) прохода в обычном фазоинверторе, регулировать резонансную частоту фазоинвертора. При уменьшении объема ящика обычного фазоинвертора приходится увеличивать объем прохода или уменьшать площадь отверстия, что снижает эффективность фазоинвертора. Фазоинвертор с закрытым отверстием свободен от этого недостатка и в это его основное достоинство.
Пассивные излучатели нашли применение в акустических системах эпохи СССР, таких как: “25 АС-128 Электроника” и “35 АС-015 Электроника”. В современных АС такое оформление применяется в акустике PMC IB2i или сабвуфере Sunfire True Subwoofer. Пассивный излучатель может быть практически любой формы, круглой, квадратной или к примеру овальной, как показано на фото ниже:
Другим положительным качеством фазоинвертора с закрытым отверстием является несколько большая синфазность движений обоих диффузоров в области резонанса по сравнению с движением объема воздуха в отверстии и диффузора громкоговорителя в обычном фазоинверторе. Резонансная частота фазоинвертора с закрытым отверстием равна ( также как и обычного):
fф = 1 : (2Π · (√mф · Сф)), где
Расчет фазоинвертора с закрытым отверстием производят следующим образом: выбрав объем ящика Vф и, зня эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф определяют гибкость воздушного объема из выражения:
Dэф =0,85-0,9 Dдиф, где
Эквивалентный эффективный диаметр диффузора эллиптической (овальной) формы равен:
Dэкв.эф = (0,85 – 0,9) · (√Dб · Dм), где
Поскольку гибкость подвеса диффузора пассивного радиатора Спод много больше, чем гибкость воздушного объема ящика Сф, ее влияние на суммарную гибкость крайне мало и им можно пренебречь. Общая гибкость определяется по формуле:
Cобщ = (Спод · Сф) · (Спод + Сф)
Спод >> Cф, Собщ ≈ Cф.
Приняв, как обычно, резонансную частоту закрытого фазоинвертора, равной основной резонансной частоте громкоговорителя, находят массу mф, соответствующей этой частоте и гибкости выбранного объема:
mф = 1 : (4Π 2 · fф 2 · Сф)
Как указывалось выше, в эту массу входит масса диффузора пассивного радиатора mрад и присоединенная масса соколеблющегося с ним воздуха Δm, т.е.:
mф = mрад + Δm.
Величина Δm зависит от эффективного диаметра диффузора и определяется выражением:
Таким образом, диффузор радиатора должен обладать массой:
mрад = mф – Δm;
Практически этой величине и будет равняться масса груза, который необходимо установить на диффузоре. Для облегчения необходимых расчетов в таблице приводятся значения гибкости объема Сф для ящиков объемом от 20 до 80 л и диффузоров пассивного радиатора с эффективным диаметром от 15 до 22 см, там же указанна величина присоединенной массы воздуха Δm для тех же диаметров диффузоров.
Величина гибкости объема воздуха в ящиках с промежуточными значениями и эффективного диаметра диффузора радиатора определяют методом интерполяции по двум соседним значениям гибкости, между которыми находятся принятые размеры.
Для примера определим массу груза, который должен быть укреплен на диффузоре пассивного радиатора диаметром Dдиф = 22 см, устанавливаемом в ящике ФИ объемом Vф = 50 л при резонансной частоте ФИ 45 Гц. Эффективный диаметр:
Dэф = 0,87 → Dдиф=0,87 · 22 = 19 см.
Находим по таблице гибкость объема воздуха в ящике при таком эффективном диаметре диффузора: эта гибкость равна:
Полная масса диффузора должна быть:
mф = 1 : (4Π 2 · fф 2 · Сф) = 10 6 : (4Π 2 · 45 2 · 0,44) ≈ 28,4 г
Присоединенная масса воздуха, согласно таблице, равна Δm = 5,5 г. Следовательно, для получения заданной резонансной частоты необходимо установить дополнительный груз:
mрад = mф – Δm = 28,4 – 5,5 ≈ 23 г
Дополнительный груз представляется собой стальной или медный (латунный) диск толщиной h, которая для стали в зависимости от диаметра диска d, равна:
h = (0,16 · mрад) : d 2
Как указывалось выше, магнитная система и центрирующая шайба удаляются из громкоговорителя, предназначенного для работы в качестве пассивного радиатора. Это делается для того, чтобы увеличить гибкость и линейность движения подвижной системы, и устранить опасность касания звуковой катушки. При этом не уменьшается действующий объем ящика. Представление о конструкции пассивного радиатора, установленного рядом с громкоговорителем, показано на рисунке ниже, на котором видно как дополнительный груз в виде диска прикреплен в центре диффузора болтом с гайками. Отверстие в диффузоре заклеивают кусочком жесткой бумаги (ватман или тонкий картон) с зубцами, приклеенными к диффузору целлулоидным или другим клеем, например БФ-2. Само собой разумеется, что основная резонансная частота громкоговорителя, предназначенного для пассивного радиатора, не имеет ни какого значения. Или же можно купить готовые пассивные излучатели, они сейчас в большой доступности.
Для каждой полосы — свой динамик и вариант акустического оформления
Не стоит забывать, что в случае с широкополосным динамиком, ему понадобится один собственный кабинет с тщательно просчитанными характеристиками. Но если мы имеем дело с двух- или более полосной системой, то излучатель каждой полосы частот должен получить свое отдельное акустическое оформление.
Существовали различные воззрения на максимальное необходимое количество частотных полос в акустике. В некоторых образцах колонок семидесятых годов прошлого столетия, например, таких полос могло быть до 5–7. Сейчас пришли вроде бы к оптимальному количеству полос для полноразмерных акустических систем — от двух до четырех. В полочных и бюджетных напольных системах чаще делают две полосы, а более серьезные модели могут вдобавок к трем полосам иметь излучатель самых верхних частот, который называют супертвитером.
Некоторые разработчики очень много внимания уделяют форме камер драйверов
Чаще всего полноразмерная напольная колонка имеет три полосы, и тогда практически весь объем кабинета отдается под акустическое оформление низкочастотного динамика/ов. Среднечастотник имеет свой собственный бокс внутри корпуса колонки, который полностью изолирует заднюю сторону диффузора динамика от влияния низкочастотника. Что касается твитера, то тыльная сторона мембраны работает на небольшой объем, образованный конструкцией самого динамика, либо на специально сформированные дополнительные полости, например, в виде трубки.
Спереди пищалка чаще всего имеет вариант рупорного оформления, который в последнее время часто называют волноводом. Это рупор широкого раскрытия, рассчитанный таким образом, чтобы диаграмма направленности пищалки соответствовала всем остальным излучателям, формируя правильную область прослушивания, то есть область, в которой звучание нашей колонки будет наиболее качественным.
Пассивный излучатель поднимает НЧ акустической системы
Большой проблемой для любой акустической системы являются низкие частоты. Чтобы поднять их уровень чаще всего применяется фазоинвертор. Он не сложен в изготовлении, но довольно сложно его правильно рассчитать. Намного проще поднять басы акустической системы, установив в них пассивный излучатель своими руками. Поэтому в этой статье рассмотрим подробнее что такое пассивный излучатель.
Что такое пассивный излучатель
Пассивный излучатель (он же пассивный динамик) — это излучатель, лишенный магнитной системы и катушки. Он не способен преобразовывать электрический сигнал в звуковые колебания, а значит не может работать самостоятельно и должен возбуждаться активным излучателем, установленным в тот же закрытый корпус.
Наиболее эффективен пассивный излучатель на низких частотах. Н а средних и высоких частотах звукового давления, создаваемого активным излучателем, просто недостаточно. Поэтому используя пассивный динамик можно своими руками значительно улучшить басы вашей акустической системы.
Фазоинвертор, лабиринт, ПАС
Акустическое оформление «закрытый ящик» при неплохом звучании имеет и негативные моменты. Мало того, что сам по себе коэффициент полезного действия нашего динамика не так уж высок. В закрытом ящике к тому же «работает» только передняя поверхность диффузора, излучение задней поверхности до нашего слуха не доходит, понижая КПД системы приблизительно вдвое.
Применить с пользой излучение с задней стороны диффузора позволяет акустическое оформление «фазоинвертор». В ящик вставляется труба, и ее геометрия в сочетании с объемом ящика рассчитывается таким образом, чтобы резонанс получившейся системы приходился в нужную область частотного диапазона, а излучение в этой частотной области для слушателя было синфазным (синхронным) с передней поверхностью диффузора.
Таким образом, излучение, «забранное» от задней поверхности диффузора, дополняет излучение передней. КПД системы на низких частотах резко повышается. Именно поэтому практически в большинстве современных колонок используется фазоинвертор. С другой стороны, такое оформление может привести к определенному падению качества звучания, причем именно в басовом диапазоне.
Акустическое оформление — трасмиссионная линия
Отдельным классом акустического оформления считается лабиринтное, в котором к тыльной стороне динамика примыкает достаточно длинный фазоинвертор, сделанный в виде некоего криволинейного канала. Кроме того, и сам порт фазоинвертора может иметь переменное сечение и специальную аэродинамическую геометрию поверхностей, которая предотвращает дополнительные призвуки от движения столба воздуха внутри фазоинвертора.
Иногда это действительно похоже на лабиринт
Отчасти аналогичный принцип реализован в акустическом оформлении с применением панели акустического сопротивления, когда, к примеру, задняя стенка закрытого ящика делается перфорированной, то есть, с множеством отверстий, закрытых тканью, создающей определенное сопротивление потоку воздуха.
АЧХ колонки с пассивным излучателем
Установка пассивного излучателя приводит к увеличению площади излучающей поверхности. Два диффузора колеблются вместе, поэтому во-первых повышается уровень в НЧ диапазоне, а во вторых и повышается КПД всей акустической системы.
Для примера рассмотрим обобщенную АЧХ акустической системы до и после вставки пассивного излучателя.
На сравнительном графике видно, что при наличии пассивного излучателя, АЧХ акустической системы значительно повышается в диапазоне от 20 до 500Гц. А это и есть низкочастотная область, т.е. те самые басы.
Как активный, так и каждый пассивный излучатель имеет свою резонансную частоту. На этой частоте его колебания максимальны.
Основную трудность для любой акустической системы обычно представляют самые низкие частоты, поэтому резонансную частоту всегда стараются понизить. Для этого диффузор пассивного динамика делают большей массы.
Колонка с пассивным излучателем
Если вы хотите своими руками сделать портативную колонку, то перед вами стоит вопрос контроля заряда аккумулятора. Для этих целей рекомендую глянуть статью Умный контроллер заряда литиевых аккумуляторов — модуль на tp4056. Тем более что стоят такие модули всего 30 центов за штуку.
Но даже если колонка не портативная, а настольная диаметр диффузора пассивного динамика должен быть больше или равен диаметру активного излучателя.
При этом собственный резонанс пассивного излучателя должен лежать ниже резонанса основного динамика. В идеале, для настольной акустики он должен лежать ниже 20Гц. Будет еще лучше, если такую же низкую резонансную частоту будет иметь и активный громкоговоритель.
Применяется пассивный излучатель только в корпусе типа закрытый ящик. Т.к. возбуждается он только колебаниями воздуха внутри корпуса от активной головки. Следовательно любая негерметичность корпуса колонки с пассивным излучателем сильно снижает эффективность отдачи по басам.
Пример расчета
Пусть имеется головка ЗОГД-1 с параметрами: f0 = 25 Гц, Q = 0,2, Vэ = 160 л. Необходимо найти параметры АС с ПИ для случая максимально ровной частотной характеристики системы в области низких частот.
Рассмотрим рис. 64,а, 65,а и 66,а, справедливые для Q = 0,2. Как видно, наилучшие результаты могут быть получены при п = 2 (рис. 65,а). При этом внутренний объем оформления будет равен 80 л. Теперь выбираем частоту настройки и гибкость подвеса пассивного излучателя. Предпочтение следует отдавать кривым с параметрами l = 2, р = 2 и l = 2, р = 3. Характеристика при р = 2 получается наиболее протяженной в область низких частот, спад плавный, но достигающий
9 дБ на частоте 23 Гц. Выигрыш по звуковому давлению составляет 6 дБ. Спад характеристики при l = 2, р = 3 также плавный, но составляет
7 дБ до частоты 25 Гц. Выигрыш по звуковому давлению 7 дБ.
Каковы же параметры АС с ПИ? Пассивный излучатель в обеих случаях настраивается на частоту в 2 раза ниже резонансной частоты головки (l = 2), т. е. на 22,5 Гц. Относительная упругость подвеса ПИ равна соответственно p = 2 и p = 3, т. е S = Sв/2 и S = Sв/3. Иными словами, эквивалентный объем излучателя Vэ.п (понятие аналогичное понятию — эквивалентный объем головки) при р = 2 равен эквивалентному объему головки Vэ, т. е. 160 л, а при р = 3 равен 3/2Vэ, т. е. 240 л.
Площадь ПИ выбирается равной площади диффузора головки, а масса определяется из (46) и должна быть такой, чтобы с упругостью (Sв+S) обеспечить резонансную частоту ПИ 22,5 Гц. Добротность излучателя должна быть больше 5.
Вернуться на главную страницу …
Пассивный излучатель своими руками
Можно легко сделать пассивный излучатель своими руками, удалив у низкочастотного динамика магнитную систему и подвижную катушку. Лучше использовать басовый динамик диаметром не меньше предполагаемого активного излучателя. Так же не лишним будет немного утяжелить диффузор.
Не обязательно препарировать нормальный динамик, чтобы сделать из него пассивный динамик своими руками. Лучше использовать его по назначению, а в дополнение к нему дешево купить пассивный излучатель на AliExpress.
Показанные выше пассивные излучатели отлично подходят для создания самодельных портативных колонок. Они обладают диаметром 2 дюйма и стоят всего 143 рубля за пару. Покупать рекомендую в этом магазине.
Еще более интересный вариант:
Эти пассивные излучатели уже меньше похожи на обычные динамики потому, что лишены металлической корзины и имеют минимальную толщину. Они обладают диаметром 3 дюйма (79мм), за счет чего могу обеспечить лучшие басы. Обойдутся они несколько дороже — 515 рублей за пару. Ссылка на магазин.
Больше диаметр — больше басов:
Это уже 4-х дюймовый пассивный излучатель басов. Его цена так же не столь велика и составляет 260 рублей. Купить его можно тут. Однако благодаря большему диаметру он еще лучшую отдачу по низким частотам.
Эксперимент по изготовлению пассивного динамика «излучателя» для портативных колонок.
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Задумал сделать блютус колонку.
Все комплектующие вроде в наличии, нет только пассивных динамиков для басов.
У нас в городе такую «ерунду» продавать не выгодно, а заказывать из Китая долго ждать.
Решил попробовать сделать.
Начертил простую модельку пресс-формы и отправил на печать.
Последовательность изготовления такая:
1. Нанести разделительный слой на пресс-форму. Я этого не сделал и в результате мембрана очень трудно отделялась и куски силикона оставались на форме. «видно на фото»
2. Намазать силикон «обычный из строймага» на обе половины формы толщиной 2мм, лишнее выдавится.
3. Наложить на одну из половин формы два куска марли или бинта под углом 45 градусов.
4. Сложить формы и поставить под груз отвердевать.
5. Обрезать лишнее и вынуть мембрану.
6. Наклеить супер клеем кольцо и пластину.
Для быстрой проверки сработает ли моя затея, собрал импровизированную колонку из попавшейся под руки банки.
Сразу скажу что даже учитывая то что мне не удалось добиться полной герметичности колонки, звук с пассивным динамиком заметно лучше чем без него.
Из достоинств такого решения это возможность сделать свой размер и форму пассивного динамика.
Из недостатков, резонансная частота мембраны зависит от жесткости мембраны (можно подобрать увеличив количество слоев марли), и веса центрального диска (что тоже можно подобрать). У заводских же эти параметры известны. В прочем для кого то это может оказаться достоинством
Пассивный излучатель (ПИ). Расчет и настройка
Существует еще одна разновидность акустического оформления громкоговорителя, способная обеспечивать воспроизведение громкоговорителем низших частот при сравнительно небольших габаритах ящика. Она имеет несколько названий, из которых наиболее правильным являются: фазоинвертор с пассивным радиатором или ФИ с закрытым отверстием. Еще такое оформление называется пассивный излучатель (ПИ) или пассивный радиатор.
Особенность этого фазоинвертора состоит в том, что громкоговоритель размещается в ящике, имеющем вблизи места его установки отверстие, с закрепленной в нем подвижной системой второго громкоговорителя без магнитной системы и центрирующей шайбы. Диаметр диффузора пассивного радиатора приблизительно равен диаметру диффузора громкоговорителя. Отверстие в звуковой катушке заклеено и в этом месте, к диффузору прикреплен дополнительный груз. Масса груза зависит, главным образом, от объема ящика и резонансной частоты фазоинвертора.
Принцип действия с пассивным радиатором аналогичен принципу действия обычного фазоинвертора. На резонансной частоте закрытого ФИ диффузор пассивного радиатора колеблется синфазно с диффузором основного громкоговорителя, обеспечивая эффективное воспроизведение сигнала в области низших частот. Таким образом, в отличие от основного фазоинвертора здесь масса в отверстии заменена массой подвижной системы пассивного радиатора, включая дополнительный груз.
Груз позволяет более просто, чем это делается при измерении размера (объема) прохода в обычном фазоинверторе, регулировать резонансную частоту фазоинвертора. При уменьшении объема ящика обычного фазоинвертора приходится увеличивать объем прохода или уменьшать площадь отверстия, что снижает эффективность фазоинвертора. Фазоинвертор с закрытым отверстием свободен от этого недостатка и в это его основное достоинство.
Пассивные излучатели нашли применение в акустических системах эпохи СССР, таких как: “25 АС-128 Электроника” и “35 АС-015 Электроника”. В современных АС такое оформление применяется в акустике PMC IB2i или сабвуфере Sunfire True Subwoofer. Пассивный излучатель может быть практически любой формы, круглой, квадратной или к примеру овальной, как показано на фото ниже:
Другим положительным качеством фазоинвертора с закрытым отверстием является несколько большая синфазность движений обоих диффузоров в области резонанса по сравнению с движением объема воздуха в отверстии и диффузора громкоговорителя в обычном фазоинверторе. Резонансная частота фазоинвертора с закрытым отверстием равна ( также как и обычного):
fф = 1 : (2Π · (√mф · Сф)), где
- mф – масса подвижной системы пассивного радиатора плюс соколеблющаяся с ним масса воздуха, присоединенная к диффузору, г;
- Сф – результирующая гибкость (величина, обратная упругости) объема воздуха в ящике и дополнительной подвижной системы, см. дин.
Расчет фазоинвертора с закрытым отверстием производят следующим образом: выбрав объем ящика Vф и, зня эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф определяют гибкость воздушного объема из выражения:
Здесь объем ящика Vф выражен в см 3 , а эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф в см. Напомним, что эффективный диаметр диффузора равен:
Dэф =0,85-0,9 Dдиф, где
- Dдиф – полный диаметр диффузора (правильно измерять диаметр – от центра подвеса (гофра) с одной стороны до центра подвеса другой стороны).
Эквивалентный эффективный диаметр диффузора эллиптической (овальной) формы равен:
Dэкв.эф = (0,85 – 0,9) · (√Dб · Dм), где
- Dб – большой диаметр эллипса;
- Dм – малый диаметр эллипса.
Поскольку гибкость подвеса диффузора пассивного радиатора Спод много больше, чем гибкость воздушного объема ящика Сф, ее влияние на суммарную гибкость крайне мало и им можно пренебречь. Общая гибкость определяется по формуле:
Cобщ = (Спод · Сф) · (Спод + Сф)
Спод >> Cф, Собщ ≈ Cф.
Приняв, как обычно, резонансную частоту закрытого фазоинвертора, равной основной резонансной частоте громкоговорителя, находят массу mф, соответствующей этой частоте и гибкости выбранного объема:
mф = 1 : (4Π 2 · fф 2 · Сф)
Как указывалось выше, в эту массу входит масса диффузора пассивного радиатора mрад и присоединенная масса соколеблющегося с ним воздуха Δm, т.е.:
mф = mрад + Δm.
Величина Δm зависит от эффективного диаметра диффузора и определяется выражением:
Δm = (8 · 10 -4 ) · Dэф 3 , г
Таким образом, диффузор радиатора должен обладать массой:
mрад = mф – Δm;
Практически этой величине и будет равняться масса груза, который необходимо установить на диффузоре. Для облегчения необходимых расчетов в таблице приводятся значения гибкости объема Сф для ящиков объемом от 20 до 80 л и диффузоров пассивного радиатора с эффективным диаметром от 15 до 22 см, там же указанна величина присоединенной массы воздуха Δm для тех же диаметров диффузоров.
| VФ, л | Гибкость объема ящика, см/дин 10 -6 при Dэф, см | ||||||
| 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 22 | |
| Δm, г | 1,7 | 3,3 | 3,9 | 4,7 | 5,5 | 6,4 | 8,6 |
| 20 | 0,45 | 0,35 | 0,27 | 0,22 | 0,17 | 0,14 | 0,1 |
| 30 | 0,67 | 0,52 | 0,41 | 0,32 | 0,26 | 0,21 | 0,15 |
| 40 | 0,9 | 0,69 | 0,55 | 0,43 | 0,35 | 0,29 | 0,19 |
| 50 | 1,12 | 0,87 | 0,68 | 0,54 | 0,44 | 0,36 | 0,24 |
| 60 | 1,35 | 1,04 | 0,82 | 0,65 | 0,52 | 0,43 | 0,29 |
| 70 | 1,57 | 1,21 | 0,95 | 0,76 | 0,61 | 0,5 | 0,34 |
| 80 | 1,8 | 1,4 | 1,09 | 0,87 | 0,7 | 0,57 | 0,39 |
Величина гибкости объема воздуха в ящиках с промежуточными значениями и эффективного диаметра диффузора радиатора определяют методом интерполяции по двум соседним значениям гибкости, между которыми находятся принятые размеры.
Для примера определим массу груза, который должен быть укреплен на диффузоре пассивного радиатора диаметром Dдиф = 22 см, устанавливаемом в ящике ФИ объемом Vф = 50 л при резонансной частоте ФИ 45 Гц. Эффективный диаметр:
Dэф = 0,87 → Dдиф=0,87 · 22 = 19 см.
Находим по таблице гибкость объема воздуха в ящике при таком эффективном диаметре диффузора: эта гибкость равна:
Сф = 0,44 · 10 -6 см/дин.
Полная масса диффузора должна быть:
mф = 1 : (4Π 2 · fф 2 · Сф) = 10 6 : (4Π 2 · 45 2 · 0,44) ≈ 28,4 г
Присоединенная масса воздуха, согласно таблице, равна Δm = 5,5 г. Следовательно, для получения заданной резонансной частоты необходимо установить дополнительный груз:
mрад = mф – Δm = 28,4 – 5,5 ≈ 23 г
Дополнительный груз представляется собой стальной или медный (латунный) диск толщиной h, которая для стали в зависимости от диаметра диска d, равна:
h = (0,16 · mрад) : d 2
Как указывалось выше, магнитная система и центрирующая шайба удаляются из громкоговорителя, предназначенного для работы в качестве пассивного радиатора. Это делается для того, чтобы увеличить гибкость и линейность движения подвижной системы, и устранить опасность касания звуковой катушки. При этом не уменьшается действующий объем ящика. Представление о конструкции пассивного радиатора, установленного рядом с громкоговорителем, показано на рисунке ниже, на котором видно как дополнительный груз в виде диска прикреплен в центре диффузора болтом с гайками. Отверстие в диффузоре заклеивают кусочком жесткой бумаги (ватман или тонкий картон) с зубцами, приклеенными к диффузору целлулоидным или другим клеем, например БФ-2. Само собой разумеется, что основная резонансная частота громкоговорителя, предназначенного для пассивного радиатора, не имеет ни какого значения. Или же можно купить готовые пассивные излучатели, они сейчас в большой доступности.
Проектируя фазоинвертор с закрытым отверстием, не следует делать его объемом менее 30-40 л при резонансной частоте ниже 50 Гц, т.к. увеличение массы подвижной системы пассивного, также как и массы воздуха в проходе обычного ФИ, ухудшает переходные характеристики громкоговорителя.
Проверить правильность настройки сделанного фазоинвертора можно либо по видимой при резонансе ФМ амплитуде колебаний пассивного радиатора, либо по возрастающей при резонансе громкости, в чем можно убедиться, поставив кусок фанеры между диффузорами и поднесся ухо к диффузору пассивного радиатора. Также, как и в обычном фазоиверторе, частотная характеристика полного сопротивления громкоговорителя в фазоиверторе с закрытым отверстием должна иметь два максимум почти одинаковой высоты.
Ящик для фазоивертора можно изготовить из фанеры или ДСП плит толщиной 8-12 мм, при этом следует учесть, что он не должен иметь щелей. Внутрь ящика полезно поместить звукопоглощающий материал, например, поролон толщиной 15-30 мм, который сделает более гладкой частотную характеристику громкоговорителя в области средних частот.
Акустическая система с пассивным излучателем
Существует еще одна разновидность акустического оформления громкоговорителя, способная как и акустическое оформление, описанные в журналах «Радио», 1972 г. № 8 и 1973 г. №6, обеспечивать воспроизведение громкоговорителем низших частот при сравнительно небольших габаритах ящика. Она имеет несколько названий, из которых наиболее правильным являются: фазоинвертор с пассивным радиатором или ФИ с закрытым отверстием.
Особенность этого фазоинвертора состоит в том, что громкоговоритель размещается в ящике, имеющем вблизи места его установки отверстие, с закрепленной в нем подвижной системой второго громкоговорителя без магнитной системы и центрирующей шайбы. Диаметр диффузора пассивного радиатора в акустике приблизительно равен диаметру диффузора громкоговорителя. Отверстие в звуковой катушке заклеено и в этом месте, к диффузору прикреплен дополнительный груз. Масса груза зависит, главным образом, от объема ящика и резонансной частоты фазоинвертора.
Рис. 1. Акустическая система с пассивным излучателем
Принцип действия с пассивным излучателем аналогичен принципу действия обычного фазоинвертора (см. «Радио», 1973, № 8). На резонансной частоте закрытого ФИ диффузор пассивного радиатора колеблется синфазно с диффузором основного НЧ-динамика, обеспечивая эффективное воспроизведение сигнала в области низших частот. Таким образом, в отличие от основного фазоинвертора здесь масса в отверстии заменена массой подвижной системы пассивного радиатора, включая дополнительный груз.
Груз позволяет более просто, чем это делается при измерении размера (объема) прохода в обычном фазоинверторе, регулировать резонансную частоту фазоинвертора. При уменьшении объема ящика обычного фазоинвертора приходится увеличивать объем прохода или уменьшать площадь отверстия, что снижает эффективность фазоинвертора. Фазоинвертор с закрытым отверстием свободен от этого недостатка и в это его основное достоинство.
АЧХ колонки с пассивным радиатором
Для примера рассмотрим обобщенную АЧХ акустической системы до и после вставки пассивного излучателя.
Рис. 2. АЧХ колонки с пассивным радиатором
На графике видно, что при наличии пассивного излучателя, АЧХ акустической системы значительно повышается в диапазоне от 20 до 500Гц. А это и есть низкочастотная область, т.е. те самые басы.
Как активный, так и каждый пассивный излучатель имеет свою резонансную частоту. На этой частоте его колебания максимальны.
Основную трудность для любой акустической системы обычно представляют самые низкие частоты, поэтому резонансную частоту всегда стараются понизить. Для этого диффузор пассивного динамика делают большей массы.
Расчет пассивного излучателя
Другим положительным качеством фазоинвертора с закрытым отверстием является несколько большая синфазность движений обоих диффузоров в области резонанса по сравнению с движением объема воздуха в отверстии и диффузора громкоговорителя в обычном фазоинверторе. Резонансная частота фазоинвертора с закрытым отверстием равна (также как и обычного):
где mф — масса подвижной системы пассивного радиатора плюс соколеблющаяся с ним масса воздуха, присоединенная к диффузору, г; Сф — результирующая гибкость (величина, обратная упругости) объема воздуха в ящике и дополнительной подвижной системы, см/дин.
Расчет фазоинвертора с закрытым отверстием производят следующим образом: выбрав объем ящика Vф и, зная эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф определяют гибкость воздушного объема из выражения:
Здесь объем ящика Vф выражен в см 3 , а эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф в см. Напомним, что эффективный диаметр диффузора равен Dэф =0,85–0,9 Dдиф, где Dдиф — полный диаметр диффузора.
Эквивалентный эффективный диаметр диффузора эллиптической (овальной) формы равен:
где Dб — большой, а Dм — малый диаметр эллипса. Поскольку гибкость подвеса диффузора пассивного радиатора Спод много больше, чем гибкость воздушного объема ящика Сф, ее влияние на суммарную гибкость крайне мало и им можно пренебречь.
Общая гибкость определяется по формуле:
И когда Спод>>Cф, Собщ≈Cф.
Приняв, как обычно, резонансную частоту закрытого фазоинвертора, равной основной резонансной частоте громкоговорителя, находят массу мф, соответствующей этой частоте и гибкости выбранного объема:
Как указывалось выше, в эту массу входит масса диффузора пассивного радиатора mрад и присоединенная масса соколеблющегося с ним воздуха Δm, т.е. mф = mрад + Δm. Величина Δm зависит от эффективного диаметра диффузора и определяется выражением Δm = 8*10 -4 D 3 эф г. Таким образом, диффузор радиатора должен обладать массой mрад = mф – Δm; практически этой величине и будет равняться масса груза, который необходимо установить на диффузоре. Для облегчения необходимых расчетов в таблице приводятся значения гибкости объема Сф для ящиков объемом от 20 до 80 литров и диффузоров пассивного радиатора с эффективным диаметром от 15 до 22 см, там же указанна величина присоединенной массы воздуха Δm для тех же диаметров диффузоров.
| Vф, л | Гибкость объема ящика, см/дин 10 -6 при Dэф, см | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 22 | |
| Δ m, г | 1,7 | 3,3 | 3,9 | 4,7 | 5,5 | 6,4 | 8,6 |
| 20 | 0,45 | 1,35 | 0,27 | 0,22 | 0,17 | 0,14 | 0,1 |
| 30 | 0,67 | 0,52 | 0,41 | 0,32 | 0,26 | 0,24 | 0,15 |
| 40 | 0,9 | 0,69 | 0,55 | 0,43 | 0,35 | 0,29 | 0,19 |
| 50 | 1,12 | 0,87 | 0,68 | 0,54 | 0,44 | 0,366 | 0,24 |
| 60 | 0,35 | 1,04 | 0,82 | 0,65 | 0,52 | 0,43 | 0,29 |
| 70 | 1,57 | 1,21 | 0,95 | 0,76 | 0,61 | 0,5 | 0,34 |
| 80 | 1,8 | 1,4 | 1,09 | 0,87 | 0,7 | 0,57 | 0,39 |
Величина гибкости объема воздуха в ящиках с промежуточными значениями и эффективного диаметра диффузора радиатора определяют методом интерполяции по двум соседним значениям гибкости, между которыми находятся принятые размеры.
Для примера определим массу груза, который должен быть укреплен на диффузоре пассивного радиатора диаметром Dдиф=22 см, устанавливаемом в ящике ФИ объемом Vф=50 л при резонансной частоте ФИ 45 Гц. Эффективный диаметр Dэф=0,87* Dдиф=0,87*22=19 см. Находим по таблице гибкость объема воздуха в ящике при таком эффективном диаметре диффузора; это гибкость равна Сф=0,44*10-6 см/дин. Полная масса диффузора должна быть:
Присоединенная масса воздуха, согласно таблице, равна Δm=5,5 г. Следовательно, для получения заданной резонансной частоты необходимо установить дополнительный груз mрад = mф – Δm = 28,4-5,5 ≈ 23 г. Дополнительный груз представляется собой стальной или медный (латунный) диск толщиной h, которая для стали в зависимости от диаметра диска d, равна
Как указывалось выше, магнитная система и центрирующая шайба удаляются из громкоговорителя, предназначенного для работы в качестве пассивного радиатора. Это делается для того, чтобы увеличить гибкость и линейность движения подвижной системы, и устранить опасность касания звуковой катушки.
При этом не уменьшается действующий объем ящика.
Изготовление пассивного излучателя
Представление о конструкции пассивного радиатора, установленного рядом с громкоговорителем, показано на рис. 3, на котором видно как дополнительный груз в виде диска прикреплен в центре диффузора болтом с гайками.
Рис. 3. Внешний вид динамика и его пассивного излучателя.
Отверстие в диффузоре заклеивают кусочком жесткой бумаги (ватман или тонкий картон) с зубцами, приклеенными к диффузору (см. рис 4) целлулоидным или другим клеем, например БФ-2. Само собой разумеется, что основная резонансная частота громкоговорителя, предназначенного для пассивного радиатора, не имеет ни какого значения.
Рис. 4. Заклейка отверстия в диффузоре после удаления катушки.
Или можно купить на алиэкспресс. Тут по 3,4$ или тут за 10,5$.
Проектируя фазоинвертор с закрытым отверстием, не следует делать его объемом менее 30–40 литров при резонансной частоте ниже 50 Гц, т.к. увеличение массы подвижной системы пассивного, также как и массы воздуха в проходе обычного ФИ, ухудшает переходные характеристики громкоговорителя.
Изготовление акустики с пассивным излучателем
В отличие от фазоинвертора акустика с пассивным излучателем настраивают на частоту в 2–3 раза ниже резонансной частоты головки fS.
При этом добротность используемых головок должна быть в пределах 0,2–0,8.
Чем меньше объём оформления, тем меньше должна быть добротность головки.
Ящик для фазоивертора можно изготовить из фанеры или ДСП плит толщиной 8–12 мм, при этом следует учесть, что он не должен иметь щелей. Внутрь ящика полезно поместить звукопоглощающий материал, например, поролон толщиной 15–30 мм, который сделает более гладкой частотную характеристику громкоговорителя в области средних частот.
Проверить правильность настройки сделанного фазоинвертора можно либо по видимой при резонансе ФМ амплитуде колебаний пассивного радиатора, либо по возрастающей при резонансе громкости, в чем можно убедиться, поставив кусок фанеры между диффузорами и поднесся ухо к диффузору пассивного радиатора.
Также, как и в обычном фазоиверторе, частотная характеристика полного сопротивления громкоговорителя в фазоиверторе с закрытым отверстием должна иметь два максимум почти одинаковой высоты.