Про сабостроение…vol2
vol 1 тут
рассмотрим программу bass port, эта программа является вспомогательным инструментом при постройке ФИ портов, рассмотрим 2 варианта портов-труба и щелевой на повседнев.Возьмём для примера динамик kicx pro300.
открываем программу:
1.Скорость звука — это значение задано программой(344 м/с) трогать его не нужно.
2.Частота настройки ФИ-это и есть та частота на которую мы хотим настроить наш порт(в нашем случае возьмём 35 ГЦ).
3.Внутренний объём ящика-указываем чистый литраж с которым будет работать динамик(если наприме короб на 70 литров-5литров вытесняет динамик, 15 литров вытесняет порт-укзываем в нашем случае 50литров)
4.Диаметр диффузора-диаметр диффузора мерием линейкой от центра подвеса как на картинке
замеряем диаметр подвеса
(в нашем случае 240мм)
5.Количество НЧ динамиков-здесь указываем колличество динамиков на корпус(в нашем случае1)
6.Максимальный ход диффузора-это параметр максимального хода от пика до пика, пишут на сайтах производителя динамика или в инструкции как Xmax (у нас Xmax 16,2мм, в платных и light версиях программы ставим x max как написан в характеристиках динамика, в betta версиях умножаем xmax на 2(в данном примере 16,2*2=32,4).
7.Количество портов-здесь указываем количество портов, пока что ставим 1 но потом возможно будем менять если нам не будет подходить скорость воздуха или длина порта.
8.Сечение порта-круг(труба) или прямоугольник (щелевой).
Нажимаем пересчитать в правой графе "Граничные значения"-в этой графе параметры неизменны-их задаёт программа-это минимальные значения порта для параметров динамика которые мы ввели.
9.D-это диаметр порта(трубы)его задаём мы(допустим у нас валяется труба 100мм-вводим это значение).
нажимаем внизу пересчитать.
10.L-это длина трубы, её уже нам выдаёт программа(если мы будем делать например 2 трубы то L указывает длину каждой трубы а не общую длину, у нас пока 1 труба, и её длина составляет 30,2 см)
11.Это геометрия портов, мы выбираем форму порта, мы рассмотрим простой порт, также там есть экспо, песочные часы-но попервой они сложны в изготовлении и расчётах.
12.Макс.скорость воздуха-по этому параметру мы должны подгонять порт(а точнее менять их диаметр и количество)У нас получилось 10,26 м/с-этот порт получится шумным(красное значение-это ярко выраженый шум порта, розовый-менее выраженый, нормальным значением считается показатель чёрного цвета-чего мы и будем добиватся путём подгона порта).
13.Объём порта-это тот литраж который вытеснят трубы находясь в коробе полностью, это нам пригодится при постройке короба, с этой программы и нужно начинать проектировку короба.Как только мы подгоним параметры уже потом нужно будет считать грязный литраж короба.
Итак что мы имеем:для этого динамика одной 100мм трубы мало(скорость воздуха красная)
Меняем в пункте количество портов на 2, нажимаем справа пересчитать, теперь нажимаем внизу пересчитать.У нас скорость воздуха получилась 5,13-это нормальный показатель(черного цвета).Теперь смотрим на длину труб-она составляет 68,6 см-этому тоже стоит обратить внимание, влезут ли такие порты в ваш коробок(для примера если порты будут в крыло, то ширина короба должна быть не менее 82 см-это 68 длина порта+10см растояние от стенки до входа в порт(тут тоже момент-внутри короба вход в трубу от стенки не должен быть меньше диаметра трубы(у нас 10см))+4см собеих краёв толщина фанеры.Если вас устраиваёт всё то можете рисовать короб.Так же можно поигратся с портами меняя их диаметр и количество(это зависит от наличия труб в магазине или хлама в сарае)
Ну допустим нас не устраивает такая длина, меняем диаметр порта на 80мм.в количестве 2 шт.
у нас получилась длина портов 42,6см, и скорость воздуха с небольшим шумом, которые будет слышно только близко от порта(розового цвета)8,02м/с.
Если нас всё устривает то только сейчас мы можем приступить к расчёту короба:Мы имеем 2 трубы диаметром 80мм длиной по 42,6 см КАЖДАЯ!и объём портов 4,2литра(это объём двух портов а не одного)
Итог- 5 литров вытесняет динамик, 4.2 литра вытесняет порт(динамику нужно 50литров чистого как было выше написано) = 59,2 литров нужен короб, округлим до 60(грязный объём).
считаем по формуле из прошлого поста 60000 делим на ширину 50,6(это с учётом порта 42,6+8см вход в порт) и делим например на высоту 40см=29,6см глубина короба.Теперь прибавляем толщину стенок(по 2 см с каждой стороны) и имеем такие размеры — ширина 54,6 высота 44см, глубина 33,6 см.
получается такой коробок
Весь это пост считается сугубо ознакомительным, и параметры написаные в данном посте указаны только для ознакомления работы программы, программа програмой а головой думать всё равно придётся…след пост будет по щелевым портам vol3.
Фазоинвертор: короче!
Заголовок этот, на наш взгляд, соответствовал содержанию статьи только формально. Действительно, речь идет о соотношении простейшей теоретической модели фазоинвертора и тех сюрпризов, которые готовит практика. Но это — если формально и поверхностно. А по существу, статья содержит ответ на вопросы, которые возникают, судя по редакционной почте, сплошь и рядом при расчете и изготовлении сабвуфера-фазоинвертора.
Вопрос первый: «Если рассчитать фазоинвертор по формуле, известной уже давным-давно, получится ли у готового фазоинвертора расчетная частота?» Наш итальянский коллега, съевший на своем веку собак эдак с десяток на фазоинверторах, отвечает: «Нет, не получится». А потом объясняет, почему и, что самое ценное, на сколько именно не получится.
Вопрос второй: «Рассчитал тоннель, а он такой длинный, что никуда не помещается. Как быть?» И здесь синьор предлагает настолько оригинальные решения, что именно эту сторону его трудов мы и вынесли в заголовок. Так что ключевое слово в новом заголовке надо понимать не по-новорусски (иначе мы бы написали: «короче — фазоинвертор»), а совершенно буквально. Геометрически. А теперь слово для выступления имеет синьор Матараццо.
Об авторе: Жан-Пьеро Матараццо родился в 1953 г. в городе Авеллино, Италия. С начала 70-х работает в области профессиональной акустики. Долгие годы был ответственным за тестирование акустических систем для журнала «Suono» («Звук»). В 90-х годах разработал ряд новых математических моделей процесса излучения звука диффузорами громкоговорителей и несколько проектов акустических систем для промышленности, включая популярную в Италии модель «Опера».
Магические формулы!
Одно из наиболее часто встречающихся пожеланий в электронной почте автора — привести «магическую формулу», по которой читатель ACS мог бы сам рассчитать фазоинвертор. Это, в принципе, нетрудно. Фазоинвертор представляет собой один из случаев реализации устройства под названием «резонатор Гельмгольца». Формула его расчета не намного сложнее самой распространенной и доступной модели такого резонатора. Пустая бутылочка из-под кока-колы (только обязательно бутылка, а не алюминиевая банка) — именно такой резонатор, настроенный на частоту 185 Гц, это проверено.
Рис 1. Схема резонатора Гельмгольца. То, от чего все происходит.
Впрочем, резонатор Гельмгольца намного древнее даже этой, постепенно выходящей из употребления упаковки популярного напитка. Однако и классическая схема резонатора Гельмгольца схожа с бутылкой (рис. 1). Для того чтобы такой резонатор работал, важно, чтобы у него был объем V и тоннель с площадью поперечного сечения S и длиной L. Зная это, частоту настройки резонатора Гельмгольца (или фазоинвертора, что одно и то же) теперь можно рассчитать по формуле:
Формула расчета частоты настройки резонатора Гельмгольца
где Fb — частота настройки в Гц, с — скорость звука, равная 344 м/с, S — площадь тоннеля в м 2 , L — длина тоннеля в м, V — объем ящика в м 3 , π = 3,14, это само собой.
Эта формула действительно магическая, в том смысле, что настройка фазоинвертора не зависит от параметров динамика, который будет в него установлен. Объем ящика и размеры тоннеля частоту настройки определяют раз и навсегда. Все, казалось бы, дело сделано. Приступаем. Пусть у нас есть ящик объемом 50 литров. Мы хотим превратить его в корпус фазоинвертора с настройкой на 50 Гц. Диаметр тоннеля решили сделать 8 см. По только что приведенной формуле частота настройки 50 Гц получится, если длина тоннеля будет равна 12,05 см.
Рис 2. Классическая конструкция фазоинвертора. При этом часто не учитывают влияние стенки.
Аккуратно изготавливаем все детали, собираем их в конструкцию, как на рис. 2, и для проверки измеряем реально получившуюся резонансную частоту фазоинвертора. И видим, к своему удивлению, что она равна не 50 Гц, как полагалось бы по формуле, а 41 Гц. В чем дело и где мы ошиблись? Да нигде.
Рис 3. Фазоинвертор с тоннелем, концы которого находятся в свободном пространстве. Здесь влияния стенок нет.
Наш свежепостроенный фазоинвертор оказался бы настроен на частоту, близкую к полученной по формуле Гельмгольца, если бы он был сделан, как показано на рис. 3. Этот случай ближе всего к идеальной модели, которую описывает формула: здесь оба конца тоннеля «висят в воздухе», относительно далеко от каких-либо преград. В нашей конструкции один из концов тоннеля сопрягается со стенкой ящика. Для воздуха, колеблющегося в тоннеле, это небезразлично, из-за влияния «фланца» на конце тоннеля происходит как бы его виртуальное удлинение. Фазоинвертор окажется настроенным так, как если бы длина тоннеля была равна 18 см, а не 12, как на самом деле.
Рис 4. Можно вывести тоннель полностью наружу. Здесь опять произойдет «виртуальное удлинение».
Заметим, что то же самое произойдет, если тоннель полностью разместить снаружи ящика, снова совместив один его конец со стенкой (рис. 4). Существует эмпирическая зависимость «виртуального удлинения» тоннеля в зависимости от его размеров. Для круглого тоннеля, один срез которого расположен достаточно далеко от стенок ящика (или других препятствий), а другой находится в плоскости стенки, это удлинение приблизительно равно 0,85D.
Теперь, если подставить в формулу Гельмгольца все константы, ввести поправку на «виртуальное удлинение», а все размеры выразить в привычных единицах, окончательная формула для длины тоннеля диаметром D, обеспечивающего настройку ящика объемом V на частоту Fb, будет выглядеть так:
Здесь частота — в герцах, объем — в литрах, а длина и диаметр тоннеля — в миллиметрах, как нам привычнее.
Полученный результат ценен не только тем, что позволяет на этапе расчета получить значение длины, близкое к окончательной, дающей требуемое значение частоты настройки, но и тем, что открывает определенные резервы укорочения тоннеля. Почти один диаметр мы уже выиграли. Можно укоротить тоннель еще больше, сохранив ту же частоту настройки, если сделать фланцы на обоих концах, как показано на рис. 5.
Рис 5. Можно получить «виртуальное удлинение» на обоих концах тоннеля, если сделать еще один фланец.
Теперь, кажется, все учтено, и, вооруженные этой формулой, мы представляемся себе всесильными. Именно здесь нас и ждут трудности.
Первые трудности
Первая (и главная) трудность заключается в следующем: если относительно небольшой по объему ящик требуется настроить на довольно низкую частоту, то, подставив в формулу для длины тоннеля большой диаметр, мы и длину получим большую. Попробуем подставить диаметр поменьше — и все получается отлично. Большой диаметр требует большой длины, а маленький — как раз небольшой. Что же тут плохого? А вот что.
Двигаясь, диффузор динамика своей тыльной стороной «проталкивает» практически несжимаемый воздух через тоннель фазоинвертора. Поскольку объем колеблющегося воздуха постоянен, то скорость воздуха в тоннеле будет во столько раз больше колебательной скорости диффузора, во сколько раз площадь сечения тоннеля меньше площади диффузора. Если сделать тоннель в десятки раз меньшего размера, чем диффузор, скорость потока в нем окажется большой, и, когда она достигнет 25–27 метров в секунду, неизбежно появление завихрений и струйного шума.
Великий исследователь акустических систем Р. Смолл показал, что минимальное сечение тоннеля зависит от диаметра динамика, наибольшего хода его диффузора и частоты настройки фазоинвертора. Смолл предложил совершенно эмпирическую, но безотказно работающую формулу для вычисления минимального размера тоннеля:
Формулу свою Смолл вывел в привычных для него единицах, так что диаметр динамика Ds, максимальный ход диффузора Xmax и минимальный диаметр тоннеля Dmin выражаются в дюймах. Частота настройки фазоинвертора — как обычно, в герцах.
Теперь все выглядит не так радужно, как прежде. Очень часто оказывается, что, если правильно выбрать диаметр тоннеля, он выходит невероятно длинным. А если уменьшить диаметр, появляется шанс, что уже на средней мощности тоннель «засвистит». Помимо собственно струйных шумов, тоннели небольшого диаметра обладают еще и склонностью к так называемым «органным резонансам», частота которых намного выше частоты настройки фазоинвертора и которые возбуждаются в тоннеле турбулентностями при больших скоростях потока.
Столкнувшись с такой дилеммой, читатели ACS обычно звонят в редакцию и просят подсказать им решение. У меня их три: простое, среднее и экстремальное.
Простое решение для небольших проблем
Когда расчетная длина тоннеля получается такой, что он почти помещается в корпусе и требуется лишь незначительно сократить его длину при той же настройке и площади сечения, я рекомендую вместо круглого использовать щелевой тоннель, причем размещать его не посреди передней стенки корпуса (как на рис. 6), а вплотную в одной из боковых стенок (как на рис. 7).
Рис 6. Щелевой тоннель, расположенный далеко от стенок ящика.
Тогда на конце тоннеля, находящемся внутри ящика, будет сказываться эффект «виртуального удлинения» из-за находящейся рядом с ним стенки. Опыты показывают, что при неизменной площади сечения и частоте настройки тоннель, показанный на рис. 7, получается примерно на 15% короче, чем при конструкции, как на рис. 6.
Рис 7. Щелевой тоннель, расположенный вблизи стенки. В результате влияния стенки его «акустическая» длина получается больше геометрической.
Щелевой фазоинвертор, в принципе, менее склонен к органным резонансам, чем круглый, но, чтобы обезопасить себя еще больше, я рекомендую устанавливать внутри тоннеля звукопоглощающие элементы, в виде узких полосок фетра, наклеенных на внутреннюю поверхность тоннеля в районе трети его длины. Это — простое решение. Если его недостаточно, придется перейти к среднему.
Среднее решение для проблем побольше
Решение промежуточной сложности заключается в использовании тоннеля в форме усеченного конуса, как на рис. 8. Мои эксперименты с такими тоннелями показали, что здесь можно уменьшить площадь сечения входного отверстия по сравнению с минимально допустимой по формуле Смолла без опасности возникновения струйных шумов. Кроме того, конический тоннель намного менее склонен к органным резонансам, нежели цилиндрический.
Рис 8. Тоннель в форме усеченного конуса.
В 1995 году я написал программу для расчета конических тоннелей. Она заменяет конический тоннель последовательностью цилиндрических и путем последовательных приближений вычисляет длину, необходимую для замены обычного тоннеля постоянного сечения. Программа эта сделана для всех желающих, и ее можно взять на сайте журнала ACS audiocarstereo.it в разделе ACS Software. Маленькая программка, работает под DOS, можно скачать и посчитать самому. А можно поступить по-другому. При подготовке русской редакции этой статьи результаты вычислений по программе CONICO были сведены в таблицу, из которой можно взять готовый вариант.
Таблица составлена для тоннеля диаметром 80 мм. Это значение диаметра подходит для большинства сабвуферов с диаметром диффузора 250 мм. Рассчитав по формуле требуемую длину тоннеля, найдите это значение в первом столбце. Например, по вашим расчетам оказалось, что нужен тоннель длиной 400 мм, например, для настройки ящика объемом 30 литров на частоту 33 Гц. Проект нетривиальный, и разместить такой тоннель внутри такого ящика будет непросто. Теперь смотрим в следующие три столбца.
Там приведены рассчитанные программой размеры эквивалентного конического тоннеля, длина которого будет уже не 400, а всего 250 мм. Совсем другое дело. Что означают размеры в таблице, показано на рис. 9.
Рис 9. Основные размеры конического тоннеля.
Таблица 2 составлена для исходного тоннеля диаметром 100 мм. Это подойдет для большинства сабвуферов с головкой диаметром 300 мм.
Если решите пользоваться программой самостоятельно, помните: тоннель в форме усеченного конуса делается с углом наклона образующей a от 2 до 4 градусов. Этот угол больше 6 — 8 градусов делать не рекомендуется, в этом случае возможно возникновение завихрений и струйных шумов на входном (узком) конце тоннеля. Однако и при небольшой конусности уменьшение длины тоннеля получается довольно значительным.
Тоннель в форме усеченного конуса не обязательно должен иметь круглое сечение. Как и обычный, цилиндрический, его иногда удобнее делать в виде щелевого. Даже, как правило, удобнее, ведь тогда он собирается из плоских деталей. Размеры щелевого варианта конического тоннеля приведены в следующих столбцах таблицы, а что эти размеры означают, показано на рис. 10.
Рис 10. Размеры щелевого варианта конического тоннеля.
Замена обычного тоннеля коническим способна решить много проблем. Но не все. Иногда длина тоннеля получается настолько большой, что укорочения его даже на 30–35% недостаточно. Для таких тяжелых случаев есть.
. экстремальное решение для больших проблем
Экстремальное решение заключается в применении тоннеля с экспоненциальными обводами, как показано на рис. 11. У такого тоннеля площадь сечения сначала плавно уменьшается, а потом так же плавно возрастает до максимальной. С точки зрения компактности для данной частоты настройки, устойчивости к струйным шумам и органным резонансам экспоненциальный тоннель не имеет себе равных. Но он не имеет себе равных и по сложности изготовления, даже если рассчитать его обводы по такому же принципу, как это было сделано в случае конического тоннеля.
Рис 11. Экспоненциальный тоннель фазоинвертора.
Для того чтобы преимуществами экспоненциального тоннеля все же можно было воспользоваться на практике, я придумал его модификацию: тоннель, который я назвал «песочные часы» (рис. 12).
Рис 12. Тоннель фазоинвертора в форме песочных часов.
Тоннель-песочные часы состоит из цилиндрической секции и двух конических, откуда внешнее сходство с древним прибором для измерения времени. Такая геометрия позволяет укоротить тоннель по сравнению с исходным, постоянного сечения, по меньшей мере, в полтора раза, а то и больше. Для расчета песочных часов я тоже написал программу, ее можно найти там же, на сайте ACS. И так же, как для конического тоннеля, здесь приводится таблица с готовыми вариантами расчета.
Что означают размеры в таблицах 3 и 4, станет ясно из рис. 13. D и d — это диаметр цилиндрической секции и наибольший диаметр конической секции, соответственно, L1 и L2 — длины секций. Lmax — полная длина тоннеля в форме песочных часов, приводится просто для сравнения, насколько короче его удалось сделать, а вообще, это L1 + 2L2.
Рис 13. Основные размеры тоннеля в форме песочных часов.
Технологически песочные часы круглого поперечного сечения делать не всегда просто и удобно. Поэтому и здесь можно выполнить его в виде профилированной щели, получится, как на рис. 14. Для замены тоннеля диаметром 80 мм я рекомендую высоту щели выбрать равной 50 мм, а для замены 100-миллиметрового цилиндрического тоннеля — равной 60 мм.
Тогда ширина секции постоянного сечения Wmin и максимальная ширина на входе и выходе тоннеля Wmax будут такими, как в таблице (длины секций L1 и L2 — как в случае с круглым сечением, здесь ничего не меняется). Если понадобится, высоту щелевого тоннеля h можно изменить, одновременно скорректировав и Wmin, Wmax так, чтобы значения площади поперечного сечения (h.Wmin, h.Wmax) остались неизменными.
Рис 14. Щелевой вариант песочных часов.
Вариант фазоинвертора с тоннелем в форме песочных часов я применил, например, когда делал сабвуфер для домашнего театра с частотой настройки 17 Гц. Расчетная длина тоннеля получилась больше метра, а рассчитав «песочные часы», я смог сократить ее почти вдвое, при этом шумов не было даже при мощности около 100 Вт.
Надеюсь, вам это тоже поможет.
Спасибо журналу «АвтоЗвук» за разрешение публикации данной очень занимательной статьи.
Задачи с трубами
Закономерным финалом саги о фазоинверторе будут практические аспекты его воплощения в жизнь. Ключевым элементом здесь становится именно труба, она же — тоннель, она же в результате рабской транслитерации с английского — порт. Именно она, труба, позволит реализовать на практике два главных параметра, определяющие акустический облик задуманного фазоинвертора: объём корпуса и частота его настройки. Эти две величины, одна в литрах, вторая — в герцах, становятся результатом либо самостоятельного расчёта, либо следования ранее сделанным калькуляциям. Их источником могут быть изготовители динамика, наши тесты или же советы специалистов, основанные на их практике. Во всех трёх случаях бывает, что даются готовые размеры тоннеля, обеспечивающие настройку известного объёма на нужную частоту, но, во-первых, не каждый раз, а во-вторых, слепое копирование не всегда возможно и всегда непохвально. Так что более общей и гораздо более продуктивной будет такая постановка задачи: известны объём и частота, а вопрос об их физической, в материале, реализации станем решать самодеятельно. Часть истории будет организована по принципу вопросов и ответов: номенклатура вопросов известна, в редакционной почте они повторяются с регулярностью, дающей повод для статистических выкладок, которые так любит наш тестовый департамент. Не стану отнимать у них любимую игрушку, у нас — свои. Итак, что вначале, рассчитываем тоннель или покупаем трубу, которой этим тоннелем предстоит стать? По идее надо вначале купить — трубы бывают не любого диаметра, а из некоторого ряда значений, если брать готовые, а не накручивать самому из бумаги на клею, как пионер из кружка юного космонавта. Но начать придётся всё же с хотя бы грубой прикидки, и дело здесь в том, что…
Толщина имеет значение
Если тоннель действительно труба (есть ведь и варианты), какой она должна быть в диаметре? Самый общий и самый грубый ответ: чем больше, тем лучше. Совет действительно радикален и может вызвать протестную реакцию: а если я возьму и сделаю тоннель диаметром вдвое больше динамика? Не возьмете и не сделаете, как бы ни старались, об этом больше ста лет назад позаботился некто Герман Гельмгольц, резонатором имени которого фазоинвертор и является, а позже — создатели автомобилей, сделавшие их по габаритам меньше существовавших в то время паровозов. Итак, по порядку, почему больше и почему что-то этот процесс остановит.
К вопросу о толщине: проталкивая тот же объём воздуха через более тесный тоннель, его придётся разгонять до более высокой скорости. А «скорость — это смерть»
Во время работы вблизи частоты настройки, где, собственно, и выполняет свои функции тоннель фазоинвертора, добавляя от себя к звуковым волнам, порождаемым колебаниями диффузора, внутри тоннеля движется воздух. Движется колебательно, туда-сюда. Объём движущегося воздуха — точно такой же, какой во время каждого колебания приводится в движение диффузором, он равен произведению площади диффузора на его ход. Для тоннеля этот объём — произведение площади сечения на ход воздуха внутри тоннеля. Площадь сечения реально всегда меньше площади диффузора (если кто ещё не отказался от угрозы сделать такой же, а то и больше, скоро никуда не денутся и откажутся), и, чтобы переместить такой же объём, воздуху надо двигаться быстрее, скорость в тоннеле с уменьшением диаметра возрастает пропорционально уменьшению площади его сечения. Чем это плохо? Всем сразу. Прежде всего тем, что модель резонатора Гельмгольца, на которой всё основано, предполагает, что потери энергии на трение воздуха о стенки тоннеля отсутствует. Это, разумеется, идеальный случай, но чем дальше мы от него отойдём, тем меньше работа фазоинвертора будет походить на то, чего мы от него ожидаем. А потери на трение в тоннеле тем выше, чем больше скорость воздуха внутри. Теоретически формула, да и несложная программа, на ней основанная, этих потерь не учитывает и безропотно выдаст вам расчётную длину тоннеля при диаметре хоть в палец, но работать такой фазоинвертор не будет, всё умрёт в завихрениях воздуха, пытающегося стремительно летать по тесному тоннелю взад-вперёд. Текст когда-то виденного мной агитационного плаката ГАИ «Скорость это смерть» к движению воздуха в тоннеле подходит безусловно, если смерть отнести к эффективности фазоинвертора.
Гельмгольц написал бы свою формулу точно так же, просто в тот момент не было фотографа
Впрочем, намного раньше, чем фазик погибнет как средство звуковоспроизведения, он станет источником звуков, для которых не предназначен, вихри, возникающие при излишне высокой скорости движения воздуха, создадут струйные шумы, нарушающие гармонию басовых звуков самым бессовестным и неэстетичным образом.
Окончательная и фактическая формула, заменяющая компьютерную программу. Она правильная, проверили неоднократно. Смысл выделенного красным «хвостика» будет объяснен в тексте
Что следует принять за минимальное значение площади сечения тоннеля? В разных источниках вы найдёте разные рекомендации, далеко не все из них авторами были когда-либо опробованы хотя бы путём вычислительного эксперимента, о других уж не говорим. Как правило, в такие рекомендации закладываются две величины: диаметр диффузора и максимальная величина его хода, то самое Xmax. Это разумно и логично, но в полной мере относится лишь к работе сабвуфера на предельном режиме, когда о качестве звучания говорить уже немного поздно. Основываясь на многочисленных практических наблюдениях, можно взять на вооружение куда более простое правило, оно небезупречно и не совсем универсально, но работает: для 8-дюймовой головки тоннель должен быть не меньше 5 см в диаметре, для 10-дюймовой — 7 см, для 12-ти и больше — 10 см. Можно ли больше? Даже нужно, но вот именно сейчас нас кое-что остановит. А именно — длина тоннеля. Дело в том, что…
Длина имеет значение
Как и было сказано, её скомандует великий Герман фон Гельмгольц. Вот он, у доски в Гейдельбергском университете, а на доске — та самая формула. Ну ладно, в этот раз её написал я, но придумал — он и написал бы точно так же. Эта немудрёная, поскольку выведена для идеального случая, зависимость показывает, какова будет частота резонанса некоей полости (нам привычнее ящик, хотя Герман фон делал эдакие пузыри с трубами-хвостиками) в зависимости от объёма V, длины L и площади сечения хвостика. Обратите внимание: параметров динамика здесь нет, и было бы странно, если бы они были. В любом случае полезно запомнить и никогда не поддаваться на провокации: настройка фазоинвертора полностью и исчерпывающе определяется размерами ящика и характеристиками тоннеля, соединяющего этот ящик с окружающей средой. Помимо этого в формулу входят только скорость звука в атмосфере планеты Земля, обозначенная «с», и число «пи», не зависящее даже от планеты.
Может ли тоннель находиться снаружи ящика? Да целая фирма на этом построила свой бизнес, патент на удобный для размещения сабвуфер был растиражирован сотнями тысяч басовых труб SAS Bazooka. А производители встроенных сабвуферов для домашних театров вообще не парятся…
Для практических целей, а именно — вычисления длины тоннеля по известным данным, формулу легко преобразовать, вспомнив родную школу, а константы подставить в виде чисел. Это делали многие. Многие же публиковали результаты этого волнующего процесса, и автору немного удивительно, как можно было зрелищно обделаться при операции с тремя-четырьмя числами. В общем, треть опубликованных на бумаге и в Сети преобразованных формул непостижимым образом являются ахинеей. Правильная приводится здесь, если подставлять величины в показанных чёрным единицах.
Эта же формула плюс некоторые поправки заложена и во все известные программы по расчёту фазоинверторов, но прямо сейчас формула для нас удобнее, всё на виду. Смотрите: что будет, если вместо минималистского тоннеля поставить другой, попросторнее (и потому получше)? Потребная длина возрастёт пропорционально квадрату диаметра (или пропорционально площади, но ведь мы трубу-то собрались по диаметру покупать, по-другому не продают). Перешли от 5-сантиметровой трубы к 7-сантиметровой, это к примеру, длина при той же настройке понадобится вдвое больше. Перешли на 10 см — вчетверо. Беда? Пока — полбеды. Дело в том, что…
Калибр имеет значение
Беда сейчас будет. Ещё раз глядим на формулу, на этот раз — в знаменатель, фокусируйте зрение. При всех прочих равных длина тоннеля будет тем больше, чем меньше объём ящика. Если для того, чтобы настроить на 30 Гц 100-литровый объём, имея в распоряжении 100-миллиметровую сантехническую трубу, надо открыжить и вклеить в ящик отрезок говнопровода протяжённостью 25 сантиметров, то при объёме ящика 50 л это будет полметра (что уже не меньше, чем полбеды), и при довольно распространённых 25 л тоннель такой толщины должен будет иметь метровую длину. Это уже беда, без вариантов.
Можно ли тоннель оставить внутри, но согнуть как удобнее? Вот вам ответ
В наших, практических условиях объём ящика в первую очередь определяется параметрами динамика, и в силу причин, читателям этой серии уже хорошо известных, для головок калибра 8 дюймов оптимальный объём редко превышает 20 л, для «десяток» — 30 — 40, лишь когда дело доходит до 12-дюймового калибра, мы начинаем иметь дело с объёмами порядка 50 — 60 л, и то не всегда.
Вот и получается какой-то парад суверенитетов: частота настройки ФИ определяется тем басом, который мы от него хотим получить, будь он на «восьмёрке» или на «пятнашке» — не важно. А частота настройки ящика опять не зависит от динамика, чем меньше объём, тем длиннее подавай тоннель. Итог парада: как мы неоднократно замечали в тестах малокалиберных сабвуферов, желательный и многообещающий вариант оформления в ФИ физически невозможно (или затруднительно) реализовать. Даже если не жалко места в багажнике, нельзя объём ящика ФИ делать больше оптимального, а оптимальный нередко оказывается настолько мал, что настроить его на инвариантную к прочим факторам частоту 30 — 40 Гц немыслимо. Вот пример из недавнего теста 10-дюймовых сабвуферных головок («А3» №11/2006): если взять за аксиому диаметр трубы 7 см, то для того, чтобы сделать фазоинвертор на головке Boston, понадобился бы её кусок длиной 50 см, для Rainbow — 70 см, А для Rockford Fosgate и Lightning Audio — около метра. Сравните с рекомендациями в тесте этого номера, относящимися к 15-дюймовым головкам: ни у одной таких проблем не отмечено. Почему? Не из-за динамика, как такового, а из-за исходного объёма, выбранного по параметрам динамика. Что делать? Встречать беду во всеоружии. Оружие нам выковали поколения специалистов (и не только). Знаете, в чём тут дело?
Форма имеет значение
Вы едва ли могли не заметить: я очень люблю копаться в патентах, поскольку считаю, пусть дорога от изобретения к реальной жизни не столь уж коротка, патент — отражение мысли в виде вектора, то есть — с учётом направления. Большинство новаций, предложенных (и неуклонно предлагаемых) неутомимыми умами в отношении фазоинвертора, сконцентрировано на борьбе с двумя мешающими факторами: длина тоннеля, когда его сечение велико, и струйные шумы, когда его сечение, стремясь сократить длину, попытались уменьшить. Первое, простейшее решение, о допустимости которого нас спрашивают в редакционной почте раз по пять в месяц: можно ли тоннель поместить не внутрь ящика, а снаружи? Вот ответ, окончательный, фактический и настоящий, как бумага на квартиру профессора Преображенского: можно. Хоть частично, хоть целиком, внутрь ящика тоннель запихнули исключительно из эстетических соображений, у фон Гельмгольца он торчал снаружи, и ничего, он это пережил. Да и современность наша даёт примеры: вот, скажем, ветераны car audio не могут не помнить (многие, честно говоря, не могут забыть) «басовые трубы» фирмы SAS Bazooka. Они ведь начались с патента на сабвуфер, который удобно поместить за сиденьем грузовика — любимого транспорта американцев. Для этого изобретатель протянул трубу фазоинвертора вдоль корпуса снаружи, заодно уж придав её распластанную по поверхности цилиндрического корпуса форму. Это — один пример, есть другой: некоторые фирмы, выпускающие встроенные сабвуферы для домашних кинотеатров, выводят наружу трубу-тоннель полосового сабвуфера-бандпасса. Тип сабвуфера в данном случае значения не имеет: это тот же резонатор имени сами знаете кого. Ещё одно решение тоже, судя по письмам, ищут, но опасаются. «Можно ли гнуть тоннель?» Ответ — в стиле Филиппа Филипповича и очевиден. Иначе не выпускали бы сразу несколько компаний (DLS, JL Audio, Autoleads, etc. etc.) гибкие трубы специально для этой цели. А в области патентной документации есть даже интересная подсказка, как можно эту задачу решить не без изящества и материальной экономии: была в своё время предложена конструкция модельного тоннеля, который бы собирался из типовых элементов в любой желаемой форме, иллюстрация поведает об остальном. От себя добавлю: большая часть изображённых в патенте деталей трогательно напоминает номенклатуру элементов канализационных сетей местного значения, что и является практическим рецептом внедрения интеллектуального эксцесса американского изобретателя.
Экзотические, отчаянные решения: свернуть тоннель спиралью или винтом
Борясь с неуместной длиной тоннеля, часто идут по пути строительства так называемых «щелевых портов», их достоинство — в конструктивной интеграции с корпусом, что позволяет, при известном воображении, сделать тоннель довольно протяжённым, на прилагаемой схеме — сразу несколько вариантов, которым вопрос, разумеется, далеко не исчерпывается (три верхних эскиза принадлежат перу известного хай-эндщика Александра Клячина, остальное было делом техники).
Недостаток же щелей — в трудности подгонки длины, это не сантехнический ПВХ — махнул пилой, и дело в шляпе. Но есть решения и здесь: не так давно один из героев рубрики «Своя игра» пермяк Александр Султанбеков (не грех лишний раз напомнить стране имена её героев) продемонстрировал на практике, как можно настраивать щелевой порт, изменяя его сечение при неизменной длине, он это делал, укладывая внутрь фанерные проставки, как показано на фото где-то поблизости, поищите.
Щелевой тоннель интегрирован с ящиком, от этого его можно сделать длиннее обычного, «вставного», подгонять длину, правда, гораздо труднее…
В сворачивании тоннеля фазоинвертора некоторые светлые умы дошли до крайностей: один светлый предложил, например, свернуть тоннель в виде спирали вокруг цилиндрического корпуса громкоговорителя, другой на хитрую формулу Гельмгольца ответил тоннелем-винтом, такая концепция нам здесь, в России, знакома…
Значит, надо подгонять не длину, а сечение: вот как это делал один житель столицы Пермского края
Но вообще-то все эти решения (даже с винтом) — лобовые, здесь тоннель неизменной длины просто приделывается или складывается так, чтобы не мешал. Известны (и даже продаются в товарных количествах) реализации другого принципа. Здесь дело вот в чём.
Сечение имеет значение
Не площадь, как таковая, а характер её изменения по длине тоннеля. До сих пор мы, ведомые учением фон Гельмгольца в его самой простой, школьной форме, считали непременным, что поперечное сечение тоннеля постоянно. А нашлись люди, которые это условие нарушили и даже нажили на этом денег.
Опытные читатели помнят, например, статью нашего итальянского коллеги профессора Матарацци, где он предлагает эффективные решения по сокращению длины тоннеля путём придания ему конической или дважды конической, как песочные часы, формы. В «А3» №10/2001 расчёты по программам профессора приведены в виде таблиц, а сами программы сеньор недавно по нашей просьбе нашёл и прислал. Ко времени выхода этого номера из печати мы их выложим на сайт в разделе «Приложения». Правда, исходный код рассеянный профессор потерял безвозвратно, так что программки остаются на итальянском, если кто знает, как перевести, не имея кода, примем помощь с признательностью.
Уход от цилиндрической формы тоннеля предлагался и для сокращения его длины, и в виде локальной «аэродинамической обработки», для снижения струйных шумов
А пока отметим: в своих изысканиях профессор и не первый, и не единственный. На этом направлении происходили даже целые трагедии. Давние читатели журнала, возможно, помнят заметку в «А3» №2/2003 о судебном иске по поводу тоннеля фазоинвертора, не столь давним напомню: корпорация Bose усмотрела, что другая корпорация, JBL, использовав в своих колонках тоннели фазоинвертора с криволинейной образующей, названные Linear-A, тяжко посягнула на интеллектуальную собственность Bose Corp. В доказательство был приведен патент США, где упоминалось, в числе прочего, что неплохо было бы тоннель сделать с эллиптической образующей, он тогда будет и короче, и тише с точки зрения струйных шумов. Напрасно JBL пыталась втолковать суду, что у Bose эллипс, а у JBL — экспонента. Суд пояснил, что эллипсы-шмеллипсы — дело десятое, а колонок продали много, бухгалтерия Bose посчитала: нажива JBL составила 5676718 долларов и 32 цента, что и предлагалось внести в кассу обиженной стороны. Занесли как миленькие, включая медяки, а во всех колонках тоннели поменялись на другие, FreeFlow, типа — улучшенная модель. Вот как бывает…
Уход от цилиндра как формы тоннеля предлагали очень и очень многие. Кто — в стиле Матарацци с вариациями, кто — в скромном, локальном масштабе, ограничиваясь приданием криволинейных обводов концам цилиндрического тоннеля с целью снижения струйных шумов от завихрений. Наиболее же радикальное средство борьбы и с длиной, и с шумами не только придумал, но и эксклюзивно пользуется им уже не один год Мэттью Полк, основатель компании своего имени. Суть устройства под названием PowerPort такова: часть функций тоннеля берёт на себя одна или две, на каждом конце трубы, кольцевая щель между стенкой ящика и поставленным на строго рассчитанном расстоянии от неё «грибком», впрочем, на рисунке всё видно. Такими тоннелями снабжаются практически все домашние громкоговорители Polk Audio. И ежели только кто покусится, плакали его 32 цента плюс ещё кое-что. Для себя же, любимых, никто не запретит такую штуку попробовать, тем более что когда-то давно Полк выложил на свой корпоративный сайт таблицу в «Экселе», по которой можно всё рассчитать, я её тогда же с этого сайта попёр (получив на это позже, задним числом, благословение автора — я же не с целью наживы) и даже перевёл сопроводительные инструкции на великий и могучий, это всё лежит у нас на сайте.
Самое эффектное решение в этой области: PowerPort Мэттью Полка. Изобретение не осталось на бумаге, оно — составная часть почти всей акустики Polk Audio
A propos, и труды профессора Матарацци, и революционная разработка Мэттью Полка напоминают нам вот о чём: гимназическая формула Гельмгольца, помимо прочего, не учитывает очень существенный для практики эффект: в огромном большинстве случаев (практически — всегда) один из концов тоннеля прилегает к стенке корпуса сабвуфера, это касается как круглых труб, отпиленных заподлицо со стенкой, так и труб, снабжённых аэродинамической законцовкой, а в ещё большей степени — щелевых портов, прилепившихся к стенке. Близость стенки создаёт концевой эффект, напоминающий то, чего намеренно добивался автор PowerPort — виртуального удлинения тоннеля. Поэтому-то к формуле, непосредственно произведенной из трудов фон Гельмгольца современные прикладные спецы рекомендуют вводить поправку, чисто эмпирическую, но оттого не менее нужную, она выделена красным, чтобы было ясно, где классик XIX века, а где — практика XX.
А вообще-то, друзья дорогие, пора браться за дело, не век же в бумажках копаться. Дело-то как раз в этом…
Максимальный ход диффузора как узнать
Конец еще не виден.
Продолжение здравых и доступных заметок по поводу общеизвестного
Рис. 6. Зависимости всплеска в АЧХ (красное), частоты, на которой достигается этот всплеск (оранжевое), частоты, на которой максимальна амплитуда колебаний диффузора (желтое), и частоты среза АЧХ (зеленое) от величины добротности оформленной головки Qtc. Две большие разницы – всплеск АЧХ при малых добротностях равен нулю – график существует, а максимума АЧХ при малых добротностях нет – графика не существует.
Сверхкраткий (но толковый) акустический словарь, на всякий случай
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика тракта. Это – частотная зависимость отношения нормированных амплитуд синусоидальных сигналов на выходе и входе тракта. Замечу, что АЧХ лишь косвенно характеризует свойства тракта при передаче несинусоидальных сигналов.
ФЧХ – фазо-частотная характеристика. Это – частотная зависимость разности фаз синусоидальных сигналов на выходе и входе тракта.
АЧХ и ФЧХ однозначно связаны в большинстве электротехнических цепей преобразованием Гильберта: зная АЧХ, можно однозначно определить ФЧХ и наоборот. Цепи, для которых АЧХ и ФЧХ связаны однозначно, называются минимально-фазовыми. Большинство АС, и в том числе все многополосные, минимально-фазовыми не являются.
ГВЗ – время групповой задержки. Это производная ФЧХ по частоте.
Спектр сигнала – синусно-косинусное преобразование Фурье. Увы, и никак иначе. В простейшем понимании cпектр – совокупность всех частотных составляющих сигнала.
Нелинейные искажения – считается, что они присутствуют в тракте, если последний изменяет форму передаваемого синусоидального сигнала. В простейшем случает могут быть измерены как отношение энергии гармоник на выходе тракта к энергии основного тона.
Идеальный тракт – это такой, который не вызывает искажений формы сигнала. Для этого он должен иметь плоскую АЧХ и все сигналы либо вообще не задерживать (ГВЗ – ноль, ФЧХ – константа), либо задерживать на одно и то же время (ГВЗ – константа, ФЧХ – линейна). Если эти условия не выполняются, то в отсутствие нелинейных искажений будет сохранена форма только синусоидального сигнала. Любой несинусоидальный сигнал будет передан с искажениями формы.
Импульсная характеристика, импульсный отклик, переходная характеристика – один из информативных параметров, характеризующих реакцию тракта на единичный перепад (ступеньку). Идеальный тракт не искажает форму ступеньки. Прямой связи, например с ГВЗ, у этого параметра нет, и тракты, у которых одно и то же ГВЗ как функция частоты, могут иметь различные импульсные отклики.
К.п.д. – что это такое, понятно. К.п.д. динамической головки – это отношение созданной ею мощности акустического излучения к подведенной электрической мощности. Исключая экзотику (рупор), к.п.д. АС не зависит от акустического оформления в диапазоне частот, где АЧХ плоская. Например, к.п.д. бандпасса выше, чем к.п.д. закрытого ящика – так у бандпасса нигде нет плоской АЧХ! К.п.д. головок редко превышает 2 – 3%, согласно модели Тиля – Смолла, основные потери происходят в сопротивлении Re.
Электрическая мощность, подведенная к головке – термин понятный.
Максимальная электрическая мощность – это та, при которой амплитуда колебательного движения диффузора хотя бы на одной частоте из разрешенного диапазона достигает заранее оговоренного максимума. Зависит, в отличие от к.п.д., от акустического оформления. Не путать с максимально допустимой мощностью, при превышении которой возможен выход головки из строя.
Акустическая мощность и максимальная акустическая мощность – продукт перемножения предыдущего термина на к.п.д.. Акустические мощности самых ужасающих басовых головок не превышают 10 – 20 Вт. Впрочем, это же – мощность симфонического оркестра в режиме фортиссимо. Извините за прозу.
Акустическое давление – головка создает акустическую волну, то есть распространяющиеся в пространстве зоны повышенного-пониженного давления. Вдоль линии распространения, перпендикулярной фронту распространения волны эти колебания носят синусоидальный характер, если искажения малы и головка возбуждается синусом. Амплитуда этого синусоидального процесса и принимается за амплитуду звукового давления. Вдали от головки очень быстро убывает.
Характеристическая чувствительность – это двадцать логарифмов отношения акустического давления, создаваемого головкой (системой головок, АС) на акустической оси на расстоянии 1 м при подведенной мощности 1 Вт к минимальному акустическому давлению, еще воспринимаемому человеком как звук и равному 2 х 10-5 Н/м2.
Ход диффузора, смещение диффузора и т.п. – под этим термином подразумевается амплитуда колебательного процесса диффузора (в мм) при подаче на звуковую катушку синусоидального напряжения. Максимальный ход ограничен, как правило, линейностью упругих свойств подвеса или длиной звуковой катушки (она не должна вылетать из магнитного зазора). В самых-самых головках достигает 30 – 40 мм. Возрастает при снижении частоты, однако левее резонанса скорость возрастания резко замедляется вплоть до снижения хода, в зависимости от добротности.
Колебательная скорость диффузора – скорость диффузора в нейтральной точке, то есть когда подвес нейтрален (не сжат и не оттянут). Составляет доли – единицы м/с, максимален на резонансе и быстро убывает как вправо, так и влево от него.
Частота среза – характеристика АЧХ: та ее точка, где отклонение АЧХ от линии, принятой за 0 дБ, вниз достигает заранее оговоренной величины, чаще всего 3 дБ.
Закрытый ящик – тип акустического оформления, при котором задняя поверхность диффузора оказывается полностью изолированной от внешней среды. Закрытый ящик принимает название компрессионного типа, если упругость воздуха в нем становится соизмеримой с упругостью подвеса. Такие подвесы называют еще акустическим и воздушным, в зависимости от того, какой газодинамический процесс (изотермический или адиабатический) превалирует.
Баттерворт, Чебышев, Бессель – крутые математики прошлого. При этом отнюдь не акустики. Изобрели много математического, в том числе функции полиномиального вида, которыми впоследствии физики описали АЧХ и прочие физические проявления природы. Этим мы и пользуемся. Для музыки.
Конкретно о закрытом ящике
Помимо достижения великолепных показателей качества звучания, закрытый ящик предполагает возможность элементарного и довольно достоверного расчета, что делает его нередко предпочтительным к применению как в любительской, так и в промышленной практике.
Обеспечивая головке наличие замкнутого заднего объема, мы изменяем ее основные параметры, в первую очередь добротность и резонансную частоту: причина изменения Qts и Fs – в появлении дополнительной к подвесу головки упругости этого самого заднего объема. Заметим, что после установки головки в ящик от собственных параметров не остается и следа: теперь они во всех расчетах заменяются параметрами с индексом c. В фазоинверторе, например, такого не происходит.
От того, какая итоговая добротность Qtc реализуется, зависит очень многое. Если Qtc оказывается меньше 0,5 (т.н. случай передемпфирования), звучание будет сухим, академичным, чистым, однако субъективно басы могут показаться недостаточно акцентированными, что ухудшит впечатление от звучания несимфонических фрагментов.
Бесселевская характеристика формируется при Qtc = 0,577: при этом зависимость ГВЗ от частоты оказывается монотонной. Пожалуй, по совокупности субъективных оценок этот случай следует признать наилучшим, достаточно мясистый бас уже будет сформирован, однако никаких намеков на подбубнивание, окраску, нарушение натуральности звука в басовом регистре не будет.
Баттервортовская характеристика (Qtc = 0,707) еще более усугубляет бас. Теперь на некоторых симфонических фрагментах может показаться, что часть басовых, особенно ударных инструментов время от времени теряют натуральность, – гулкость их излишня. На современной музыке пока еще все в порядке. АЧХ изо всех сил старается сохранить монотонность: стоит еще чуть-чуть повысить добротность (читай – снизить объем ящика), и на АЧХ появится всплеск.
Чебышевские характеристики (Qtc больше 0,707) реализуются, обеспечивая АЧХ с выбросом. АС с такими характеристиками годятся только для прослушивания музыки неклассических направлений, причем многим современным потребителям аудиопродукции нравится колбасящий бас, создаваемый чебышевскими бумбоксами. Если стремиться к максимальной громкости, придется с этим смириться.
Естественно, возможны промежуточные варианты, например Qtc = 0,6.
Серия рисунков 4 отражает частотные зависимости основных параметров АС при изменении добротности Qtc от 0,707 до 1,2.
Не будем подробно комментировать ход кривых, отметим лишь некоторые важнейшие моменты:
1. Скорость и абсолютная величина затухания АЧХ оказывается существенно различной при изменении добротности. Так, на частоте, всего в 4 раза более низкой, чем частота резонанса оформленной головки, разница в АЧХ, соответствующих добротностям 0,707 и 1,2, составит 7 дБ, причем выше пойдет АЧХ низкодобротного оформления.
2. Внимание: обращаю мысли читателя на тот факт, что в нашем случае изменение добротности происходит при изменении объема ящика, то есть сопровождается изменением всех характерных частот. Если достигать изменения добротности другими методами, например сменой головок, мы получим вовсе другие кривые!
3. Чем меньше горбатость кривых ГВЗ, тем лучше звук, в смысле – натуральнее бас.
4. Заметим, что рост добротности приводит к снижению амплитуды колебаний диффузора и, следовательно, к уменьшению искажений. Факт, идущий вразрез с воззрениями большинства акустиков-любителей, однако не будем забывать о примечании к предыдущему пункту.
Серия рисунков 5 дает возможность оперативного расчета необходимых параметров оформления a и частоты резонанса оформленной головки Fc (см. подрисуночные подписи). Весь расчет сводится к выбору типа (бесселевский, баттервортовский или промежуточный и т.п.), поиску на оси абсцисс добротности Qtc примененной головки и считыванию с оси ординат величин a и Fc.
И наконец: на рис. 6 показано, как влияет добротность на монотонность АЧХ.
О, если б мог выразить в звуке.
Именно этими словами хотелось начать последний раздел сегодняшнего повествования, ибо, как говаривал Пуришкевич в фильме об убийстве Распутина, «довольно диссертаций!»
Оставшееся задуманное придется перенести в следующий номер, если меня не уволят за содеянное в этом.
Итак, каковы перспективы использования закрытых ящиков в аудиотехнике вообще и в автомобильном аудио в частности. Если анализировать пути развития домашнего аудио, можно заметить, что АС, оформленных как закрытый ящик, на прилавках и складах остается все меньше и меньше, и не потому, что раскупают, а потому, что не производят. Беда эта проистекает от того, что коммерческая машина серийной аудиопродукции во всю раскручена в пользу АС с дыркой. Неважно, подключена ли к ней труба фазоинвертора или акустическая трансмиссионная линия – покупатель хочет дырку! Нет дырки – значит, его в чем-то обделили и потребуется N Никитиных по M статей про закрытый ящик каждая, чтобы хоть кто-то понял, что это очень неплохо!
Могу смело утверждать, что при современных технологиях и технических возможностях производства головок, при запасах мощностей усилителей, которые наращиваются гораздо легче, чем рассчитываются фазоинверторы, необходимости в оформлениях, отличных от закрытого ящика нет! Главный недостаток закрытого ящика – рост амплитуды колебаний диффузора на резонансе, и рост искажений в связи с этим нейтрализуется очень просто: не надо работать на резонансе.
Скажем, в СЧ-системах надо просто отгородить зону резонанса фильтром, как, впрочем, и делают (СЧ-полоса
400 – 4000 Гц, к примеру, а резонанс СЧ-головки лежит в районе 200 Гц), а резонанс НЧ-головки выбрать в районе 28 – 31 Гц – уверяю, если там и есть осколки музыки, то мощность их минимальна и бояться за искажения не придется. Осколки были прекрасно проанализированы в статье «Диета для динамиков» («АвтоЗвук» №11/2000). Конечно, с к.п.д. при очень малых Fc будет крайне неважно, ну так с необходимостью применения усилителей помощнее мы вроде бы как уже смирились.
А более недостатков у закрытого ящика нет! Одни преимущества, и среди них главное – отсутствие свистящей, бубнящей, шуршащей трубы (труднее всего, кстати, бороться именно с шуршаниесвистом).*
Ситуация с преимуществами закрытого ящика усугубляется при разработке сабвуферов на основе современных головок. Здесь условия, делающие предпочтительным закрытый ящик, выполняются, так сказать, в квадрате. Современная сабвуферная головка по определению делается с огромным ходом, с низким к.п.д., которому уже ничто не поможет, искажений можно не бояться, так что нередко даже специально используют корректоры на входе усилителя, поднимающие низкие частоты левее резонанса Fc! А вот свист трубы портит симфонический бас безнадежно.
Ну и уж совсем нет конкурентов у закрытого ящика в автомобиле.
Отчасти сказывается вышеизложенное, но основные причины, в общем, другие.
Во-первых, при работе на замкнутый объем автомобиля труба начинает чувствовать излучение диффузора и наоборот. Вносятся коррективы в и так ненадежные методы расчета фазоинвертора.
Во-вторых, опять-таки из-за замкнутости объема салона, АЧХ получает подъем на частотах ниже 80 – 100 Гц (см. мою статью в №2/2001), объясняемый возникновением компрессионного механизма возбуждения звука. Скорость этого подъема составляет 12 дБ/окт. – столько же, сколько и спад АЧХ у уважающего себя закрытого ящика! Остается чуть-чуть поднатужиться, сопрягая частоты, и путь к идеальной АЧХ до нуля частот будет открыт! Так сказать, еще 10000 ведер, и ключик будет в наших руках. Шутка, конечно, но в каждой шутке есть доля баса.
Ничего подобного фазоинвертор не умеет: его АЧХ вместо плоскости обеспечит нам в автомобиле горб, как у запорожца.
Замечательные возможности применительно к автомобилю таит использование бандпасса, но эта тема уже для совсем другой беседы.
* Догадливый читатель наверняка уже понял, что я лукавлю, – когда дойдет дело до фазоинвертора, я пять страниц кряду буду расхваливать именно его. Конечно, все относительно, но в пределах указанных критериев и ограничений, действительно – закрытый ящик не превзойден.