Максимальный ход диффузора как узнать

13

Как лучше рассчитать фазоинвертор для акустической системы

Любители хорошего акустического звучания знают, что его качество в первую очередь зависит от передачи низкочастотной составляющей звука. Использование фазоинвертора способно существенно увеличить уровень звукового давления при одной и той же подводимой мощности. Но всё это возможно лишь при правильном расчёте размеров фазоинверторного (ФИ) отверстия, выравнивающего гармонические колебания и обеспечивающего качественный звук.

Виды акустических систем

Звук — это колебание, имеющее механическую природу возникновения, распространяющееся под давлением вызванным источником излучения. Акустическая система, представляющая собой звуковую колонку, преобразует электрические сигналы в механические, воспринимаемые слухом человека. Частота этих колебаний лежит в границах от 20 гц до 20 КГц. Существуют различные виды акустических систем:

1. Акустический лабиринт. Имеет вид лабиринта, выполненного в виде туннеля, находящегося в середине колонки. Его предназначение — усиливать низкие частоты за счёт множества изгибов. Внутренние стенки лабиринта покрываются демпфирующим покрытием, за счёт чего лабиринт не привносит в звук паразитные призвуки.
2. Открытого типа. Представляет собой систему, в которой стенка, противоположная направлению излучения динамиков, не устанавливается. В таком типе исполнения невозможно получить хорошие низкие частоты из-за отсутствия компрессии, а средние и высокие звуки кажутся более открытыми и воздушными.
3. Закрытого типа. Выполняется из полностью герметичного корпуса, создающего внутри замкнутый объём воздуха. Этот объём образует внутреннее давление, мешающее нормальному ходу диффузоров динамика. Такого рода колонки имеют большие габариты с накладкой на внутренние стенки — демпфера. Достоинством этой системы является чистота звука, в гамму которого не примешиваются нежеланные посторонние звуки.
4. Изобарического типа. Отличается сложностью изготовления и дороговизной, но из-за конструктивных особенностей позволяет увеличивать мощность и глубину низкочастотной составляющей. В середине колонки располагаются два динамика, разделённые звуконепроницаемой перегородкой и направленные в одну сторону. Эти динамики подключаются параллельно друг другу и работают в фазе.
5. Пассивная. Основное её предназначение — повысить эффективность воспроизведения низкочастотной составляющей звука за счёт использования пассивного излучателя. Этот излучатель располагается в глубине отверстия, выполненного в корпусе колонки и не обладает магнитной системой. При подаче сигнала диффузор излучателя движется не с помощью преобразования электрического сигнала, а под воздействием потока воздуха, вызванного установленным низкочастотным динамиком. Такая конструкция позволяет достичь глубокого баса, но может привнести гул в звук.
6. С дипольным излучателем. Дипольного вида акустика воспроизводит звук в двух направлениях. Другое название такого типа — биполярный. По своему типу относится к открытому виду. Для получения приемлемых низких частот потребуется использование динамиков с большими размерами диффузоров.
7. Контрапертурная. Редко используемая конструкция. Динамики в ней направляются в верхнюю или нижнюю сторону, и к ним подводится одинаковый сигнал. При столкновении звука, излучаемого динамиками, он изменяет своё направление, распространяясь радиально. К недостаткам такой системы относят возникновение реверберации, из-за чего «размывается» стереопанорама. Достоинства заключаются в появлении эффекта «растворения» звуковых колебаний в помещении.
8. Фазоинверторная. Эта система изготавливается в виде классической колонки закрытого типа, но со специальным отверстием. В него устанавливается труба, уходящая вглубь ящика. Такой подход позволяет получить низкочастотный звук значительно ниже по частоте, чем возможности динамиков. Такая система очень востребована, так как позволяет в относительно небольших размерах корпуса воспроизвести глубокие басы, выдавая частоты, недостижимые простым применением динамиков.

Использование фазоинверторного типа даёт возможность не только расширить нижний частотный диапазон, но и повысить коэффициент полезного действия. При этом частотный диапазон не изменится. Отверстие фазоинвертора выполняется разного вида и размеров. Размещаться оно может на любой поверхности колонки. При разработке акустической системы наиболее важно выполнить правильно расчёт размера фазоинверторного короба, от чего зависит не только диапазон воспроизводимой частоты, но и качество всего звука в целом.

Соотношение запасов и потерь

Таким образом, динамик, имеющий достаточно мощные пружины и тяжелую подвижку, будет накапливать много энергии. Соответственно, и ее количество в устройстве значительно превысит потери. Такой динамик может считаться высокодобротным. Колебания в нем будут затухать медленно. В легком устройстве с не особенно мощными пружинами энергии накапливается меньше. Соответственно, показатель отношения между имеющейся и израсходованной энергией в нем будет небольшим. Такой динамик считается низкодобротным и, соответственно, более качественным.

Принцип работы устройства

Любая колонка фазоинверторного типа имеет в своём составе отверстие — фазоинвертор. Часто он называется акустическим туннелем или портом. Принцип работы его заключается в изменении фазы звукового колебания, вызванного задней стороной диффузора на сто восемьдесят градусов. При возникновении резонанса в ящике амплитуда колебания диффузора достигает минимального значения.

Связано это с тем, что при движении вперёд динамик создаёт разрежение в середине закрытой колонки, тем самым вытесняя воздух в фазоинверторный канал и увеличивая разряжение. Поэтому на частоте резонанса механические волны излучаются через отверстие, а не диффузором динамика.

От размера и вида фазоинверторного порта зависят объём воздуха и частота резонанса, на которую настроен канал. Объём воздуха в канале начинает резонировать и усиливать воспроизведение частоты при наступлении момента, когда диффузор излучает частоту, на которую рассчитан фазоинвертор.

По своей форме классический туннель выполняется кольцевой формы. Но для увеличения полезной внутренней площади ему часто придают щелевой вид. Отказ от цилиндрической формы тоннеля позволяет сократить его длину и снизить шумы, возникающие при выбросе воздуха.

При ошибках в расчёте щелевого фазоинвертора настроить его гораздо сложнее, чем классический вид, так как он изготавливается совместно с колонкой. Сам расчёт выполняется сложнее, чем для систем закрытого типа: при этом, кроме объёма ящика, учитывается настраиваемая частота резонанса. Оптимальные размеры подбираются с учётом амплитудно-частотной характеристики колонки, а именно её равномерности.

Получаем размеры корпуса по известному литражу

Итак, подходим к финальному этапу мероприятий. Теперь нам нужно рассчитать, какие же геометрические размеры будет иметь фазоинверторный корпус, если известен его общий литраж – 60,3 л. Проводим замеры багажника, определяя приемлемые габариты. К примеру, нам подходит конструкция длиной в 60 см и высотой в 40 см. Остается узнать ширину. Определимся, что стенки ящика мы будем выполнять из фанеры толщиной 1,8 см. Теперь нам нужно отнять от длины и высоты конструкции толщину стенок (1,8х2) и получить такие значения: длина – 56,4; высота – 36,4 см. Далее проводим такие вычисления: 60,3х1000:36,4:56,4=29,4. Это и будет ширина корпуса, правда, без учета толщины стенок. Прибавим ее и получим 33 см. Так выглядит примерный расчет корпуса сабвуфера с фазоинвертором под определенный динамик. Отметим, что эта статья является лишь общим руководством, в ней не учтены многие тонкости и нюансы, которые возникают в процессе работы.

Расчёт низкочастотного туннеля

Существует несколько способов для проведения вычислений размеров ФИ. Наиболее популярным является расчёт фазоинвертора онлайн или с использованием специализированных программ. Такие способы обычно требуют знаний множества параметров используемых динамиков. Существуют варианты и проще, но с большим расхождением конечного результата с реальным значением. Хотя в любом случае после расчёта и изготовления приходится проводить настройку.

Простая формула для вычисления

Метод вычисления заключается в использовании несложных формул и происходит методом подбора данных, когда за основу используется желаемая длина ФИ канала.

• F — желаемая частота настройки;
• C — скорость звука;
• π — математическая постоянная, равная 3,14;
• K — коэффициент, зависящий от размеров фазоинвертора.

При этом коэффициент K равен квадратному корню отношения S/LV, где:

• S — площадь отверстия;
• L — длина канала;
• V — объем колонки.

В качестве единиц измерения везде используются метры, а для частоты — герцы. При определении значений объёма считается, что лучше выбрать узкий фазоинвертор, но такой подход неверен, ведь при этом в нём возрастает скорость движения воздуха, а это вносит искажения в звучание. Проектирование широкого и длинного ФИ также лишено смысла, ведь длина фазоинвертора не должна превышать длину волны в момент наступления резонанса. Выполнение этого правила помогает избавиться от стоячих волн.

Использование специализированных программ

Существует много программ, позволяющих автоматизировать расчёты при построении акустических систем, например, Bassport. Эта программа специально разработана для автоматизации проведения расчёта порта фазоинвертора. При разработке программы учитывалось, что когда скорость потока воздуха в трубе становится более шести метров в секунду, то становятся заметными шумы.
Интерфейс программы интуитивно понятен, тем более она имеет локализацию на русском языке. Для получения нужных результатов понадобится ввести:

• скорость звука;
• объем колонки;
• частоту фазоинвертора и динамика;
• диаметр диффузора;
• ход диффузора.

После ввода всех данных останется нажать кнопку «Пересчитать» и получить результат, соответствующий максимальной добротности, зависящей, прежде всего, от соотношения объёма ящика к диаметру порта. Программа Bassport позволяет выполнить расчёт для различных форм, но чаще всего, при скоростях потока до шести метров в секунду, применяется несложная форма для трубчатого или щелевого вида.

Необходимо отметить следующие нюансы при использовании программы. Измерение диаметра диффузора происходит между расстояниями противоположными средним точкам подвесов. Цвет отображения цифры скорости потока, обозначает возможные возникновения шума: чёрный — шума нет, красный — шум заметно слышимый.

Использование онлайн-программ построено по такому же принципу: вводятся параметры системы и выдаётся результат. Сайты с такими программами легко находятся по запросу «фазоинвертор онлайн-калькулятор» в любой поисковой системе. Хотя для достоверности результатов следует перепроверить полученные данные на нескольких сайтах.

После выполнения расчётов останется изготовить и настроить фазоинвертор. В домашних условиях выполнить такие операции несложно, при этом какие-то особые материалы не понадобятся.

Электрический и механический показатели

Рассчитываться добротность динамиков может несколькими способами. В некоторых случаях при определении этого параметра принимаются во внимание только потери на звук, а также на трение. При использовании такой методики расчета получают показатель механической добротности.

Иногда при вычислениях учитываются только значения расхода на сопротивление мотора динамика. Такая добротность называется электрической. Этот показатель в динамиках обычно имеет небольшие значения. В любом случае механическая добротность в звукоизлучателях всегда превышает электрическую. Обычно такой показатель в динамиках имеет значение больше единицы.

О чем нужно знать

Измерить параметры ТС, включая добротность, правильно при конструировании акустических систем очень важно. Чтобы избежать больших погрешностей, перед выполнением измерений динамик обязательно нужно «размять». Дело в том, что у новых или не эксплуатировавшихся некоторое время устройств подобного типа параметры ТС могут значительно отличаться от показателей, использовавшихся до начала расчетов оборудования.

«Разминать» динамики перед измерениями можно, к примеру, синусоидальными сигналами, просто музыкой, белым и розовым шумом, тестовыми дисками. Длиться при этом процедура подобной подготовки устройства должна, по мнению специалистов, в течение минимум суток.

Рассчитываем порт фазоинвертора

Для этого мы воспользуемся помощью программы BassPort, которая проводит быстрый, удобный, а главное — очень точный расчет фазоинвертора онлайн.

Нам нужно будет ввести следующие значения: 1. Требуемую частоту настройки порта. 2. Чистый объем (полученный ранее). 3. Площадь диффузора динамика (замеряем длину по центральной оси динамика от середины подвеса до такой же точки напротив). 4. Ход диффузора (максимальный) в одну из сторон (указан в описании как Xmax). 5. Теперь нам нужно выбрать сечение порта. 6. Ввести его габариты. 7. Далее – жмем кнопку «Рассчитать» — получаем длину порта (L), а также его литраж.

Как рассчитать закрытый ящик

Понадобиться выяснить три главных показателя динамика. Результатом будет подбор внутреннего объема колонки. Обратите внимание на отношение резонансной частоты в паспорте к добротности. Если показатель меньше цифры 100, не рекомендуется устанавливать этот динамик в закрытом ящике. Так как в запертом корпусе воздух сжимается, и увеличивается жесткость подвески.

Выведены специальные формулы, которые связывают резонансную частоту, добротность и объем: Fc, Qtc, Vb соответственно, с такими же параметрами в паспорте. Формулы можно внимательно рассмотреть на фото.

Пользуясь формулами подбирается необходимый объем корпуса. Важно стремиться к тому, чтобы резонансная частота колонок не была выше 50 Гц. А добротность приближалась к показателю 0,7.

Онлайн расчет порта фазоинвертора

Автор: Sobich Aleksej

В этой статье я хочу рассказать и показать о том как можно рассчитать сабвуфер и на что надо обратить внимание, при проектировании в следующих программах: WinISD 0.44, WinISD 0.50а7. Расчёт ящика будет производится для десяти-дюймового динамика Audiobahn 1051T. Начнём! Запускаем программу WinISD 0.50a7

1. Создаём новый проект (New Project). 2. Нажав эту кнопку выбираем динамик из базы программы. 3. Просмотр Т/С параметров.

4. Т/С параметры. Нажимаем дальше(Next)

5. Выбор количества динамиков. 6. Тип установки.

Нормальный – все динамики стоят на одной панели.

Изобарический динамики стоят лицом к лицу.

7. Эффективность динамика. Показывает к какому типу корпуса больше подходит. 8. Выбор типа ящика.

Закрытый ящик – название говорит само за себя

Фазоинверторный – ящик оснащенный трубой(фазоинвертором).

Банд пасс 4-го порядка – динамик находится между двух камер одна из них имеет фазоинвертор.

Банд пасс 6-го порядка – находится между двух камер обе оснащены фазоинверторами.

Пассивный излучатель – в одном закрытом ящике динамик и пассивный излучатель(динамик без магнита)

Выбираем какой тип нам подходит и нажимаем дальше (Next)

Далее программа предлагает способ оформления АЧХ различными способами. Я не заостряю внимания на этом пункте и нажимаю далее. Если же выбрать Пассивный излучатель то программа предложить ввести следующие Т/С параметры пассивного излучателя:

1. Vas – это возбуждаемый закрытый объем воздуха динамиком.
2. Fs – резонансная частота.
3. Xmax – максимальный ход диффузора.
4. QMS – Механическая добротность.
5. SD – площадь диффузора.

Далее будем рассматривать программу на примере Банд пасс 4ого порядка.

9-10. Опять можно указать количество и тип установка динамиков. 11. Дополнительные возможности. Вкладка Box.

12-13. Камеры ящика 14. Объем камеры. 15. Частота настройки камеры.

16. Количество Фазоинвертора(ов) 17. Диаметр Фазоинвертора(ов) 18. Длинна Фазоинвертора(ов) 19. Тип круглый или прямоугольный. можно менять нав на кружок. 20. Вид фазоинвертора.

Переходим к основному расчёт ящика:

21. Нажимаем на схематично показанном ящике правой кнопкой мыши удерживая передвигаем курсор по оси (X) тесть по горизонтали меняем объём по оси(Y) по вертикали чтобы изменить частоту. Аналогично Левой кнопкой мыши чтобы изменить параметры нижней камеры. Макушка кривой должна находиться выше красной линии между 35Гц и 120Гц если это сабвуфер как можно шире и ровнее.

Transfer function magnitude. АЧХ

Примерно так, но нижний предел 40Гц, а верхний 113Гц, это тоже подходит. Там где я пометил красными чёрточками на практике там будет срезаться частота кроссовером.

Выбираем график: Maximum Power.

На этом графике программа показывает максимальную мощность относительно частоты. Видно, что имеется спад мощности пик спада 60 ватт на 39 герцах на практике диффузору динамика не хватает хода(Xmax) и появляются неприятные звуки – искажения. На готовом изделии это надо тоже учесть и ограничить мощность

Выбираем график Maximum SPL

Maximum SPL. Этот график показывает максимальное звуковое давление

Также видно спад. По той же причине. Последние два графика от другого динамика, я показал их чтобы наглядней было. Вот графики для нашего подопытного. Первый немного неправдоподобный на частоте от 0 Гц и до 25 Гц у всех динамиков есть спад.

Теперь надо определиться с размерами ящика в который будет установлен динамик. Для этого запускаем программу WinISD 0.44 нажимаем новый проект.

Нам надо ввести параметры нашего динамика в эту программу т.к. в её базе его нет для этого нажимаем «New» Перейдём к WinISD 0.50a7

22. Нажав эту кнопку можно увидеть Т/С параметры которые надо ввести в WinISD 0.44.

Вводим параметры нажимаем ОК и закрываем это окно чтобы не мешалось. Создаём новый проект.

23. Переставляем галочку чтобы выбрать динамик. Нажимаем дальше, и делаем точно также как и в WinISD 0.50a7

Переносим параметры ящика из WinISD 0.50a7 в WinISD 0.44.

24. Нажимаем чтобы начать рассчитывать размера ящика. 25. Нажимаем и программа выдаёт оптимальный на её взгляд размеры. В распоряжении мы имеем 10 дюймовый динамик полный его внешний диаметр 300 мм чтобы уместить его в ящик размеры W и D недолжны быть меньше 300 мм 26. Ширина вписываем 300мм равняется 0,300 МЕТРА 30. Можно поменять единицы измерения просто нажав на размерность в данном случае буква «m» 28. Длина вписываем 0,300 метра 27. Нажимаем на «H» программа показывает высоту. 31. Обратить внимание на L1 и L2 это высота камер смотреть надо чтобы глубина врезки динамика не превышала значение L2. Но надо учесть толщину материала он будет внахлест ещё в нутрии есть полка в которой стоит динамик и её толщину тоже учесть сам динамик он ведь тоже занимает бьём его я уже учёл если ящик большой там внутри должны стоять распорки их надо тоже учитывать . Получается 7 деталей чтобы рассчитать правильно детали надо учитывать что какие-то из них будут нахлестываться т.к программа показывает внутренние диаметры. Буквой «P» я буду укалывать толщину материала которую надо прибавлять к другим значениям. 1)D x W 2)D x W 3)D x W 4)H+(P*3) x D 5) H+(P*3) x D 6) H+(P*3) x W+(P*2) 7) H+(P*3) x W+(P*2) Получаем размеры деталей если толщина материала 20мм: 1) 300х300 2) 300х300 3) 300х300 4) 420х300 5) 420х300 6) 420х 340 7) 420х 340

Теперь можно переходить к расчёту фазоинвертора.

32. Тип фазоинвертора мы будем использовать прямоугольный 33. Длинна. Когда конец фазоинвертора смещён со стенкой ящика то он виртуально удлиняется, и фактически получается что он настроен не на ту частоту и большей длинны WinISD 0,44 этого не учитывает виртуальное удлинение можно рассчитать самому по формуле но проще заглянуть в программу WinISD 0.55a7 повторяю: это действительно только когда конец фазоинвертора смещён со стенкой ящика а когда он выступает это не действует. Итак программа WinISD 0,44 показывает 28,86см а WinISD 0,55а7 25,64см.Ф фазоинвертор будет установлен в деталь № 4 420х300 от 420 отнимаем 20 это высота фазоинвертора получаем ровно 400 т.к фазоинвертор прямоугольный добавляется ещё одна деталь 8)300х255 Вот конечные размера деталей И их количество . 1) 300х300 2) 300х300 3) 300х300 4) 400х300 5) 420х300 6) 420х340 7) 420х340 300х255

34. Сопротивление воздуха. Сопротивление воздуха в фазоинверторе надо делать как можно меньше увеличивая площадь отверстия фазоинвертора.

Большое спасибо “Sobich Aleksej” за статью

Добавил: Павел (Admin) Автор: Sobich Aleksej

Расчет короба

Систему акустики так же как и сабвуферы можно легко просчитать при помощи онлайн программ. Их просто скачать из интернета. Автоматический расчет осуществляется методом подстановки данных о звуковых элементах. Здесь надо выяснить информацию о технических характеристиках необходимых для расчета.

Сабвуфер схема

Всю информацию можно получить из встроенной программы базы данных. Если характеристики уже известны, их вводят вручную. Онлайн программа удобна еще и тем, что дает возможность подобрать динамики которые обеспечат лучшую отдачу.

Самыми простыми формами акустики являются закрытый короб и фазоинвертор. Для них не обязательно знать точные данные. Достаточно расчета с помощью формул.

Сайт установщиков

Конструкция корпусов с фазоинвертором требует наличия одного или нескольких рассчитанных отверстий. Отверстия должны настраивать корпус на частоту Fb. Данная программа включает в себя расчет размеров отверстия, что облегчает эту задачу.

Обычно используются два типа отверстий: порты и воздуховоды. Порт представляет собой отверстие, прорезанное в стенке корпуса (обычно в передней стенке). Отверстие может быть круглым, квадратным и прямоугольным. Воздуховод обычно представляет собой трубу, которая закреплена на стенке корпуса (обычно в передней стенке). Воздуховод обычно устанавливается заподлицо с внешней поверхностью корпуса.

И порты и воздуховоды должны быть достаточно большими, чтобы избежать наложения нежелательного звучания, например свиста, создаваемого турбулентностью воздуха, перемещающегося внутрь и наружу корпуса через порт. Размером, который оказывает самое большое влияние на появление таких помех, является площадь поперечного сечения. Нелинейность отверстия, понижающая выходную мощность при высоком уровне мощности, также определяется слишком маленьким поперечным сечением. Одним из способов увеличения площади поперечного сечения является использование нескольких портов и воздуховодов. Практичность такого метода зависит от используемой вами конструкции. Чем больше площадь поперечного сечения, тем длиннее должны быть порты или воздуховоды. Эта длина часто ограничивает размеры порта или воздуховода, которые могут быть использованы в конкретном корпусе. Это может быть одной из многих задач при выборе конструкции корпуса с фазоинвертором при выборе объема корпуса Vb и частоты настройки Fb, необходимых для определения размеров отверстия, подходящего для данного корпуса.

Слишком большая длина воздуховода может создать резонанс органной трубы при очень высокой выходной мощности. Не используйте воздуховоды слишком большой длины. Одним из способов понижения требуемой длины воздуховода является увеличение объема корпуса (или объема соответствующей камеры). Помните, что резонансная частота корпуса (или камеры) является производной от их объема и размеров воздуховода. Если резонансная частота корпуса поддерживается постоянной, то чем меньше объем корпуса, тем длиннее должен быть воздуховод, и наоборот.

Расчет воздуховода оптимизирован для воздуховодов в виде труб. Алгоритм окончания расчета подразумевает, что воздуховод будет закреплен на одном конце заподлицо, а другой конец будет находиться достаточно далеко от внутренних стенок, чтобы была возможность избежать препятствования циркуляции воздуха. Основным правилом является поддержание конца воздуховода на расстоянии по крайней мере одного диаметра от любой боковой стенки или других внутренних структур. Нижеследующая таблица содержит некоторые справочные значения для корпусов с одним воздуховодом.

Минимальный диаметр/площадь воздуховода в таблице представлены для громкоговорителей, которые перемещаются на расстояние, близкое к Xmax. При вычислении размеров воздуховода получается минимальный рекомендованный размер для работы без искажений при максимальном перемещении. Примечание: Минимальный рекомендованный диаметр воздуховода для отверстия для верхней частоты в конструкции корпуса, предназначенного для воспроизведения определенной полосы частот, может быть больше, чем указано в таблице, потому что перемещение воздуха через отверстие имеет большую скорость на более высоких частотах. Для вычисления размеров воздуховода выберите Vent в меню Box или нажмите Ctrl + V. Откроется окно Vent Dimensions.

Имейте в виду, что оно имеет секции для всех трех конструкции корпусов с фазоинвертором. Если какая-либо конструкция не используется, данная секция не появляется. Также обратите внимание на текстовую инструкцию. Ее можно прочитать, используя линейку прокрутки.

Окно Vent Dimensions разработано для вычисления одного из двух размеров отверстия, Dv или Lv. Сначала введите количество портов, выберите, будет ли Dv представлять собой диаметр или площадь отверстия, затем введите Dv или Lv и неизвестный параметр будет автоматически рассчитан. Каждый из параметров описывается ниже.

Vent Parameters

Number: Количество портов, которое вы хотите использовать. Все порты должны быть одинакового размера.

Diameter/Area: Размер первого отверстия, Dv, может быть введен либо в виде диаметра (для круглого порта или воздуховода), либо в виде поперечного сечения отверстия. При вводе данного значения в виде площади вы сможете рассчитывать квадратные и прямоугольные порты.

Minimum Size: Нажатие данной кнопки приведет к тому, что программа порекомендует вам минимальные диаметр или площадь воздуховода, которые позволят избежать шумов в отверстии при максимальном отклонении громкоговорителя. Программа также рассчитывает приблизительную длину воздуховода. Эти рекомендации могут показаться слишком большими, потому что приводятся в расчете на максимальное отклонение громкоговорителя. Если вы не будете подавать на громкоговоритель сигнал такого высокого уровня, вы можете использовать более умеренные рекомендации, которые приведены в таблице на предыдущей странице.

Dv: Dv может представлять собой либо диаметр отверстия (если оно круглое), либо поперечное сечение, в зависимости от того, какая из кнопок Diameter или Area нажата. После того, как введено значение Dv и вы переместили курсор, будет автоматически рассчитано значение Lv. Значение Dv может быть введено в дюймах (квадратных дюймах, если нажата кнопка Area) или сантиметрах (или квадратных сантиметрах, если нажата кнопка Area). Для изменения единиц измерения для Dv дважды щелкните на ярлыке единиц измерения.

Важно: Алгоритм расчета отверстия оптимизирован для расчета воздуховодов, имеющих круглое сечение. Также он хорошо работает при расчете воздуховодов, имеющих квадратное сечение. При другой форме сечения, например, прямоугольнике, когда высота и ширина отверстия не одинаковы, расчет будет не совсем точен. Узкие щели рассчитывать не рекомендуется.

Если значение Dv введено в виде площади сечения, значение появится в соответствующей колонке электронной таблицы параметров корпуса с индикацией “а”, показывающий отличие площади от диаметра. Если корпус имеет несколько воздуховодов или портов, перед значением Dv будет указано количество портов и знак х. Например, два воздуховода диаметром по 4 дюйма обозначаются 2 х 4,00. Два порта с поперечным сечением в 16 дюймов обозначаются как 2 х 16,00а.

Lv: Длина воздуховода. После ввода значения Lv и перемещения курсора в другую позицию, значение Dv будет рассчитано автоматически. Значение Lv может вводиться в дюймах или сантиметрах. Для изменения единиц измерения Lv дважды щелкните на ярлыке единиц измерения.

На что влияет добротность динамика

Влияет Q в акустических системах в первую очередь на АЧХ и на импульсные характеристики АС. То есть этот показатель в значительной мере определяет особенности звучания динамиков. При добротности 0,5, к примеру, можно достичь наилучшей импульсной характеристики. При показателе же 0,707 получается ровный АЧХ. Также при:

• добротности 0,5-0,6 динамики выдают аудиофильский бас;
• показателях 0,85-0,9 бас становится упругим и рельефным;
• добротности 1,0 в срезе появляется «горбик» амплитудой 1,5 дБ, воспринимаемый ухом человека как хлесткий звук.

При дальнейшем росте показателя Q «горб» в звуке растет и из динамиков начинают исходить характерные гудящие шумы.

Показатель Vas

Этот параметр для динамиков может измеряться по двум методикам:

• добавочной массы;
• добавочного объема.

В первом случае измерения делают с использованием каких-либо грузиков (10 грамм на каждый дюйм диаметра диффузора). Это могут быть, к примеру, гирьки от аптечных весов или старые монеты, номинал которых соответствует их весу. Такими предметами нагружают диффузор и измеряются его частоту. Далее производят необходимые расчеты по формулам.

При использовании метода добавочного объема звукоизлучатель герметично закрепляют в специальном измерительном ящике магнитом наружу. Далее измеряют резонансную частоту и вычисляют электрическую и механическую добротность динамика, а также полную. Затем с учетом полученных данных по формуле определяют Vas.

Считается, что чем меньше Vas при прочих равных величинах, тем более компактное оформление можно использовать для динамика. Обычно небольшие значения этого параметра при той же резонансной частоте являются результатом сочетания тяжелой подвижной системы и жесткого подвеса.

Простой способ настройки акустических систем с фазоинвертором

Действовать предстоит точно так же, как и в случае закрытого короба. Открываем программу для расчета, вводим показатели Fs, Vas и Qts в соответствующие поля. Выстраиваем расчетную АЧХ, которую затем изменяем, подгоняя расчетный объем корпуса сабвуфера.

К получившемуся объему следует добавить несколько литров в счет объема, который будет занят корпусом динамика и портом фазоинвертора. С динамиком все понятно, но как узнать, сколько места займет фазоинвертор?

Расчет порта фазоинвертора

Порт фазоинвертора тоже будет рассчитываться при помощи специальной программы – BassPort. Эта программа предназначена именно для сабвуфером, так как для низких частот требуется фазоинвертор с определенными параметрами.

Пользоваться программой несложно:

• вводим частоту фазоинвертора;
• указываем чистый объем короба;
• эффективная площадь мембраны излучателя, для расчета которой понадобится узнать диаметр динамика;
• пиковая амплитуда колебания диффузора, ее можно узнать из инструкции к динамику;
• внизу главного окна выбираем форму трубки;
• указываем габариты фазоинвертора;
• после нажатия на кнопку «рассчитать» программа выдаст недостающие параметры порта: его длину, объем, который нужно добавить к чистому объему короба, скорость ветра в трубке и т. д.

От чего еще зависит

Оформление оказывает, таким образом, большое влияние на добротность динамика. Также этот показатель у такого оборудования зависит от:

• Мощности его мотора. Чем выше эта характеристика, тем ниже добротность у головки.
• Массы подвижки. При увеличении этого показателя усилия мотора в звукопередающем устройстве становятся менее заметными. Потери на трение при этом возрастают. В результате всего этого добротность устройства увеличивается.
• Диаметра проводов. В том случае, если провода в динамике дают большое сопротивление, электрическая добротность устройства увеличится. Ведь в данном случае нагрузка на динамик, представляющий собой подобие генератора, падает.

Разновидности

По типу конструкции различают четыре вида, каждый из них имеет свои особенности и способен по-разному влиять на звук.

1. Закрытый ящик. Данный короб прост в проектировании, а тип его конструкции в полной мере отражает название. Сабвуферный динамик, помещенный в закрытый ящик, имеет маленький КПД, но его акустические свойства будут все равно значительно улучшены. Его можно разместить беспроблемно в любом месте автомобиля.
2. Фазоинвертор — корпус, содержащий специальную трубку, которая выводит воздух, чем значительно улучшает качество и мощность звука низких частот.
3. Бандпас четвертого порядка имеет разделение на две камеры, в одной из которых размещен динамик сабвуфера, в другой камере размещен воздуховод. При таком типе конструкции можно регулировать частоты, воспроизводимые низкочастотным динамиком.
4. Бандпас шестого порядка имеет тот же принцип, что и предыдущий вариант, но отличается от него наличием дополнительного фазоинвертора. Такой тип конструкции выдает максимальный КПД, но его проектирование и сборка — очень трудоемкий процесс.

Исходя из вышеперечисленного, можно сделать вывод, что оптимальным вариантом будет изготовление короба фазоинверторного типа, т.к. он отличается высоким показателем КПД и прост в изготовлении.

Расчет корпуса сабвуфера: программа и калькулятор онлайн

Если правильно произвести расчет корпуса сабвуфера в режиме онлайн, то вполне возможно будет собрать его самостоятельно. При этом возможно будет произвести расчет корпуса сабвуфера онлайн, поскольку в интернете реально отыскать несколько программ, большинство из которых действуют, как качественный и удобный калькулятор.

Перед тем, как приниматься за изготовление корпуса сабвуфера различного объема, стоит отправиться на автомобильный рынок и подобрать там качественные динамики, фазоинвертор, бандпасс четвертого или же шестого порядка. Все спорные вопросы реально будет уточнить у продавца или же в автомобильном сервисе, как правило, бесплатно или же за символическое вознаграждение.

Для чего нужна программа расчета корпуса сабвуфера на русском

Перед тем, как использовать программу расчета корпуса сабвуфера на русском, стоит разобраться с тем, какие детали потребуется приобрести.

Для качественного звучания акустики придется купить:

• динамик – лучше всего, если это будет импортный вариант, который составит десять, а лучше двенадцать дюймов;
• бандпасс четвертого порядка – который будет разделен на несколько камер, способные ограничить те частоты, которые могут ограничиваться при помощи диффузора;
• бандпасс шестого порядка – имеет еще одну камеру, а также, наличие дополнительного фазоинвертора, при этом можно отыскать два типа бандпассов, то есть с одним или двумя фазоинверторами;
• фазоинвертор – деталь, которая представляет собой трубку, выводящую воздух, который может обеспечить дополнительное, более качественное звучание акустики.

При этом все вышеуказанные части обязательно заключены в корпус сабвуфера, который представляет собой ящик закрытого типа с определенным объемом. Как правило, качественный корпус сабвуфера представляет собой корпус из дерева, который полностью герметичен. Конечно же, этот вариант самый простой, но динамики, расположенные в нем показывают самый низкий уровень КПД.

В интернете имеется программа для расчета корпуса сабвуфера, русский вариант будет также доступен, она напоминает обычный калькулятор, но обладает рядом других функций.

К примеру, популярная программа Speaker Workshop позволяет произвести расчет онлайн таких параметров, как:

• корпус;
• фильтр;
• динамический импеданс;
• АЧХ;
• искажений гармонического характера;
• количества конденсаторов, резисторов.

Как произвести расчет объема корпуса сабвуфера

Еще одна программа, которая в режиме онлайн позволяет производить расчет необходимых составляющих для корпуса сабвуфера – это UniBox (Unified Box Model). С ее помощью реально рассчитать:

• объем закрытого ящика;
• особенности фазоинвертора;
• особенности брандпасса;
• начертить кривую импеданса, которую обеспечивают динамики;
• выступает, как качественный симулятор уровня звукового давления.

Еще одной довольно популярной программы, позволяющей в режиме реального времени произвести расчет объема корпуса сабвуфера является Crossover Elements Calculator. Она не только производит расчет объема корпуса сабвуфера в режиме онлайн, но и дает советы, касающиеся того, какой именно корпус целесообразнее выбрать для конкретных динамиков, а также, способна скорректировать чувствительность высоких частот.

Программа, больше напоминающая калькулятор и способная произвести полный расчет объема корпуса сабвуфера, имеющая русский интерфейс – это BassPort.

Параллельно она проверяет:

• число портов и их сечение;
• частоту настройки;
• диаметр диффузоров и их максимальный ход;
• несколько минимальных и максимальных показателей для портов.

Что предполагает калькулятор расчета корпуса сабвуфера

Как правило, качественный калькулятор расчета корпуса сабвуфера производит все действия на бесплатной основе. При этом все этапы расчета будут приближенными к номинальным техническим характеристикам.

Самой популярной программой на русском языке, позволяющей производить полный расчет всех параметров, можно назвать Speaker Box Lite.

С ее помощью реально рассчитать не только объем корпуса сабвуфера, но и:

• толщину используемого материала;
• габариты закрытого ящика в миллиметрах;
• диаметр вырезок отверстий под динамики;
• объем полезного типа в литрах;
• типы, выполняемых функций.

При этом программа-калькулятор поможет качественно произвести все расчеты только после того, как точно определен тип короба – закрытый или открытый с имеющимся инверторами. Возможно будет не только рассчитать чистый объем корпуса, но и настроить порты.

Фазоинвертор

Данный тип оформления довольно сложнее рассчитать и построить. Его конструкция значительно отличается от закрытого ящика. Однако у него есть преимущества, а именно:

Высокий уровень КПД. Фазоинвертор будет воспроизводить низкие частоты намного громче, чем закрытый ящик;
Несложный расчет корпуса;
Перенастройка в случае необходимости

Это особенно важно для новичков;
Хорошее охлаждение динамика.

Также фазоинвертор имеет и недостатки, число которых больше, чем у ЗЯ. Итак, минусы:

• ФИ громче, чем ЗЯ, но бас здесь уже не такой четкий и быстрый;
• Размеры ФИ короба гораздо больше по сравнению с ЗЯ;
• Большой литраж. Из-за этого готовый короб будет занимать больше места в багажнике.

Исходя из преимуществ и недостатков можно понять, где используются ФИ короба. Чаще всего их используют в инсталляциях, где необходим громкий и выраженный бас. Фазоинвертор подойдет для слушателей любого репа, электронной и клубной музыки. А также он подойдет для тех, кому не нужно свободное место в багажнике, так как короб будет занимать почти все пространство.

ФИ короб поможет получить больше баса, чем в ЗЯ от динамика маленького диаметра. Однако для этого потребуется гораздо больше места.

Какой объем короба требуется для фазоинвертора?

• для сабвуфера диаметром 8 дюймов (20 см) понадобится 20-33 литров чистого объёма;
• для 10-дюймового динамика (25 см) – 34-46 литров,
• для 12-дюймового (30 см) – 47-78 литров,
• для 15-дюймового (38 см) – 79-120 литров
• и для 18-дюймового сабвуфера (46 см) нужно 120-170 литров.

Как и в случае с ЗЯ, здесь даны неточные цифры. Однако в ФИ корпусе можно «играть» с объемом и брать значение меньше рекомендуемых, выясняя при каком объеме сабвуфер играет лучше. Но не стоит слишком сильно увеличивать или ужимать объем, это может привести к потере мощности и выходу динамика из строя. Лучше всего опираться на рекомендации производителя сабвуфера.

От чего зависит настройка ФИ короба

Чем больше объем короба, тем меньше будет частота настройки, скорость баса уменьшается. Если же нужна частота повыше, то объем необходимо уменьшить . Если у вас номинальная мощность усилителя превышает номинал динамика, то объём рекомендуется делать поменьше. Это нужно для того, чтобы распределить нагрузку на динамик и исключить его превышение хода. Если же усилитель слабее динамика то объём короба рекомендуем сделать чуть больше. Это компенсирует громкость из-за недостачи мощности.

Площадь порта также должна зависеть от объема. Средние значения площади порта динамиков следующие:

для 8-дюймового сабвуфера потребуется 60-115 кв.см,

для 10-дюймового – 100-160 кв.см,

для 12-дюймового – 140-270 кв.см,

для 15-дюймового – 240-420 кв.см,

для 18-дюймового – 360-580 кв.см.

Длинна порта так же влияет на частоту настройки сабвуферного короба, чем длиннее будет порт тем ниже настройка короба, чем короче порт соответственно частота настройки выше. При расчете короба для сабвуфера прежде всего необходимо ознакомиться с характеристиками динамика и рекомендуемыми параметрами корпуса. В некоторых случаях производитель рекомендует совершенно иные параметры короба, чем те, которые даны в статье. Динамик может иметь нестандартные характеристики, из-за чего он будет требовать определенного короба. Такие сабвуфер чаще всего встречаются у компаний-производителей Kicker и DD. Однако у других производителей такие динамики также имеются, но в гораздо меньших количествах.

Объёмы даны примерные, от и до. Он в зависимости от динамика будут отличаться, но как правило они будут находиться в одной и той же вилке… К примеру для 12 дюймового сабвуфера это 47-78 литров а порт будет от 140 до 270 кв. см, а как более подробно рассчитать объём, всему этому мы будем учиться в последующих статьях. Надеемся что данная статья ответила вам на ваш вопрос, если у вас есть замечания или предложения вы можете оставить свой комментарий ниже.

Как сделать сабвуфер для автомобиля?

Рассмотрим, как самостоятельно сделать автомобильный сабвуфер для вашего стального друга из обычных колонок.

Материалы и инструменты для работы

Для этого необходимо заблаговременно подготовить следующие материалы:

1. динамик — не стоит использовать устройство бывшее в применении, лучше всего приобрести качественное изделие со всеми документами в магазине;
2. защитная решетка;
3. клей хорошего качества — лучше всего эпоксидный;
4. розетка, которая способствует подключению;
5. стеклоткань;
6. провод, имеющий в диаметре 3 мм;
7. кисть;
8. фанера;
9. лист ДСП, толщина которого соответствует 16 мм;
10. саморезы и гайки, которые применяются в деревообрабатывающей промышленности;
11. болты;
12. полиэтилен;
13. универсальная шпаклевка;
14. малярный скотч.

Для работы нам потребуются следующие инструменты:

• дрель или шуруповерт;
• лобзик по дереву.

Проектирование

Как сделать сабвуфер из обычных колонок своими руками:

• Подбираем качественный динамик. Чем большая мощность будет у него, тем громче будет звук.
• Переходим к проектированию короба сабвуфера — аналогично можно воспользоваться специальным ПО. Так как мы сооружаем сабвуфер для автомобиля, то нам потребуется короб с самым высоким КПД, или его еще называют бандпасс 6-го уровня.

Очень важно, чтобы корпус был полностью загерметизирован. Для этого применяем войлок, поролон или же обычную вату. Слой герметика внутри должен иметь около двух сантиметров.
Крыша сабвуфера в обязательном порядке должна иметь съемную конструкцию и обладать высокой прочностью на стыке

Поэтому применяем слой поролона, дополнительно усиливаем конструкцию.

Слой герметика внутри должен иметь около двух сантиметров.
Крыша сабвуфера в обязательном порядке должна иметь съемную конструкцию и обладать высокой прочностью на стыке. Поэтому применяем слой поролона, дополнительно усиливаем конструкцию.

Место для сабвуфера

Теперь необходимо найти место нашему сабвуферу. Самым идеальным вариантом является установка его в крыло, а вот правое или левое — вы решаете сами. Некоторые автомобили имеют особенную конфигурацию в правом крыле, и там оказывается больше места для установки сабвуфера.

Как сделать сабвуфер для автомобиля в домашних условиях:

• Багажник выкладываем полиэтиленовой пленкой, затем обшивку обклеиваем малярным скотчем в два слоя.
• Стеклоткань нарезаем кусками, которые соответствуют размерам 200×200.
• Разводим эпоксидный клей. Для этого смешиваем банку смолы и банку отвердителя.

• Смазываем нарезанные заготовки эпоксидным клеем, ставим внахлест на скотч.
• Заднюю стенку самостоятельно изготовленного сабвуфера обклеиваем стеклотканью. Для этого нужно проложить три или даже четыре слоя материала.
• В течение суток даем изделию окончательно высохнуть.
• На следующий день снимаем получившуюся скорлупу. Ее толщину нужно будет нарастить вне багажника.
• Теперь приступаем к дну сабвуфера, верх которого изготавливаем в форме петель.
• Переднюю стенку прикрепляем на саморезы.
• Стыки следует промазать эпоксидным клеем.

Тонкая работа

После того, как был сконструирован корпус самодельного саба, необходимо подготовить его под акустический терминал, или так называемый динамик. На одной из его стенок, которые находятся сбоку, необходимо наметить точку будущего отверстия. Сделать это можно, применив обыкновенный школьный циркуль.

Как сделать сабвуфер для автомобиля завершенным и идеальным по внешнему виду и звучанию:

• Обрабатываем ранее изготовленную коробочку квадратной формы клеем ПВА, прикручиваем при помощи саморезов к боковине, где вырезали отверстие.
• Теперь применяем рубанок, которым срезаем все выступающие края корпуса.

• Внутри нашего короба находится перемычка. Далее при помощи электрического лобзика вырезаем на передней панели отверстие.
• В этом месте устанавливаем динамик, который крепится при помощи саморезов и клея.

Меры по защите

Когда все готово, не стоит торопиться и сразу же подключать самодельно изготовленный прибор. Творение необходимо защитить от конденсата и влаги. Влага действует разрушающе на дерево, а в нашем творении присутствует тонкий лист ДСП.

Чтобы обезопасить и защитить корпус, его следует пропитать специальным нитролаком, который применяется в мебельной промышленности. Кроме того, в обязательном порядке требуется пропитать и внутреннюю часть передней панели.

Как рассчитать короб

Акустические системы, в том числе и сабвуферы, рассчитывают с помощью компьютерных программ. Наиболее часто используют «WinISD» и «JBL Speakershop».

Исходные данные для расчётов — технические характеристики динамиков из встроенных в программы баз данных, или введённые вручную. Как минимум необходимо задать основные, о которых упоминалось выше.

Софт также позволяет вести расчёты в «противоположном направлении», подобрать динамик, который обеспечит наилучшую отдачу при заданных параметрах корпуса.

Наиболее простые акустические формы, такие как закрытый ящик и фазоинвертор, не требуют высокой точности. Их можно рассчитать вручную с помощью формул.

Расчёт закрытого ящика

Цель расчёта — основываясь на исходных данных (трёх основных параметрах динамика) подобрать внутренний объём колонки. Если отношение паспортного значения резонансной частоты (Fs) к добротности (Qts) меньше 100, такой динамик лучше не устанавливать в закрытый ящик.

Запертый в корпусе закрытого ящика воздух, сжимаясь под действием диффузора, увеличивает жёсткость подвеса. В результате резонансная частота и добротность акустической системы возрастает.

Формулы, связывающие резонансную частоту (Fc), добротность (Qtc) и объём (Vb) колонки с аналогичными паспортными параметрами (Fs, Qts и Vas) динамика приведена на рисунке.

Формулы, связывающие резонансную частоту (Fc), добротность (Qtc) и объём (Vb) колонки с аналогичными паспортными параметрами (Fs, Qts и Vas) динамика

Как следует из формул, если объём корпуса равен эквивалентному, значения параметров возрастают в 1,4 раза, и вдвое, когда объём закрытого ящика втрое меньше Vas.

Подбирая с помощью формул допустимый объем корпуса, стремятся, чтобы резонансная частота колонки (Fc) не превышала 50 Гц, а добротность (Qtc) была близка к 0,7.

Расчёт фазоинвертора

Для этого акустического оформления выбирают динамики с добротностью 0,3—0,5 и отношением резонансной частоты к добротности не мене 50. Кроме объёма сабвуфера, вычисляют параметры (площадь сечения, диаметр и длину трубы) порта фазоинвертора.

Параметры короба подбирают по тем же формулам, что и в случае с закрытым ящиком, но при этом ориентируются на добротность колонки (Qtc) в пределах 0,6—0,65.

Параметры порта рассчитывают, опираясь на значение частоты настройки фазоинвертора (Fb) выбранной равной резонансной частоте динамика (Fs) или немного меньше. Формулы для расчёта площади сечения, диаметра и длины порта фазоинвертора показаны на рисунке.

Формулы для расчёта площади сечения, диаметра и длины порта фазоинвертора

В приведённых формулах:

• smin — минимальная площадь (м2) сечения порта фазоинвертора;
• D — диаметр (м) динамика;
• Xmax — максимальный ход (м) диффузора от нулевого положения, указывается в технических характеристиках динамика;
• Fb — резонансная частота (Гц) фазоинвертора;
• dmin — минимальный диаметр (м) круглой трубы, используемой в качестве фазоинвертора;
• L — длина (м) фазоинвертора;
• Lmax — максимальная длина (м) фазоинвертора.

Расчётная длина фазоинвертора может получиться больше рекомендованного максимального значения. Уменьшить практическую длину можно несколькими способами.

Размещение выхода круглого фазоинвертора заподлицо с плоскостью панели колонки даёт выигрыш в длине до 0,85 диаметра фазоинвертора. Фланцы на конце трубы ещё больше усиливают эффект.

Около 15% длины можно сэкономить, разместив фазоинвертор вплотную к одной из сторон колонки.

Использование порта в виде усечённого конуса круглого или прямоугольного сечения поможет уменьшить длину фазоинвертора до 35%. Конфигурация в виде песочных часов — до 40%.

Фотогалерея: способы уменьшения длины фазоинвертора

Размещение выхода круглого фазоинвертора заподлицо с плоскостью панели колонки даёт выигрыш в длине до 0,85 диаметра трубы фазоинвертора

Фланцы на конце круглой трубы позволяют укоротить длину фазоинвертора более чем на 0,85 диаметра

Около 15% длины можно сэкономить, разместив фазоинвертор вплотную к одной из сторон колонки

Усечённый конус поможет уменьшить длину фазоинвертора до 35%

Конфигурация в виде песочных часов уменьшает длину до 40%

На что влияет добротность динамика

Влияет Q в акустических системах в первую очередь на АЧХ и на импульсные характеристики АС. То есть этот показатель в значительной мере определяет особенности звучания динамиков. При добротности 0,5, к примеру, можно достичь наилучшей импульсной характеристики. При показателе же 0,707 получается ровный АЧХ. Также при:

• добротности 0,5-0,6 динамики выдают аудиофильский бас;
• показателях 0,85-0,9 бас становится упругим и рельефным;
• добротности 1,0 в срезе появляется «горбик» амплитудой 1,5 дБ, воспринимаемый ухом человека как хлесткий звук.

При дальнейшем росте показателя Q «горб» в звуке растет и из динамиков начинают исходить характерные гудящие шумы.

Электрический и механический показатели

Рассчитываться добротность динамиков может несколькими способами

В некоторых случаях при определении этого параметра принимаются во внимание только потери на звук, а также на трение. При использовании такой методики расчета получают показатель механической добротности

Иногда при вычислениях учитываются только значения расхода на сопротивление мотора динамика. Такая добротность называется электрической. Этот показатель в динамиках обычно имеет небольшие значения. В любом случае механическая добротность в звукоизлучателях всегда превышает электрическую. Обычно такой показатель в динамиках имеет значение больше единицы.

От чего еще зависит

Оформление оказывает, таким образом, большое влияние на добротность динамика. Также этот показатель у такого оборудования зависит от:

1. Мощности его мотора. Чем выше эта характеристика, тем ниже добротность у головки.
2. Массы подвижки. При увеличении этого показателя усилия мотора в звукопередающем устройстве становятся менее заметными. Потери на трение при этом возрастают. В результате всего этого добротность устройства увеличивается.
3. Диаметра проводов. В том случае, если провода в динамике дают большое сопротивление, электрическая добротность устройства увеличится. Ведь в данном случае нагрузка на динамик, представляющий собой подобие генератора, падает.

Отличия фазоинвертора

Каждый динамик обладает резонансной частотой. При работе выше этого показателя — получается хорошее звучание, а ниже — уровень давления падает на 12 дБ на октаву (частоты снижаются в 2 раза). Нижней планкой воспроизводимости, считают уровень в 6 дБ. Монтажом динамика в ящик, повышается резонансная чистота, за счёт дополнительной упругости воздуха. Повышение резонансной частоты, тянет вверх и нижнюю границу. Чем меньше воздуха в ящике, тем лучше упругость и больше показатели.

Сделать «большой ящик», можно не увеличивая его размер. Для этого используют материал с демпферными свойствами

(вата). Чем больше его находиться в ящике, тем ниже частота динамика. Но когда наполнителя слишком много, это даёт обратный эффект. Для неопытных людей, не важны добротность ящика и его размеры. В большинстве случаев размер колонки получается оптимальным.

Фазоинвертор — труба, необязательно круглой формы, определённой длины, которая обладает резонансом. Благодаря «второму резонансу», поднимаются показатели звуковой отдачи колонки. Частота колебания динамика, находящегося в ящике, должна быть ниже, чем в обычном состоянии. Так, компенсируется спад и расширяется звучание. Эти показатели у фазоинвертора, будут выше на 24 дБ чем у зарытого ящика. Он расширяет нижние частоты динамика.

Чтобы избежать бочкообразного звучания

, показатели резонанса не должны быть выше чем у закрытого ящика. А если частота слишком низкая, то характеристики динамика падают. В этом и заключает суть настройки фазоинвертора, чтобы получить положительный эффект и не испортить звучание. И в домашних условиях можно добиться хорошего звучания с погрешность в 5%.

Самостоятельное изготовление порта

Фазоинвертор так же, как и динамик, участвует в воспроизведении звука. Для избегания эффекта интерференции канал размещается поближе к излучателю низкой частоты на расстоянии, не превышающем его длину волны. В качестве ФИ используются жёсткие конструкции, например, в самодельных изделиях применяются канализационные пластиковые трубы.

Но при попытках рассчитать фазоинвертор для сабвуфера потребители сталкиваются с тем, что диаметр таких труб не совпадает с вычисленными значениями, поэтому труба изготавливается из подручного плотного материала — ватмана. Для того чтобы сделать канал самостоятельно, потребуются:

• газетная бумага;
• ватман;
• клей.

Вырезанная из ватмана полоска, ширина которой совпадает с длиной трубки, в несколько витков наматывается на поверхность газетной бумаги. При этом перед каждым витком наносится эпоксидный клей. Его получают путём смешивания смолы и отвердителя согласно инструкции. После того как выполнены все витки, изделие обтягивается по кругу нитью для придания жёсткости и ставится на просушку.

Через сутки основание извлекается. В случае возникновения трудностей его можно поломать изнутри и достать частями. Изготовленный канал такого вида имеет хорошую прочность и легко подвергается дополнительной обработке. Далее полученная трубка устанавливается в отверстие колонки, но не до конца и начинается прослушивание звука. В заводских условиях используется специальный прибор. Такое устройство работает на основе мультивибратора, который настраивается на резонансную частоту динамической головки. После подключения динамика запускается генератор и длина трубы регулируется по максимуму колебанию в ней воздуха.

Аналогично можно провести настройку и самостоятельно. Для этого на вход подаётся сигнал низкой частоты. Трубка выдвигается вперёд или погружается внутрь ящика, а после оценивается объём выходящего воздуха. Установив положение максимального его выхода, излишки трубы удаляют снаружи, а сам порт герметизируют. При желании для придания конструкции оконченного вида выполняется раскрыв трубы, но можно обойтись и без этого.

Принцип работы устройства

Любая колонка фазоинверторного типа имеет в своём составе отверстие — фазоинвертор. Часто он называется акустическим туннелем или портом. Принцип работы его заключается в изменении фазы звукового колебания, вызванного задней стороной диффузора на сто восемьдесят градусов. При возникновении резонанса в ящике амплитуда колебания диффузора достигает минимального значения.

От размера и вида фазоинверторного порта зависят объём воздуха и частота резонанса, на которую настроен канал. Объём воздуха в канале начинает резонировать и усиливать воспроизведение частоты при наступлении момента, когда диффузор излучает частоту, на которую рассчитан фазоинвертор.

По своей форме классический туннель выполняется кольцевой формы. Но для увеличения полезной внутренней площади ему часто придают щелевой вид. Отказ от цилиндрической формы тоннеля позволяет сократить его длину и снизить шумы, возникающие при выбросе воздуха.

При ошибках в расчёте щелевого фазоинвертора настроить его гораздо сложнее, чем классический вид, так как он изготавливается совместно с колонкой. Сам расчёт выполняется сложнее, чем для систем закрытого типа: при этом, кроме объёма ящика, учитывается настраиваемая частота резонанса. Оптимальные размеры подбираются с учётом амплитудно-частотной характеристики колонки, а именно её равномерности.

Теория и практика фазоинвертора

От редакции: Статья итальянского специалиста-акустика, воспроизводимая здесь с благословения автора, в оригинале называлась Teoria e pratica del condotto di accordo. То есть, в буквальном переводе – «Теория и практика фазоинвертора». 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.

Жан-Пьеро МАТАРАЦЦО Перевод с итальянского Е. Журковой

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». С конца 90-х активно сотрудничает с журналами «Audio Review», «Digital Video» и, что для нас наиболее важно, «ACS» («Audio Car Stereo»). Во всех трех он – главный по измерению параметров и тестированию акустики. Что еще. Женат. Два сынишки растут, 7 годиков и 10.

Рис 1. Схема резонатора Гельмгольца. То, от чего все происходит.

Рис 2. Классическая конструкция фазоинвертора. При этом часто не учитывают влияние стенки.

Рис 3. Фазоинвертор с тоннелем, концы которого находятся в свободном пространстве. Здесь влияния стенок нет.

Рис 4. Можно вывести тоннель полностью наружу. Здесь опять произойдет «виртуальное удлинение».

Рис 5. Можно получить «виртуальное удлинение» на обоих концах тоннеля, если сделать еще один фланец.

Рис 6. Щелевой тоннель, расположенный далеко от стенок ящика.

Рис 7. Щелевой тоннель, расположенный вблизи стенки. В результате влияния стенки его «акустическая» длина получается больше геометрической.

Рис 8. Тоннель в форме усеченного конуса.

Рис 9. Основные размеры конического тоннеля.

Рис 10. Размеры щелевого варианта конического тоннеля.

Рис 11. Экспоненциальный тоннель.

Рис 12. Тоннель в форме песочных часов.

Рис 13. Основные размеры тоннеля в форме песочных часов.

Рис 14. Щелевой вариант песочных часов.

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. 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:

где Fb – частота настройки в Гц, с – скорость звука, равная 344 м/с, S – площадь тоннеля в кв. м, L – длина тоннеля в м, V – объем ящика в куб. м. = 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. 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. 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.

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.

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). 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. 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.

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 http://www.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.

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.

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. 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). 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.

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.

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.

Матараццо Ж. Опубликована: 2005 г. 0 0
Вознаградить Я собрал 0 0

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…