Расчет колонок с фазоинвертором. Простой способ настройки акустических систем с фазоинвертором. Видео: как рассчитать круглые порты фазоинвертора
Построить полноценную акустическую систему в салоне автомобиля под силу любому автовладельцу. Многие устанавливают фронтальные громкоговорители. Именно с них начинается качественный звук. Они обеспечивают натуральное звучание даже при низкой частотности. Когда этого становится мало, задумываются об использовании сабвуфера. Он подчеркивает глубину басов, усиливает давление звука. С помощью грамотно выбранного и установленного сабвуфера можно полностью изменить звуковое сопровождение.
Описание фазоинвертора
Сабвуферы бывают разнообразны по видам и качеству. Но для достижения наибольшего качества акустики рекомендуется осуществлять оформление их корпусов. Наиболее востребованный метод оформления — закрытый короб и фазоинвертор. Иногда звуковые фанаты предпочитают бандпасс, пассивные излучатели либо акустические нагрузки. Что такое фазоинвертор и как устанавливается — рассмотрим подробно.
Закрытый короб (ящик) — это корпус динамика. Его объем соизмерим с объемом колонки.
Фазоинвертор для сабвуфера — это конструкция, представляющая собой специальное корпусное отверстие. Также, это может быть встроенная внутрь него труба, которая соединяет внутренний объем и внешнее пространство. По другому она называется порт фазоинвертора. Такая система отличается от закрытого короба тем, что он не гасит колебания исходящие от тыльной части диффузора. А наоборот, таким способом дополняет излучение. Это дает значительное увеличение звука.
Фазоинвертор имеет и другую разновидность — пассивный излучатель. Портом здесь выступает специальная система или простой динамик, который не подключен к усилителю.
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.
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.
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.
Как рассчитывается фазоинвертор
Расчет фазоинвертора происходит способом выбора динамиков, добротность которых от 0,3 до 0,5, а отношение резонансной частоты 50 (не менее).
В этом случае необходимо вычислить следующие параметры:
- Объем сабвуфера.
- Площадь сечения.
- Длину и диаметр трубы.
- Порт фазоинвертора.
Информация о коробе подбирается по таким же формулам, как при расчете закрытого ящика. Только здесь отличается добротность колонки: от 0,6 до 0,65. Данные порта выясняются с использованием значения частоты, при которой осуществляется настройка фазоинвертора. Она выбирается наравне с резонансной частотой динамика. Но может быть и меньше. Расчет проводится по формулам, которые также есть на фото.
Длина расчетная иногда получается больше, чем рекомендованное максимальное значение. Но есть способы, которые помогают уменьшить эту длину. Выход круглого фазоинвертора размещается на плоскости панели. Это позволяет выигрывать в длине примерно 0,85. А труба фазоинвертора имеет на конце фланцы, которые способны усиливать эффект в большую сторону.
Примерно 15% от длины позволяет сэкономить размещение фазоинвертора вплотную к одной стороне колонки. Если использовать порт как усеченный конус сечения (круглого или прямоугольного), это даст возможность сделать длину меньше на 35%.
Вышеперечисленные методы достаточно просты и не требуют сложных приборов для измерения и математических расчетов. Важно учесть еще несколько моментов:
- частота резонанса должны быть немного ниже частоты резонанса динамиков, находящихся в коробе;
- фазоинвертор расширяет воспроизводимые частоты в сторону низкой частотности. надо уметь выбрать правильную;
- при выборе слишком низких частот отдача динамиков упадет.
Для того, чтобы настроить фазоинвертор онлайн, в одной из программ, понадобятся очень точные данные о всех параметрах. Но все равно программа может выдавать большую погрешность. Поэтому большинство пользователей стараются настраивать акустику своими руками.
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...
Р асчет фазоинверторного корпуса (короба) можно разложить на 3 части, но перед этим необходимо найти параметры Тиля-Смола для сабуферного динамика иначе не чего не выйдет. Для расчета ФИ короба достаточно трех параметров Fs, Vas и Qts
- Fs – резонансная частота динамика, указывается в Гц (герцах).
- Vas – эквивалентный объем, указанный в литрах.
- Qts – полная добротность динамика.
Данные параметры можно найти в инструкции к сабвуферному динамику или на сайте производителя.
1. Расчет чистого объема и частоты настройки порта фазоинвертора.
Чистый объем (Vb) – это внутренний объем короба, без учета объема порта фазоинвертора и объема вытесняемого динамиком.
Настройка порта (Fb) – это конфигурация порта (длинна, ширина, высота) относительно чистого объема корпуса, настроенного на определенную частоту, для ее усиления, что приводит к формирования нужной АЧХ.
Данный расчет мы можем произвести в программах JBL SpeakerShop или BassBox 6 prо. Я рекомендую использовать первую, она проще и намного понятнее. В программе вводим параметры Fs, Vas и Qts, далее изменяя значения Vb (объем) и Fb (настройка порта) добиваемся желаемого графика АЧХ. Для универсального короба график должен быть не сильно горбатым с пиком в районе 35Гц - 40Гц. Если с программой возникли какие либо трудности, инструкцию к ней можно посмотреть .
В программе мы узнали какой чистый объем короба и настройка порта нам нужна, в данном примере Vb - 45л . Fb - 36Гц .
2. Расчет порта фазоинвертора .
Расчета порта фазоинвертора будем выполнять в программе BassPort .
Вводим в программе:
- Необходимую частоту настройки порта ФИ (Fb)
- Полученный ранее чистый объем ящика (Vb)
- Эффективную площадь диффузора сабвуферного динамика (замеряется, длинна по центру динамика от одной середины подвеса до противоположной середины подвеса)
- Максимальный ход диффузора в одну сторону (указывается в инструкции или на сайте производителя как Xmax, может быть указан как в одну сторону, так и сразу в обе)
- Вводим размеры порта W и h
- Нажимаем кнопку пересчитать.
В данном примере рассчитан щелевой порт, выстой 35см и шириной 4см, длинна которого составила 61см и имет объем 8,5л . (округленно)
При подборе размеров порта нельзя, что бы длинна порта L превышала 1000мм., а максимальная скорость воздуха на выходе была красной.
3. Считаем общий объем корпуса ФИ и делаем чертеж.
У нас есть следующие данные, которые необходимо сложить, что бы получить общий объем короба (грязный объем) - чистый объем 45л., объем порта 8,5л., а так же добавляем сюда объем который вытеснит сам динамик, это в пределах 2-4л. возьмем в данном случае 3л., но так как это щелевой порт и одна из стенок так же вытеснит какой то объем, его тоже нужно учесть, здесь же это будет 4л.
Для расчета литража стенки, умножаем длинну внутренней стенки порта на высоту и толщену, затем делим на 1000.
Считаем: 45+8,5+3+4= 60,5л.
Итого нам нужен короб с общим объемом 60,5л .
Переходим к чертежу короба.
У нас есть объем 60,5 литра. Замеряем багажник, смотрим какие габариты нас устроят, например: высота - 39см, длина – 50см осталось узнать ширину. Отнимаем от высоты и длинны толщену стенок в данном случае это 2см и получаем: высота – 35см., длинна 46см.
Теперь считаем ширину короба: 60,5 1000 ÷ 35 ÷ 46 = 37,57см (округлим до 38см ) – ширина корпуса, без учета стенок, со стенками будет 42см .
Вот так, выглядит расчет фазоинверторного корпуса под определенный сабвуферный динамик, который будет играть так как нужно нам.
Я не проголосовал ни за, ни против. За не могу по причинам неверия в прибор. Против из за
чувства товарищества. Можете заклеймить меня позором за второе.
Могу сразу сказать, генератором резонансных частот(ГРЧ) не пользовался и даже не собирал. Как он на практике работает не знаю. Причина в том, что на тот момент у меня уже был генератор и милливольтметр, а прочитав статью Голунчикова не понял каким образом с помощью ГРЧ можно настроить ФИ правильно. И теперь не понимаю. Знаком, но не работал практически.
Давайте задумаемся и внимательно почитаем, что написано в статьях:
В.Бурундуков
пишет, что с помощью данного прибора можно быстро измерить резонансную частоту акустического агрегата. Хорошо, а каким образом? Запустили генератор, он загенерил, и что? Как можно определить эту частоту? На слух? Конкретно сколько там герц?
Может кто нибудь ответить?
Далее он пишет, что резонансные частоты определяют с помощью соответствующих измерительных приборов. Приехали. Резонансные частоты уже известны. Скорее всего динамика и без ящика. И речь скорее всего о сравнении того и этого. Т.е до конца не понятен смысл применения устройства.
А деле настройки ФИ как раз все понятно, во всех статьях четко написано: генерация возникает на частоте резонанса громкоговорителя в соответствующем объеме. Т.е это не
резонансная частота динамика в открытом пространстве, это резонанс системы. Ставим дин в большой объем-резонанс один, берем объем поменьше, резонас другой.
Правильно или нет?
Времена были давние, про Тиля со Смоллом мало кто знал, по крайней мере математический расчет ФИ был недоступен. Были разные методики, это не важно.
Громкоговоритель Голунчикова
возможно и можно приемлимо настроить, там все таки объем ящика не маленький, да еще до отказа заполненный звукопоглотителем. т.е резонанс дина в ящике ненамного должен повыситься. Видимо тоже самое касается других крупных АС.
Едем дальше. Нам предлагают настроить ФИ на резонансную частоту динамика в ящике.
Пусть. Пусть Fs (резонанс в свободном пространстве), равный около 30гц станет в ящике равным,...ну 40 Гц.Резонанс в ящике обозначим Fc. В принципе нормально, настроив ФИ на эту частоту ничего гадкого не произойдет. Работать будет, не вопрос. Не совсем точно, но если учитывать еще и помещение и местоположение АС все хорошо. Не гладкая теоретическая АЧХ не пугает, все равно в помещении она на НЧ напоминает горы.
Теперь возьмем другой пример и попробуем настроить таким же образом АС Салтыкова.
Объем около 9л. Дин 6ГД-6 или 10ГД-34. Резонанс (Fs) этих динов около 80 Гц. Редкие экзэмпляры пониже. Но редкие. Итак, в ящике 9 литров резонанс уйдет выше 80 Гц.
Надеюсь с этим спорить никто не будет? Вот и на эту частоту и настроится ФИ при применении этого прибора. А надо, как вы помните надо (по моему) около 50-55Гц.
Как вам?
Укажите в чем я не прав?
Теперь о современном. По авторитетным источникам (Виноградова и Алдошина достаточно авторитетны, если не легендарны) есть параметр полной добротности равный 0.383
, при котором ФИ настраивается на резонансную частоту дина в открытом пространстве (не в ящике). При этом объем ящика берется меньше эквивалентного объема дина в 1.41раза.
Т.е гибкость воздуха в ящике меньше соответствующего параметра дина.
Наверно можно высчитать случаи, когда ФИ нужно настраивать на резонанс дина в ящике, думаю этих случаев сочетаний парметров единицы.
Если же добротность больше 0.383 то всегда ФИ настраивается ниже чем Fs. В обязательном порядке.
По большому счету ФИ будет работать всегда, исключение только случай, когда настроено так низко, что ФИ становится закрытым ящиком с дырой. Но это маловероятный случай.
Если вся цепочка (усилитель, кабель до АС, и АС) построены нормально, может даже и горб
на АЧХ не повредит. Может даже и повышенная добротность дина не помеха. Если остальные компоненты (УМ и кабель) с этим справятся, ничего страшного в кривой АЧХ нет.
Если конечно, слуху нравиться. Все равно, везде окончательная настройка ФИ идет на слух.
Вот как то так. По моему получается, что прибор бесполезен. Ни быстро измерить, ни настроить.
Звук в конце тоннеля
«Володя, будешь на складе - захвати порты для фазиков...
».
(подслушано в одной из московских установочных студий)
Вообще, в первом номере любого журнала читатель обычно не
ждет увидеть продолжение какой-либо серии статей. Но вот видите - случается.
Когда «Автозвук» был еще маленьким и сидел под крылом «Салона AV», вышли
в свет две первые части трилогии о сабвуферах - о том, чего ждать от разных
типов акустического оформления и как подобрать динамик для закрытого ящика.
(«Салон AV» №№ 4 и 5 - 6, 1998).
Значительная часть тех, кто, обдумывая житье, решил с пониманием отнестись
к басовому вооружению своего автомобиля, этим, в принципе, уже могли бы
обойтись. Но не все. Поскольку существует как минимум еще один, чрезвычайно
популярный тип акустического оформления, по распространенности не уступающий
закрытому ящику.
Фазоинвертор в отечественной литературе, bass reflex, ported
box, vented box - в англоязычной - все это, по сути, звукотехническая
реализация идеи резонатора Гельмгольтца. Идея проста: замкнутый объем
соединяется с окружающим пространством с помощью отверстия, содержащего
некоторую массу воздуха. Вот именно существование этой массы - того самого
столба воздуха, который, по утверждению Остапа Бендера, давит на любого
трудящегося, и производит чудеса, когда резонатор Гельмгольтца нанимают
на работу в составе сабвуфера. Здесь мудреная вещь имени германского физика
приобретает прозаическое имя тоннеля (по-буржуйски - port или vent).
Как работает фазоинвертор? Почему вдруг наличие в корпусе
громкоговорителя аккуратно выполненной дырки определенных размеров драматически
сказывается на работе всего ансамбля? Как уже говорилось вскользь в предыдущих
частях этого эпического полотна, тоннель фазоинвертора служит для того,
чтобы, задержав на строго определенное время звуковую волну, возникающую
внутри ящика громкоговорителя, выпустить ее наружу в той же фазе, что
и создаваемая «лицевой» стороной динамика. Здесь, на воле, они объединят
свои децибелы и дадут по ушам (при правильном расчете) так, что мало не
покажется. Вот за это, собственно, фазоинвертор и любят - за повышенный,
по сравнению с закрытым ящиком, к.п.д.
Но не только. Грубая сила не аргумент, если она не подкрепляется
точностью воспроизведения сигнала. Здесь имеется в виду другая, существенно
менее тривиальная особенность фазоинвертора - его способность производить
требуемое звуковое давление при существенно мнеьшей амплитуде колебаний
диффузора. Это звучит несколько парадоксально. Все знают, что именно наличие
позади диффузора закрытого объема сдерживает колебания диффузора, так
почему же в «дырявом» корпусе они вдруг окажутся меньше? А из-за массы,
как и было сказано. Отверстие в корпусе фазонивертора потому и сделано,
как довольно протяженный тоннель - труба, проще говоря, чтобы держать
внутри некоторую массу воздуха. На относительно высоких частотах, выше
200 Гц, инерция воздушной массы в тоннеле приводит к тому, что он акустически
совершенно непрозрачен. Как будто закупорен совсем.
Ниже по частоте воздушная пробка в тоннеле начинает оживать и шевелиться, поскольку ее сзади толкает пульсируюшее внутри ящика давление. Инерция воздушной массы приводит к тому, что она двигается не в такт с действующей на нее волной, а с некоторым сдвигом. Он достигает 180 градусов по фазе, то есть начинает быть противофазен звуковой волне, исходящей от тыльной стороны диффузора на некоторой частоте, которая и называется частотой настройки фазоинвертора.
Здесь почти все усилия динамика идут на раскачивание несговорчивой воздушной массы внутри тоннеля, так что на собственные колебания уже почти ничего не остается, и амплитуда колебания диффузора минимальная. (А звук - идет, да еще какой! Просто на этой частоте он почти весь выходит из тоннеля). А поскольку именно большие амплитуды колебаний диффузора и порождают заметные на слух искажения, обстановка, в смысле звука, наступает самая благоприятная. Еще ниже по частоте дела, правда, начинают меняться в худшую сторону. Для совсем медленных низкочастотных колебаний масса воздуха в тоннеле уже никакая не инерция, и тыльная сторона диффузора качает ее туда-сюда, как насос.
При этом возникает ситуация, как будто динамик вообще не установлен в корпус, то есть волны от тыльной стороны диффузора и от лицевой встречаются в противофазе и в значительной степени друг дружку съедают, как при нормальном акустическом коротком замыкании. Поэтому-то ниже частоты настройки отдача фазоинвертора и падает вдвое быстрее, чем у закрытого ящика. Хуже, однако, другое - диффузор уже ничего не тормозит, и амплитуда его колебаний на совсем низких частотах начинает расти просто катастрофически. Подтональные фильтры (subsonic filters), которыми снабжаются некоторые, обычно породистые, кроссоверы и усилители, сделаны почти исключительно для противодействия этой вредной привычке фазоинверторов. Итак, что же мы конкретно поимеем, выбрав для своего проекта фазоинвертор как акустическое оформление? Хочу сразу предупредить: расчет фазоинвертора без предназначенных для этого компьютерных программ возможен, и для него существуют расчетные формулы и номограммы. Однако на пороге третьего тысячелетия квалифицировать такие методы иначе как мазохизм, я не могу. Да и формул я обещал на страницы этого журнала не пускать, и пока держусь. Так что для интересующихся в конце статьи я помещаю адрес в WWW, где есть аннотированная подборка проверенных программ разной степени сложности и совершенства. Вот картинка, которая объясняет (почти) все. Взят 10-дюймовый динамик, по своим параметрам подходящий для установки в фазоинвертор, и смоделированы характеристики, которые получатся при его установке в оптимальном для него фазоинверторе (20 л, настроен на 42 Гц) и таком же по объему закрытом ящике.
Верхняя из двух черных кривых, понятно, наша. По сравнению с закрытым ящиком, во всей полосе частот ниже примерно 150 Гц отдача существенно выше. Что значит «существенно»? Взгляните: на частоте, скажем, 60 Гц разница составляет около 4 дБ. А это равносильно повышению мощности усилителя в 2,5 раза. То есть со скромным 100-ваттным усилителем такой саб сыграет, как будто к нему подведено 250 Вт. За те же деньги. А вот из красных кривых, изображающих зависимость амплитуды колебаний диффузора от частоты, наша - нижняя. Как раз там, где сосредоточена большая часть басовой энергии - ниже 100 Гц, амплитуда начинает падать и остается намного ниже, чем у закрытого ящика, хотя создаваемое звуковое давление - вдвое больше! У закрытого ящика при этом амплитуда колебаний растет неуклонно и при подведении мощности, указанной как максимальная, выходит за пределы рабочего диапазона (красный пунктир) уже к 70 Гц, а ниже - вообще беда. Там-то и будут порождены такие знакомые на слух хрипы, сопровождающие басовые ноты. У фазоинвертора благодать с амплитудами продолжается вплоть до примерно 30 Гц, а там амплитуда начинает расти неуемно. Впрочем, там уже и звука-то никакого почти нет, так что прямой смысл «придушить» эту часть спектра подтональным фильтром (если есть) и наслаждаться ударной эффективностью при минимуме искажений в действительно звуковом диапазоне. «Здорово!» - воскликнет нетерпеливый и охочий до децибелов читатель, захлопнет журнал и тотчас отправится ладить прорехи в собственном сабвуфере. Товарищ, стой! Смотри, что может произойти дальше. Пусть, оставив все без изменения, мы вывернем из нашего 20-литрового ящика прежний динамик и установим другой - предназначенный для работы именно в закрытом корпусе.
Его характеристика в закрытом, родном для него ящике (нижняя на графике) была очень даже славная. А после переделки в фазоинвертор она станет, как верхняя, то есть даст ярко выраженный «хлопун» между 50 и 100 Гц. Именно в результате создания таких сочетаний фазоинверторы получили в свое время обидное прозвище boom-box («бухало»), позже использованное, на этот раз вполне справедливо, для какой-то портативной магнитолы. В чем же была разница между двумя динамиками? В двух параметрах, которые должны находиться в определенной гармонии для данного акустического оформления, иначе - оставь надежду всяк сюда звучащий, так сказать. Эти параметры - резонансная частота Fs и полная добротность Qts. У «закрытого» динамика они были Fs=25 Гц, Qts=0,4. А у «фазоинверторного» - 30 Гц и 0,3. Вроде не так велика разница, а результаты - существенно различаются. Придуманный в свое время параметр энергетической полосы пропускания Fs/Qts сразу показывает, кто есть кто: его значение для первого динамика 62,5, а для второго - 100. Правило простое: если Fs/Qts заметно меньше 100, - забудьте слово «фазоинвертор». Если близко или больше, - снова вспоминайте, а забывайте про закрытый ящик. В районе 90 - 100 - «сумеречная зона», где, с известными уступками, можно применять и одно, и другое. А что все-таки произойдет, если настоять на своем и втолкнуть динамик в несвойственное ему оформление? Давайте попробуем, благо пока драма разворачивается на бумаге и экране компьютера, то есть «малой кровью, на чужой территории». Для начала ставим «фазоинверторный динамик» в закрытый ящик и пробуем варьировать тем единственным параметром, который имеем - объемом этого ящика.
На графике - три кривые. Самая пологая - результат установки в ящик объемом 50 л, самая круто спадающая ниже 100 Гц - при объеме ящика 10 л. А посередине - наша исходная характеристика в 20-литровом объеме. Видим: объем меняется от неприлично маленького до непрактично большого, а путной характеристики не выходит - она или начинает спадать слишком рано, или спадает слишком быстро. У динамика, рожденного для закрытого ящика, как видно из следующего графика, есть возможность или попасть в оптимум (средняя кривая), или же «накроить» на объеме, получив при этом довольно заметно «гукающую» характеристику (верхняя кривая, построенная в объеме 10 л).
А наоборот? Можно ли при установке «закрытого» динамика в фазоинвертор так его настроить, чтобы получить ровную АЧХ? Теоретически - да, благо у фазоинвертора можно при неизменном объеме перестраивать частоту, меняя диаметр и длину тоннеля (на практике - всегда длину, разумеется). Начинаем эксперимент с верхней, совершенно ужасной кривой (объем 20 л, частота настройки 50 Гц) и, постепенно перестраивая фазоинвертор, вдруг на частоте настройки 20 Гц замечаем, что пришли к очень симпатичной кривой (нижняя на графике).
Опаньки, давайте сейчас вычислим, какой тоннель для этого нужен - и вперед! Через полсекунды компьютерного времени получаем данные, что для того, чтобы настроить 20-литровый объем на частоту 20 Гц, нужен тоннель диаметром 75 мм и длиной 1 м 65 см. То есть ростом с миниатюрную даму, а никак не с деталь компактного сабвуфера. А вот зато «фазоинверторный» динамик позволит с минимальными хлопотами (вдвинуть - выдвинуть трубу) перестраивать частотку не хуже, чем эквалайзером. На графике - результаты такой деятельности в диапазоне частоты настройки тоннеля от 35 до 52 Гц, для чего понадобилась длина тоннеля от 190 до 400 мм - не Бог весть что даже при наибольшем значении.
В следующей части саги о сабвуферах (разумеется, не последней - тема безбрежна, а Бог милостив и, возможно, продлит годы автора), мы займемся уже непосредственно решением вопроса о практическом воплощении задуманного - для тех, кто хочет это делать сам, или же для тех, кто хочет уметь отличить работу грамотного установщика от потуг невежественного халтурщика. Согласитесь, даже едучи в такси, полезно знать, что путь из Сокольников в Измайлово проходит как-то в стороне от Чертаново.... Для имеющих доступ к Интернету, как обещано, - координаты лежбища программ расчета сабвуферов. Ищите в рубрике «Информационные ресурсы» и, даю слово, обрящете.
До встречи в басовом диапазоне...