Расчет корпуса для сабвуфера

Расчет корпуса для сабвуфера по зубам не каждому автомобилисту, даже очень увлеченному музыкой и разбирающемуся в различных акустических тонкостях. Сабвуфер представляет собой сложную и самостоятельную акустическую систему, предназначенную для создания качественного звука в салоне автомобиля.
Однако, мало кто из автомобилистов знает, как рассчитать корпус для сабвуфера грамотно и без проблем.

Корпус и его расчет

Итак, непосредственно сам алгоритм расчета корпуса сабвуфера:

• На сегодняшний день существует четыре основных вида корпуса для сабвуфера;
• Корпус 3Я представляет собой конструкцию закрытого типа. Данный вид , с точки зрения проектирования и изготовления, является наиболее простым. Однако, у него коэффициент полезного действия практически отсутствует. В придачу ко всему, он является негерметичным;
• Фазоинвертор (ФИ) имеет сложный принцип расчёта, но зато обладает высоким показателем коэффициента полезного действия;
• Бандпас 4 и 6-го порядков является самым трудным, с точки зрения проектирования и практического изготовления вариантом, но обладает наивысшим показателем коэффициента полезного действия в пределах низких частот звука и при этом, полностью глушит высокие.

Примечание. Объективно каждый из описанных выше вариантов обладает рядом характерных преимуществ и недостатков, однако, выбор нужно осуществлять согласно рекомендациям программы проектирования.

Программа WinlSD 0.44

Перед тем, как перейти непосредственно к процессу проектирования, необходимо создать звуковой динамик в базе данных с помощью программы WinlSD 0.44:

• Вначале нужно навести курсор компьютерной мышки на вкладку New, после чего, необходимо поставить Owndrivers и снова кликнуть на New. После этого, загрузить параметры, выбранные в соответствии с собственными пожеланиями и возможностями. В конце просто нажать OK, Close;
• Затем необходимо выполнить создание проекта уже на основе динамика, заданных ранее размеров;
• Далее, необходимо многократно повторить вышеописанную процедуру с изменением вида корпуса, перепробовав все четыре вариации.

Непосредственный алгоритм создания самого корпуса для сабвуфера автомобиля

Вот, что нужно знать:

• Наиболее оптимальной формой будет усеченная пирамида, поскольку она является наиболее универсальной;
• Скос задней стенки должен составлять примерно 23 градуса, так как абсолютное большинство современных легковых автомобилей имеют салон с наклоном спинок задних сидений именно под этим углом;
• Обязательно необходимо рассчитать объём корпуса в соответствии с размерами свободного пространства багажника(см.).

Создание корпуса закрытого типа

Начинаем:

• Все стенки корпуса 3Я (корпуса закрытого типа) должны быть выполнены из ДСП, причем, передняя стенка должна обладать толщиной 23 мм, а боковая ровняться 220 мм;
• Теперь нужно просто выпилить из ДСП стенки указанного размера с точностью до миллиметра, а после можно переходить к непосредственной сборке корпуса;
• Соединение следует выполнять с помощью клея и специализированных саморезов с их дальнейшим вкручиванием на расстоянии 5 см друг от друга;

• Под саморезы нужно создать с помощью свёрл отверстия размером ровно 3 мм, а уже под головки саморезов необходимо будет с помощью сверла в 10 мм создать соответствующие выемки;
• Теперь пришло время выполнить разметку отверстий для акустического терминала при помощи самого простого циркуля;
• Далее нужно создать соответствующие отверстия при помощи электронного лобзика.

Примечание. Если акустический терминал будет постоянно находиться в условиях высокого давления, то от него будут регулярно исходить различного рода призвуки. С целью избегания описанного выше эффекта, необходимо акустический терминал с помощью маленькой коробочки просто экранировать.

Продолжаем:

• Перед тем, как перейти к прикручиванию заготовленных предварительно саморезов, необходимо клеем промазать всю поверхность мест соединения;
• Части корпуса, выступающие после склеивания, нужно просто аккуратно срезать с помощью рубанка;
• Аналогичным способом необходимо выполнить разметку и вырезку соответствующих отверстий уже на передней стенке с целью качественной установки автомобильного динамика;
• Нитролак для мебели нужно нанести на деревянный корпус с целью сохранения свойств анти воздействия влаги и процесса конденсации;
• Для создания красивого внешнего облика рекомендуется наружную часть корпуса покрыть карпетом(см.);
• Теперь осталось просто выполнить соединение акустического терминала и сабвуферного динамика.

Примечание. Крайне важно ознакомиться со всеми этапами инструкции и разобраться в программе проектирования, так как это позволит выполнить самостоятельную установку и индивидуально сконструировать короб непосредственно под габариты и возможности багажного отсека своего автомобиля. Также во время абсолютно всех этапов работы важна высокая степень внимательности и аккуратности, ведь любая неточность непременно скажется на конечном результате.

Инструкция самостоятельного конструирования в сочетании с фото и видео - материалами позволит выполнить работу быстро и качественно. Цена вопроса минимальна и в десятки раз отличается от операции, проведенной в мастерской.
Своими руками соорудить корпус вполне реально. Главное, повторимся, при первом создании и конструировании внимательно ознакомиться с подробной практической инструкцией.

// Что будет, если сделать слишком малый или очень большой короб для сабвуферного динамика?

Что будет, если сделать слишком малый или очень большой короб для сабвуферного динамика?

18 сентября на стриме Сергея Туманова прозвучал вопрос: «В чём разница 15 и 40 литрового ящика для динамика размером 10”?». Был дан ответ: 15 – слишком малый объем, а 40 — слишком большой. Давайте разберемся почему. Для лучшего понимания сразу оговоримся, что наши теоретические оформления и динамики к ним сделаны на совесть и герметичны, полярность подключения усилителя соблюдена.

Итак, мы имеем 2 ящика, пусть не 15 и 40 литров, а ящик с явно меньшим объёмом (рис. а,б,в) и явно большим объемом (рис. г,д,е), чем требуется данному динамику. Рассмотрим первый случай, когда объёма «мало». На рисунке А показан ящик в который смонтирован динамик, находящийся в равновесном положении и его импеданс минимален. Точками условно обозначен воздух внутри ящика. В данный момент на его катушку не подается
никакой сигнал.

Если подать на динамик с усилителя сигнал +/-, его подвижная часть под воздействием электрических сил пойдет вперед (рис б), но этим силам будет оказано сопротивление креплением подвижной части к корзине (шайба вместе с подвесом). В данной статье пренебрегаем силами шайбы, т.к речь идет о движении воздуха. Просто примем во внимание, что шайба, с некоторой силой, из любого положения пытается вернуть «подвижку» на место.

Огромный вклад в возвращение в равновесное положение внесет разрежённость, которую создал динамик, увеличивая объем камеры. Из школьного курса термодинамики (закон Бойля-Мариотта) мы знаем, что при изотермическом процессе, чем больше объём, тем меньше давление и наоборот. Так как количество воздуха в ящике маленькое и физически расширяться практически нечему, вакуум (слишком малое давление) будет тянуть подвижную систему обратно в равновесное положение.

Следствие – невозможно получить длинный ход данными электрическими силами. Требуется большая мощность. Похожая ситуация, когда на динамик подать -/+ сигнал и подвижная часть динамика совершает ход внутрь ящика (рис в), объем уменьшается, давление воздуха увеличивается и стремится вытолкнуть динамик в равновесное положение.

Выводы: с маленьким объемом закрытого ящика потенциал динамика не раскрывается как по громкости, так и по глубине воспроизведения.

Случай второй - когда объем сильно завышен (рис г,д,е). Главное отличие от первого случая такое, что изменение общего объёма при равновесном состоянии и объема, в одном из крайних положений, не так кардинально отличаются. А силы, действующие на возврат подвижной системы не такие большие.

И для того, чтоб вернуть динамик в равновесное положение малого давления и силы возврата шайбы, вместе с подвесом, становится недостаточно. Усилителю приходится подать сигнал обратный -/+, чтобы помочь вернуть динамик на место. Тут вступает в свои права понятие контроля усилителя, но об этом в следующий раз.

Итак, подаем сигнал +/- на динамик и подвижка уходит вперед (условно из ящика), (рис. д). Происходит всё то же - увеличение объёма и уменьшение давления, но в гораздо меньшей мере. И сопротивление к движению диффузора оказывается гораздо меньшее. Поэтому получаем вероятность вылета подвижной части из катушки, поломки динамика из-за превышения хода. Для борьбы с этим явлением используют усилители с более высоким демпинг-фактором.

Резюмируя выше сказанное: сверхмалый объём ЗЯ не раскроет потенциал динамика, а сверхбольшой может привести к выходу динамика из строя. Учитесь сабостроению в наших курсах! Если будет желание можно привести теоретические расчёты объемов и давлений для более наглядных результатов.

Антон Беломестных
https://vk.com/id177535382

НОВЫЙ ПОТОК ТРЕНИНГА "БЫСТРЫЕ ДЕНЬГИ В АВТОЗВУКЕ"
Успей вписаться по выгодной цене!

Понравилось? Поделись с друзьями, нажав на социальную кнопку!

Оставьте ваш комментарий

В автозвуке существует множество вариантов акустических оформлений коробов. Поэтому многие новички не знают, что выбрать лучше всего. Наиболее популярные виды коробов для сабвуфера – это закрытый ящик и фазоинвертор.

А также существуют такие оформления, как бандпасс, четвертьволновый резонатор, фриэир и другие, но при построении систем они применяются крайне редко по разным причинам. Решать, какой выбрать короб для сабвуфера должен сам владелец динамика исходя из требований к звучанию и опыта.

Закрытый ящик

Данный тип оформления самый простой. Закрытый ящик для сабвуфера несложно рассчитать и собрать. Его конструкция представляет собой короб из нескольких стенок, чаще всего из 6.

Преимущества ЗЯ:

1. Несложный расчет;
2. Несложная сборка;
3. Маленький литраж готового короба, а следовательно компактность;
4. Хорошие импульсивные характеристики;
5. Быстрый и четкий бас. Хорошо отыгрывает клубные треки.

Недостаток у закрытого ящика всего один, но он порой является решающим. У данного типа оформления очень низкий уровень КПД относительно других коробов. Закрытый ящик не подойдет для тех, кому хочется высокого звукового давления.

Однако он подойдет для любителей рока, клубной музыки, джаза и подобного. Если человеку хочется баса, но нужно место в багажнике, то закрытый ящик – это идеальный вариант. Закрытый ящик будет плохо играть если выбран неправильный объем. Какой объём короба нужен для данного типа оформления уже давно решили опытные люди в автозвуке путем вычислений и экспериментов. Выбор объема будет зависеть от размера сабвуферного динамика.

Чаще всего встречаются динамики таких размеров: 6, 8, 10, 12, 15, 18 дюймов. Но также можно найти динамики других размеров, как правило в инсталляциях они используются очень редко. Сабвуферы диаметром 6 дюймов выпускаются несколькими компаниями и в инсталляциях также встречаются редко. В основном люди выбирают динамики диаметром 8-18 дюймов. Некоторые люди указывают диаметр сабвуферного динамика в сантиметрах, что не совсем правильно. В профессиональном автозвуке принято выражать размеры в дюймах.

• для 8-дюймового сабвуфера (20 см) требуется 8-12 литров чистого объема,
• для 10-дюймового (25 см) 13-23 литров чистого объема,
• для 12-дюймового (30 см) 24-37 литров чистого объема,
• для 15-дюймового (38 см) 38-57- литров чистого объема
• а для 18-дюймового (46 см) потребуется 58-80 литров.

Литраж дан приблизительно, так как для каждого динамика нужно выбирать определенный объем, исходя из его характеристик. Настройка закрытого ящика будет зависеть от его объема. Чем больше объем короба, тем меньше будет частота настройки короба, бас получится более мягкий. Чем объем короба меньше, тем частота короба будет выше, бас получится более чёткий и быстрый. Не стоит слишком увеличивать или убавлять объем, так как это чревато последствиями. При расчёте короба придерживайтесь объёму который был указа выше Если будет перебор объема, то бас получится расплывчатым, нечетким. Если объема не будет хватать, то бас будет очень быстрым и «долбить» по ушам в худшем смысле этого слова.

От настройки короба зависит многое, но не менее важный момент - это « ».

Фазоинвертор

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

1. Высокий уровень КПД. Фазоинвертор будет воспроизводить низкие частоты намного громче, чем закрытый ящик;
2. Несложный расчет корпуса;
3. Перенастройка в случае необходимости. Это особенно важно для новичков;
4. 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.

Информация которую вы узнали отлично подойдет для тех .

В прошлом выпуске мы, упростив картину до предела, выяснили и убедились: на нижнем басе в машине играет не сабвуфер, а сабвуфер и салон. Всегда вместе, и результат, тот самый, слышимый и желаемый, к которому вы стремитесь, затевая сабвуфер в авто, будет определяться результатами совместной работы одного и другого. На сто процентов совместной.

Господи, дай мне душевный покой,
Чтобы принимать то, что я не могу изменить,
Мужество, чтобы изменить то, что могу,
И мудрость - всегда отличать одно от другого.

Молитва рабби Авраама-Малаха, едва не превратившаяся в банальность от частого цитирования

МОЛИТВА И СМИРЕНИЕ

Наши дизайнеры очень не любят эпиграфы, считая эту литературную форму атавизмом. Однако на этом я настоял, мало того, что он очень нужен в жизни, он несколько раз пригодится конкретно сегодня. Далеко не всё мы в силах изменить, проектируя басовую систему в автомобиле, и главное из того, что не можем, - передаточная функция салона, определяющая итоговую АЧХ на нижних частотах так же решительно и неизбежно, как и АЧХ собственно сабвуфера, показанная им в свободном пространстве.

Что мы знаем о передаточной функции, ну, хотя бы - по прошлому выпуску? Что в предельно упрощённом виде она состоит из горизонтального участка, на котором не влияет на итоговую АЧХ, и из наклонного, где отдача басового громкоговорителя растёт в темпе 12 дБ/окт. со снижением частоты. Частота, на которой появляется этот эффект прогрессирующего усиления басов, зависит от максимального размера салона. Мелкие детали на передаточной функции зависят от подробностей, в том числе - от ширины, высоты, геометрии внутренних поверхностей, их отражающих свойств и т.д., но всё это перестаёт влиять на частотную характеристику, когда мы по-настоящему углубимся в басовую область. Там нет отражений, поскольку нет звуковых волн, звук ниже частоты перегиба создаётся по компрессионному принципу, как будто к салону приделали поршень и с его помощью изменяют давление внутри с требуемой частотой. Там нет поглощения, низкие частоты в этом отношении чрезвычайно живучи, в отличие от верхних, охотно умирающих при падении звуковых волн на мягкие и пористые поверхности. Не случайно ведь все измерительные безэховые камеры в мире сертифицированы до какой-то частоты, ниже которой даже эти помещения, уделанные внутри полуметровым слоем звукопоглощающего материала, перестают быть безэховыми. Лучшие камеры в мире начинают врать ниже 30 Гц, те, что попроще (и тем не менее стоят как чугунный мост) - ниже 50.

Вот и получается: одну из двух главных составляющих образования АЧХ на низких частотах в салоне мы измерить никак не можем, с этим надо смириться, проявив рекомендованную в эпиграфе мудрость.

Смиряться не желают одни лишь профессионалы SPL-соревнований. Они делают то единственное, чем можно повлиять на общий ход передаточной функции: урезают длину салона до минимума. Мы так далеко заходить не собираемся, и не предлагайте...

Периодически возникают вопросы, связанные с индивидуальной передаточной функцией для того или иного автомобиля. Так же периодически мы на них отвечаем: не парьтесь более абсолютно необходимого. Чем сидеть и горевать, что для вашей любимой ласточки такую функцию никто не снял, воспользуйтесь простым рецептом, которым мы не только давно пользуемся, но и опытным путём проверили: пользуемся правильно.

Больше пяти лет назад мы провели сопоставление передаточных функций в разных машинах, с габаритами, статистически преобладающими в общей массе, на этой основе составили свою универсальную передаточную функцию и даже опубликовали её, тогда же, в №8/2000. С тех пор всякий раз, когда у нас появляется возможность сравнить прогнозные характеристики с реальными, измеренными в салоне (при тестировании корпусных сабвуферов или при подготовке обзоров по системам, когда есть исчерпывающая информация по настройке сабвуфера), мы сравниваем свою эмпирическую кривую с практикой, неизменно убеждаясь: с достаточной для практики точностью ею можно пользоваться, забив нужные цифры в нужные клеточки «Спикершопа». Тем, кому и это в лом, даём рецепт ещё более простой, по достоверности результатов уступающий крайне незначительно: в том же «Спикершопе» вводится частота начала подъёма АЧХ, равная 60 Гц. Мы сравнивали: главные отличия «фирменной автозвуковской» универсальной функции от простейшей (график 1) проявляются на инфранизких частотах, где теория продолжает гнать АЧХ вверх, а неизбежная на практике нежёсткость панелей кузова и утечки через щели прибивает её книзу. Но на это, по большому счёту, наплевать, речь идёт о частотах ниже 15 - 20 Гц.

Итак: смиренно взяли типовую передаточную функцию, изменить которую мы не можем, и стали формировать АЧХ сабвуфера так, чтобы в сумме получилось вожделенное басовое чудо. Вооружившись, разумеется, мужеством изменить то, что можно. Приготовьтесь, однако, к тому, что мудрость опять понадобится - изменить при проектировании сабвуфера можно отнюдь не всё.

ТРЕТИЙ ЛИШНИЙ

С этого места и дальше из трёх великих параметров Тиля - Смолла мы будем пользоваться двумя, полностью игнорируя третий. Два, которым повезло - резонансная частота и добротность. Третий, нетрудно сообразить - эквивалентный объём головки. Почему? Потому что, хоть и привыкли они ходить втроём, роль этих параметров при проектировании разная. Резонансная частота и добротность определяют, как будет играть сабвуфер. А эквивалентный объём головки - как он будет при этом выглядеть.

Наша задача - при проектировании сабвуфера выйти на требуемое значение частоты резонанса головки в оформлении (напомним: мы говорим только об оформлении типа «закрытый ящик», всему своё время) и, как очень скоро станет ясно, на требуемое значение итоговой добротности. Они примут нужное значение, когда динамик (со своими значениями Fs и Qts) окажется в ящике определённого, нужного объёма. А нужный объём будет определяться не абсолютными цифрами, а соотношением с эквивалентным объёмом динамика. Пример: есть три головки с одинаковыми значениями резонансной частоты Fs и полной добротности Qts, но с разными значениями эквивалентного объема:

Динамик №1: Fs = 30 Гц; Qts = 0,5; Vas = 30 л.

Динамик №2: Fs = 30 Гц; Qts = 0,5; Vas = 60 л.

Динамик №3: Fs = 30 Гц; Qts = 0,5; Vas = 120 л.

Мы хотим (к примеру), чтобы в итоге у сабвуфера была частота резонанса Fc = 45 Гц при добротности Qtc = 0,7. Первый из перечисленных динамиков выйдет на эти параметры в ящике объёмом 22 л, второй - 45 л, третьему потребуется около 90 л, а итог, АЧХ, будет у всех абсолютно одинаковым.

Поэтому сейчас мы будем говорить о том, какие параметры в оформлении (готовое блюдо) надо приготовить из параметров головки (исходное сырьё), умалчивая о том, какой получится объём, это - следующий шаг, важный, но следующий. Сначала надо определиться, а чего мы, собственно, хотим.

БАС НАРОДА - БАС БОЖИЙ

Своего рода подсказка была в прошлом выпуске, опять в наших традициях основанная не на умозрении, а на практике. Мы вывели обобщённую АЧХ баса, любимую народом, судя по статистике, и АЧХ, выбранную для себя аудиофилами и чемпионами. Не поленитесь, загляните в прошлый номер на страницу 35. Эти АЧХ несколько разные, но обе можно получить с помощью закрытого ящика, а одну (чемпионскую) - почти исключительно с помощью закрытого ящика. Отличие баса, любимого народом, от баса, привеченного аудиофилами, таково: у аудиофилов АЧХ ниже 200 Гц идёт практически горизонтально, в то время как основная масса трудящихся предпочитает подъём характеристики ниже 80 Гц.

В том же номере, но на следующей странице, есть подсказка и для второго, практического шага. Грубо-приблизительно: в отличие от домашней акустики, где резонансная частота определяет, как низко будет играть колонка при сохранении ровной АЧХ, в машине благодаря действию передаточной функции от этого будет зависеть, как громко будет играть сабвуфер. Общее правило: чем ниже резонансная частота сабвуфера в ящике, тем выше будет проходить его АЧХ ниже частоты, где начинается компрессионный эффект. Всё, кажется, дело сделано, вопрос закрыт. Выбираем достаточно (в пределах возможного) низкую частоту сабвуфера в оформлении и наслаждаемся божественным басом. Согласитесь, это было бы уж чересчур просто, чтобы быть правдой. Правда тоже довольно проста, но не настолько. Кроме резонансной частоты важен и другой параметр из оставленных в игре двух.

ДОБРОТА СПАСЁТ БАС

В смысле - добротность. Или спасёт, или загубит, как пойдёт. Это прежде всего зависит от того, что вы хотите получить. Предположим, что вас влекут лавры чемпионов. Или ваши музыкальные пристрастия требуют предельно деликатных манипуляций с басовым регистром (что часто одно и то же). И вы хотите получить настолько ровную, горизонтальную, без малейших следов экстремизма АЧХ, насколько это возможно. Для этого, если речь идёт по-прежнему о закрытом ящике (а она по-прежнему идёт), надо, чтобы спад АЧХ сабвуфера в свободном пространстве начинался там же, где начинается подъём АЧХ передаточной функции. Скажем, на уже упоминавшихся 60 Гц. Пара ударов по клавиатуре - и вот, получено значение объёма ящика, в котором резонансная частота выйдет на заданный рубеж. А какая при этом выйдет добротность? Вот тут-то и находится главный подводный камень. Взгляните на график 2. Взяв заведомо разные головки, мы построили АЧХ в салоне для одной и той же итоговой резонансной частоты, но с разными значениями итоговой добротности головки в ящике Qtc.

При низких значениях добротности АЧХ будет безбожно провалена во всей басовой области, оживая только там, где этого уже не надо: ниже 25 Гц. При высоких значениях добротности появляется так часто наблюдаемый нами в посредственных системах горб на 50 - 60 Гц. А при знаменитой баттервортовской добротности 0,7 АЧХ горизонтальна, как поверхность мирового океана.

Видите, что получилось: резонансную частоту мы ввели, задав определённый объём ящика, а добротность при этом сама встала, куда захотела. Можно попробовать зайти с другого конца, раз нам важна именно добротность. При расчёте задаться значением Баттерворта, а резонансная частота - как получится. Вот, что тогда получится (график 3). При Fc = 60 Гц результаты, естественно, совпадают. Если при требуемом значении добротности резонансная частота уйдёт вверх, АЧХ провалится. Если уйдёт вниз, получим закономерный подъём, но не совсем там, где надо, а на совсем, неприлично низких частотах. Выходит, что надо попасть сразу в два параметра головки, и здесь всё оказывается проще, чем можно было предположить, руководствуясь просвещённым пессимизмом. При выборе головки под аудиофильский, суперинтеллигентный, нейтральный бас надо брать ту, у которой отношение частоты собственного резонанса к полной добротности равно (или близко к) 80.

И НАКОНЕЦ, ПРОСТЫЕ ЧИСЛА

Это - тот самый знаменитый параметр EBP (Enegry Bandwidth Product), по которому определяется, для какого акустического оформления пригодна головка. Только теперь мы им пользуемся и для решения других задач.

Чарующая простота подхода в том, что сами по себе значения Fs и Qts в определённых пределах на выбор не влияют. Важно только их соотношение, а также то, чтобы Fs не оказалась выше 60 Гц. Ведь в закрытом ящике резонасная частота стать выше может (даже обязана), а ниже - никогда. Итог применения первого из «простых чисел»: возьмём, скажем, головку с Fs = 24 Гц и Qts = 0,3. Выбором объёма ящика можно добиться Fc = 60 Гц и Qtc = 0,7. Возьмём другую: Fs = 36 Гц, Qts = 0,45. Итог - тот же, но в другом объёме, который к тому же будет зависеть от Vas головки, мы этого не касаемся. Возьмём головку с Fs = 60 Гц при Qts = 0,7. Она уже имеет нужные итоговые параметры, значит, ящик ей нужен бесконечно большой, то есть - акустический экран. Или free air, если угодно. И всё: вот оно, простое число аудиофила, 80.

А если мы не столь утончены и хотим бас как-то ближе к народу? Для этого резонансную частоту выберем ниже, при этом, как мы знаем, АЧХ на басах поднимется. А добротность? Такую же? А вот и нет. Взгляните на график 4. При низких добротностях совсем беда, но и при баттервортовской - не все гладко. Наиболее же логичная, достаточно мощная, но не горбатая АЧХ получается теперь при более высоком значении итоговой добротности, в районе 0,9 - 1,0. А график 5, где мы закрепили добротность и варьируем резонансной частотой, показывает: Fc = 40 Гц - действительно оптимальная частота резонанса. Ниже - теряем басы или приобретаем горб, выше - получаем нерационально высокую отдачу на инфразвуке, которая будет означать и повышенный ход диффузора со всеми вытекающими (вернее - выскакивающими) последствиями.

Каково простое число для такого варианта? Оно равно (или приблизительно равно, у нас не бухгалтерия, а физика) 45. То есть, если у «голого» динамика Fs = 40 Гц, а добротность Qts = 0,9 (бывают такие, хоть и редко), ему одна дорога: во free air. А если, скажем, Fs = 30 Гц при Qts = 0,65 (бывают куда чаще), дорога лежит в закрытый ящик, и будет счастье. Любителям басового экстрима, не боящимся угробить динамик излишними амплитудами, можно выбрать «простое число» и ниже, но - за свой счёт.

Есть ли «гиблые простые числа»? А как же... Вот, смотрите: если выбрать частоту резонанса сабвуфера в оформлении заведомо выше частоты перегиба передаточной функции, скажем, 80 Гц, когда речь идёт о не совсем мелком автомобиле, то какая ни будь добротность, АЧХ выйдет либо горбатая, либо провалившаяся, либо, что самое трагичное, и то и то одновременно (график 6). Но взгляните на кривую, соответствующую значению Qtc = 0,5. Известны случаи, очень, однако, редкие, когда значение добротности сабвуфера выбиралось таким или ненамного выше. При этом, если одновременно выбрана достаточно высокая частота резонанса, АЧХ получалась вялой по отдаче (график 7), но ровной, а делалось это затем, чтобы получить ценой ослабленной басовой чувствительности лучшие импульсные характеристики сабвуфера. Для таких систем «простое число» оказывается большим, 100 и выше, хотя, вообще-то, такой показатель свидетельствует: головка рождена для работы в фазоинверторе. Но если есть желание - пожалуйста, запретов у нас нет. А что касается фазоинверторов, придёт день, поговорим и о них...

Подготовлено по материалам журнала "Автозвук", апрель 2006 г. www.avtozvuk.com

Очень большое распространение в последние годы получили закрытые АС, которые до недавнего времени были единственным видом АС для высококачественного воспроизведения как в нашей стране, так и за рубежом. И только в последние годы АС с фазоинвертором (АС с ФИ) и АС с пассивным излучателем (АС с ПИ) нарушили монополию закрытых АС. Тем не менее закрытые АС и в настоящее время являются одной из наиболее распространенных конструкций высококачественных АС в Западной Европе и довольно широко выпускаются в США, как это было видно из таблицы:

Страна	Закрытый ящик	Фазоинвертор	Пассивный излучатель	Другое оформление
США	43 %	32 %	9 %	16 %
Европа	61 %	32 %	6 %	1 %
Япония	28 %	62 %	10 %	–

На рис. 1 представлена типичная закрытая АС и ее электрический аналог. Преимущество закрытой АС заключается в том, что задняя поверхность диффузора головки не излучает и, таким образом, полностью отсутствует «акустическое короткое замыкание». Недостатком закрытых АС является то, что диффузоры их головок нагружены дополнительной упругостью объема воздуха внутри оформления. Наличие дополнительной упругости приводит к повышению резонансной частоты подвижной системы головки в закрытом оформлении ω 01 и, как следствие, к сужению снизу воспроизводимого диапазона частот. Значение дополнительной упругости объема воздуха S В может быть найдено как:

S В =γρ 0 S эфф 2 /V [ 1]

γ – показатель адиабаты;

S эфф – Эффективная площадь диффузора головки;

V – внутренний объем корпуса оформления.

Рис. 1 . Типичная закрытая акустическая система и ее электроакустический аналог.

Эффективной площадью диффузора считают 50-60 % его конструктивной площади. Для круглого диффузора диаметром d S эфф =0,55S =0,44d 2 . Это эквивалентно тому, что эффективный диаметр диффузора составляет 0,8 от конструктивного диаметра. Упругость S В суммируется с собственной упругостью подвеса подвижной системы головки S 0 и в результате резонансная частота головки в закрытом оформлении вычисляется по формуле:

ω 01 =√((S 0 +S B)/m ) = ω 0 √( 1+S B /S 0 ) , [ 2]

где m 0 – масса подвижной системы головки.

Как видно из , упругость воздушного объема внутри оформления обратно пропорциональна этому объему. Упругость подвижной системы можно также выразить через упругость некоторого эквивалентного объема воздуха V Э, имеющего упругость S 0 . Отсюда резонансная частота головки в закрытом оформлении:

ω 01 =ω 0 √(1 + V Э / V )

Чтобы резонансная частота все же не была чрезмерно высокой, иногда применяют головки с более тяжелой подвижной системой, что дозволяет несколько снизить резонансную частоту головки в закрытом оформлении, как это видно из . Однако следует иметь в виду, что увеличение массы подвижной системы снижает чувствительность АС.

Особенно малой эффективностью обладают так называемые малогабаритные акустические системы (MAC), у которых упругость объема внутри оформления существенно больше упругости закрепления подвижной системы головки. Такие системы, у которых упругость подвижной системы определяется упругостью объема воздуха внутри оформления, называются системами «с компрессионным подвесом» головки.

Рис. 2 . АЧХ закрытой системы (ЗЯ)

Неравномерность АЧХ закрытых АС в области низких частот так же, как и открытых, определяется их добротностью (рис. 2). При Q 01 <0,707 частотная характеристика АС равномерно понижается с понижением частоты в область низких частот и неравномерность проявляется как спад на резонансной частоте ω 01 по сравнению с высшими частотами. При 0,707<Q 01 <1 частотная характеристика имеет небольшой пик на частоте ω 1 и далее спад на резонансной частоте ω 01 . Неравномерность частотной характеристики при этом определяется подъемом на пике ω 1 , и спадом на резонансной частоте ω 01 . При Q 01 >1 неравномерность частотной характеристики определяется только ликом на частоте ω 1 относительно горизонтальной части характеристики.

Рис. 3 . Зависимость неравномерности АЧХ закрытой АС от Q 01 .

Неравномерность частотной характеристики в зависимости от добротности закрытой АС приведена на рис. 3. Как следует из рисунка, минимальная неравномерность частотной характеристики закрытых АС имеет место при добротности Q 01 =1 и составляет 1,3 дБ. Желательная же добротность самой головки находится из условия:

Q=Q 01 /√(1+V э фф /V)

Исследования показали, что добротность головок, предназначенных для закрытых АС, не должна превышать 0,8-1. В противном случае головка получается «раздемпфированной». Это означает, что при ее возбуждении, т.е. при подаче на нее напряжения музыкальной или речевой программы, головка помимо колебаний в такт с поданным напряжением будет колебаться и с частотой собственных колебаний, близкой к резонансной частоте. Для слушателей это будет проявляться в том, что к звучанию программы будет примешиваться звучание этой частоты как своего рода «гудение», «нечистота» низких тонов. Отметим также, что если головка помещена в закрытом ящике, ухудшается равномерность частотной характеристики в области средних и высоких частот из-за резонансных явлений в оформлении. Для их устранения внутренние поверхности (особенно заднюю стенку) покрывают звукопоглощающим материалом и заполняют им часть объема. Кроме того, заполнением внутреннего объема рыхлым звукопоглощающим материалом преследуют и другую цель - изменить термодинамический процесс сжатия-расширения воздуха в оформлении.

Без заполнения процесс сжатия-расширения воздуха внутри оформления адиабатический. Заполняя оформление рыхлым звукопоглощающим материалом можно сделать так, чтобы адиабатический процесс сменился на изотермический. В этом случае внутренний объем оформления как бы увеличивается в 1,4 раза, так как коэффициент γ в , составляющий 1,4 для адиабаты, заменяется значением, равным единице для изотермы. Соответственно снижается и резонансная частота закрытой АС. Это снижение в пределе (для компрессионной АС) достигает √1,4, так как для нее можно пренебречь упругостью подвеса головки. В противном случае резонансная частота головки ω 01 ’ может быть найдена как:

ω 01 ’ = ω 01 √ ((1+0,75 ∙ S/S 0 ) ∙ (1+ S/S 0 )) [ 5]

Как практически определить, что изотермический процесс сжатия-расширения воздуха внутри оформления достигнут? Процесс будет достигнут, если при добавлении внутрь оформления новой порции рыхлого звукопоглощающего материала резонансная частота закрытой АС уже не понижается. Исследования авторов показали, что заполнять внутренний объем оформления более, чем на 60%, нецелесообразно. Вместе с тем количество рыхлого звукопоглощающего материала не должно быть чрезмерным, чтобы активные акустические потери в оформлении и заполнении не были значительны. Следует отметить, что степень влияния активных акустических потерь в оформлении (и заполнении) на ход частотной характеристики зависит, строго говоря, не от их абсолютных значений, а от соотношения активных акустических потерь в оформлении и полных потерь в головке. Потери в головке - это собственные акустико-механические активные потери на внутреннее трение в материале головки, трение о воздух при работе, потери в виде активной составляющей сопротивления излучения и т.д., а также «вносимые» в головку потери.

Чрезмерные активные акустические потери могут быть в АС при некачественном (с акустической точки зрения) выполнении корпуса оформления, креплении головки, при чрезмерном заполнении оформления звукопоглощающим материалом, а также при чрезмерно малых внутренних объемов оформления (V Э /V>8 ).

Пример . Расчитаем объем закрытой АС с нижней граничной частотой 50 Гц, имеющей головку со следующими характеристиками: f=38 Гц, Qts=0,8, Vas=60 л.

1. Определяем объем оформления из формулы : V=60∙10 -3 /((50/38) 2 -1)=83 л . (результат умножаем на 1000)
2. Находим добротность головки в закрытом оформлении из формулы : Q 01 =0,8√(1+60/83)=1,05 . В соответствии с рис. 3 минимальная неравномерность АЧХ имеет место при Q 01 =1. Так что полученная неравномерность частотной характеристики из-за пика на частоте ω 1 практически минимальна и составляет всего около 1,5 дБ.