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.
Фазоинвертор: короче!
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…
Как подобрать трубу для фазоинвертора
Расчет акустического фазоинвертора
Предлагаемые методы расчета фазоинвертора основан на простейших измерениях, проводимых с вполне определенным экземпляром громкоговорителя, устанавливаемым в акустический фазоинвертор и на номографическом определении размеров последнего. А также варианты расчета фазоинвертора с использованием технических параметров динамиков от производителя.
Что такое Фазоинвертор?
И как у всякого резонатора у него есть резонанс, весьма выраженный, с высокой добротностью и крутыми склонами. Так, что в корпусе саба у нас два резонатора: активный (динамик) и пассивный (фазоинвертор). Оба они влияют друг на друга через упругую среду (воздух).
Назначение ФИ — уменьшение нижней рабочей частоты сабвуфера, добавить низких частот.
Какой должна быть частота резонанса фазоинвертора?
Частота резонанса фазоинвертора (в общем случае) должна быть на 1/3 (на 33 %) ниже, частоты резонанса того же динамика в том же ящике при закрытом отверстии фазоинвертора.
Пример: Fрез. динамика в ЗЯ = 60 Гц. 60 х 0,33 = 20гц.
60-20 = 40 Гц.
Расчётная резонансная частота ФИ в данном примере должна быть 40 Гц.
Для этой частоты, а считаю далее диаметр и длина фазоинвертора под объём данного ящика. А теперь рассмотрим более научные варианты расчета фазоинвертора.
Вариант №1. Простой вариант расчета размеров фазоинвертора
Это вариант подойдет для ленивых. Нам надо знать частоту настройки фазоинвертора для данного динамика. Его часто указывают производители динамиков в технических характеристиках, например на упаковке.
- F — частота настройки ФИ;
- C — скорость звука;
- п — число = 3,14…;
- S — площадь отверстия;
- L — эффективная длина трубы (длина трубы плюс процентов 5);
- V — объем корпуса.
Везде метры и герцы.
Соответственно отношение площади отверстия к длине фазоинвертора:
то есть при увеличении площади отверстия вдвое (два порта) — вдвое растет длина каждого из фазоинвертора. Делать узкий фазоинвертор чтобы уменьшить длину трубы нецелесообразно — возрастает скорость потока в нем (там должно быть не более 5% от скорости звука! я ошибся по памяти)
Одновременно сделать очень широкий и длинный фазоинвертор также не имеет смысла — его длина не должна быть больше длины волны на частоте резонанса, чтобы не было стоячих волн, но вообще-то это несколько метров получается, так что тут ошибиться трудно.
Вариант №2
В первую очередь, руководствуясь рис. 1 и таблицей, необходимо изготовить «стандартный объем» — герметичный фанерный ящик, все стыки которого во избежание утечек воздуха тщательно подогнаны, проклеены и промазаны пластилином.
| А | В | С | |
| 200 | 255 | 220 | 170 |
| 250 | 360 | 220 | 220 |
| 300 | 360 | 220 | 270 |
| 375 | 510 | 220 | 335 |
Далее измеряют собственную частоту резонанса громкоговорителя, находящегося в свободном пространстве. Для этого его подвешивают в воздухе вдалеке от крупных предметов (мебели, стен, потолка). Схема измерений приведена на рис. 2.
Здесь ЗГ — градуированный звуковой генератор, V — ламповый вольтметр переменного тока и R — резистор сопротивлением 100–1000 ом (при больших значениях сопротивления измерение оказывается более точным).
Вращая ручку настройки частоты звукового генератора в пределах от 15-20 до 200-250 гц, добиваются максимального отклонения стрелки вольтметра. Частота, при которой отклонение максимально и является резонансной частотой громкоговорителя в свободном пространстве Fв.
Следующий этап — определение резонансной частоты громкоговорителя Fв при его работе на «стандартный объем». Для этого громкоговоритель кладут диффузором на отверстие «стандартного объема» и слегка прижимают, во избежание утечек воздуха в месте стыка поверхностей. Метод определения частоты резонанса прежний, но в этом случае она будет в 2–4 раза выше.
рис. 3 
рис. 4
Зная эти две частоты, с помощью номограмм находят размеры фазоинвертора. В зависимости от диаметра диффузора громкоговорителя выбирают номограмму, приведенную на рис. 3 (для диаметра ,200 мм), на рис.
4 (для диаметра 250 и 300 мм) или на рис. 5 (для диаметра 375 мм).
По выбранной номограмме определяют объем фазоинвертора, для чего соединяют прямой линией точки, соответствующие найденным частотам, на осях «Резонансная частота»
Ремонт туалета как трубы плиткой
Fв (см. рис. 4 точка А) и «Резонансная частота» Fя (точка В). Отмечают точку пересечения С с вспомогательной осью и отсюда ведут вторую прямую линию через точку D до оси «оптимальный объем». Значение, соответствующее новой точке пересечения Е, и является искомым объемом.
Если нет каких-либо особых соображений для конструирования ящика специальной конфигурации, то расчет внутренних размеров его при заданной объеме может быть сделан по номограмме, показанной на рис. 6. Ширина фазоинвертора будет равна 1,4 высоты, а высота — 1,4 глубины.
Пользование номограммой не представляет трудностей: проводят прямую линию между крайними осями, на которых нанесены величины объемов. Точки пересечения прямой с осями А, В, С определят ширину, высоту и глубину ящика.
Диаметр выреза для громкоговорителя берется равным размеру С, указанному в таблице.
Далее, задавшись диаметром туннеля, необходимо определить его длину и проверить вмещается ли он в ящик фазоинвертора. Длину туннеля находят из графиков, приведенных на рис. 7, для трех внутренних диаметров: графики А — для диаметра 50 мм, В — для диаметра 75 мм и В — для диаметра 120 мм.
Выбрав соответствующие графики, по частоте Fв и объему фазоинвертора, определенным ранее, находят длину туннеля (пример на рис. 7,В). Она должна быть на 35–40 мм меньше внутренней глубины ящика.
Если этого не получается, можно нисколько изменить конфигурацию ящика, сохранив его объем, или взять Другой диаметр туннеля.
Фазоинвертор изготавливают из фанеры толщиной около 30 мм. Если нет такой толстой фанеры, то для повышения жесткости нужно приклеить внутри ящика по диагонали или крестообразно бруски размером 25×75 мм.
Ящик собирают на винтах и клее и все швы герметизируют. Заднюю стенку рекомендуется крепить шурупами (по пять штук на одну сторону) с фетровой прокладкой. Туннель делают из толстостенной картонной трубки.
Изготовив фазоинвертор и установив в него громкоговоритель, приступают к его демпфированию. Для этого громкоговоритель рекомендуется полностью закрыть с задней стороны слоем стекловаты толщиной 25–50 мм, прикрепляя ее к доске вокруг диффузородержателя с помощью кольца, привинченного шурупами или винтами.
Достаточность демпфирования проверяется с помощью схемы, приведенной на рис. 8. Сопротивление резистора Я берется около 0,5 ом. Если же известен коэффициент демпфирования К усилителя, с которым будет работать агрегат, и сопротивление звуковой катушки громкоговорителя переменному току r, то его можно определять из формулы R=r/K ом.
Переводи переключатель из одного положения в другое, прислушиваются к щелчку в громкоговорителе. Если он вполне отчетлив я нет «бубнения» или «звона», значит демпфирование достаточно. Окончательное решение принимают после прослушивания оркестровой музыки с хорошо выраженными басами и верхними котами.
Вариант №3. Расчет размера фазоинвертора по номограмме
В области низких частот работа громкоговорителя не зависит от формы ящика или типа фазоинвертора, а определяется лишь двумя параметрами акустического оформления — объемом ящика-фазоинвертора V и частотой его настройки Fb. К нахождению этих величин и сводится в основном расчет акустического оформления.
Для того чтобы уяснить методику расчета громкоговорителей с помощью номограммы, рассмотрим несколько примеров.
Пример 1.Рассчитать оптимальное акустическое оформление для известной низкочастотной головки. Допустим, что с помощью измерений параметры головки определены: Qa=3,2, Qe=0,33, Vas=0,120м 3 , fs=40 Гц. При работе от усилителя с нулевым выходным сопротивлением (Rg=0) Qt головки составит 0,3.
Отметим на оси абсцисс точку Qt=0,3, проведем через нее перпендикулярную оси прямую и найдем ординаты точек пересечения прямой с кривыми в верхней и нижней частях номограммы: Vas/V=3, fb/fs=1,25, f3/fs=1,47.
Подставляя в полученные отношения измеренные значения параметров головки Vas=0,120м3, fs=40 Гц, находим: V=0,04 м 3 , fb=50 Гц, f3=59 Гц.
Таким образом, если не принимать мер к дополнительному регулированию Qt, для получения гладкой частотной характеристики громкоговорителя заданную головку достаточно поместить в ящик-фазоинвертор объемом 0,04 м 3 и настроить его на частоту 50 Гц. Частота среза громкоговорителя при этом окажется равной 59 Гц.
Как укрепить трубу для бани
Пример 2.Для той же исходной головки с Qa=3,2, Qe=0,33, Vas=0,120м 3 , fs=40 Гц требуется так рассчитать параметры ящика-фазоинвертора, чтобы частота среза громкоговорителя оказалась равной 35 Гц. При оговоренной частоте среза расчет начинается с определения f3/fs. В рассматриваемом случае f3/fs=0,875.
Далее через точку с ординатой 0,875 на кривой f3/fs проводится прямая, перпендикулярная оси абсцисс, и определяются координаты точек пересечения ее с кривыми Vas/V и fb/fs , т. е. Qt=0,415, Vas/V=1.05, fb/fs =0.93. Подставляя в полученные отношения значения параметров головки Vas=0,12м 3 , fs=40 Гц, находим V=0,114 м 3 , fb=37 Гц.
Следовательно, для того чтобы получить гладкую частотную характеристику громкоговорителя с частотой среза f3=35 Гц, объем ящика-фазоинвертора должен составлять 0,114 м 3 , а частота настройки — 37 Гц. Кроме того, поскольку требуемое значение общего Q головки отличается от измеренного (при работе от усилителя с нулевым выходным сопротивлением Qt=0.
3), для достижения желаемой формы частотной характеристики потребуется дополнительное регулирование этого параметра.
Пример 3.Дана низкочастотная головка (Qa=3,2, Qe=0,33, Vas=0,12м 3 , fs=40 Гц) и задан объем акустического оформления 19 V=0,06 м 3 . Требуется рассчитать громкоговоритель, обладающий гладкой частотной характеристикой. Определим отношение Vas/V =2.
Через точку с ординатой 2 на кривой Vas/V проведем прямую, перпендикулярную оси абсцисс, и найдем координаты точек пересечения ее с кривыми fb/fs и f3/fs : Qt=0,345; fb/fs=1,1; f3/fs=1,2.
Подставляя в последние отношения значения параметров головки, находим fb=44 Гц, f3=48 Гц.
Таким образом, чтобы с данной головкой и в ящике оговоренных размеров получить гладкую частотную характеристику громкоговорителя, потребуется настроить ящик-фазоинвертор на частоту fb=44 Гц и с помощью средств регулирования довести общее Q головки до значения 0,345.
Калькуляторы фазоинвертора онлайн
В калькуляторе фазоинвертора Параметры набирать через точку, ноль перед точкой вводить не обязательно.
Источник
Фазоинвертор (ФИ)
Корпус для сабвуфера — фазоинвертор (ФИ)
- В рамках обсуждения выбора сабвуфера рассмотрим такой корпус как фазоинвертор.
- Фазоинвертор, в отличии от закрытого ящика, имеет порт с помощью которого разворачивает фазу сигнала тыльной стороны динамика таким образом увеличивая КПД в 2 раза.
- Принцип работы фазоинвертора
Для какой музыки подходит фазоинвертор
Фазоинвертор отличается мощным и объемным басом, а АЧХ в районе частоты настройки имеет горб (значительное повышение громкости звучания).
Пример АЧХ фазоинвертора
По этому ФИ подходит для музыки, в которой много не быстрого баса, где низкие частоты это основа композиций. Выбирайте фазоинвертор если вам нравятся дабстэп, трипхоп, прочая медленная электронщина, рэп, R&B и т.п.
Примечание: настройка фазоинвертора это частота, на которую приходится пик АЧХ, регулируется изменением длины и площади порта, а так же отношением объема порта к объему корпуса.
Какой динамик подходит для фазоинвертора
Чтобы выбрать сабвуфер для фазоинвертора нужно отталкиваться от параметров Тиля — Смолла (Fs, Qts, Vas). Обычно эти данные есть в документах, но если у вас их нет, то параметры найдутся в интернете.
При удалении маточных труб какие выделения
Для того, что бы понять подходит ли динамик для ФИ проведите не хитрые расчеты. Поделите значение Fs на значение Qts и если ответ получится от 60 и до 100, то такой саб будет оптимальным для фазоинвертора.
К примеру — у динамика SUNDOWN AUDIO E-12 V3 Fs = 32.4 Гц, а Qts = 0.37.
Fs / Qts = 32.4 / 0.37 = 87,6 — такой сабвуфер вполне подходит для ФИ.
Если значение для вашего динамика выходит за пределы диапазона 60-100 возможно стоит подыскать ему другое оформление с помощью этой очень полезной таблички. Обратите внимание на то, что приведенная таблица не запрещает использовать для динамиков корпусы, не соответствующие значению Fs / Qts. Она показывает варианты, которые точно будут хорошо работать.
Виды фазоинверторов
Порт фазоинвертора — основной элемент корпуса, он может быть круглым (труба) или прямоугольным (щель).
Щелевой порт Круглый порт (труба)
Нельзя однозначно сказать какой из этих портов лучше. Делают то, что удобнее или то, что больше нравится. Единственный момент, что в спорте (соревнования по звуковому давлению) чаще используются трубы, так как с их применением проще меняется настройка фазоинвертора, за счет изменения длины порта.
Подробнее о нюансах можно узнать из нашего видео про то, чем отличается труба от щели для сабвуфера:
Отдельно стоит отметить такой тип, как пассивный излучатель.
Пассивный излучатель (корректней — пассивный отражатель) есть тот же фазоинвертор и принцип его работы тот же.
Применяется в тех случаях, когда желаемый порт для ФИ не устраивает по габаритам. В пассивном излучателе вместо порта используется динамик без магнитной системы.
Принцип работы пассивного излучателя
Достоинства и недостатки ФИ
Плюсы:
- Высокий КПД (грубо — в 2 раза громче ЗЯ);
- Может дать много громкого баса;
- Можно настроить для своих музыкальных предпочтений.
Минусы:
- Большие габариты (по сравнению с ЗЯ);
- Относительная сложность расчета.
Особенности
Материалы
Требования к материалам и сборке стандартны. Фазоинверторный короб должен быть крепким, герметичным и не давать вибраций. Материал — фанера или МДФ от 18 мм. и толще.
Обратите внимание на то, что все каналы ввода проводов, клеммники и т.п. должны быть надежно загерметизированы, внутренние перегородки (стенки порта) не должны иметь щелей.
Скругления порта фазоинвертора
Если щелевой порт длинный и имеет повороты, то в углах могут возникать застойные зоны, для избежания этого изгибы сглаживаются — в результате повышается КПД, так как снижается сопротивление движению воздуха. На слух определить улучшение качества довольно сложно, но для борьбы за высокий результат в звуковом давлении это решение работает.
Варианты сглаживая портов
Концы портов могут раскрываться, на выходе это может устранить паразитные шумы от трения воздуха, но такая проблема встречается не часто.
Стоит помнить, что за счет раскрывов на концах повышается настройка порта (фазоинвертора), либо увеличивается его общая его длина.
То есть для одной и той же настройки порт с расширениями на концах будет длиннее прямого и займет чуть больше объема.
- Расширение щелевого порта Расширение трубы
- Практическое видео по раскатке трубы для порта:
- Стоит понимать, что подбор правильной геометрии расширения (раскрыва) — отдельная задача при расчете корпуса фазоинвертора.
Видео
Посмотрите подробный ролик о принципе работы фазоинвертора, это видео многое прояснит для вас.
Выводы
- Если вам нужно акцентировать звучание вашей системы на низких частотах, то фазоинвертор прекрасно подойдет для этого.
- ФИ — хороший выбор для жирного баса и громкого повседенева.
- Читать еще:
- Нажмите кнопку, чтобы поделиться материалом:
- Источник
Как сделать фазоинвертор для сабвуфера?
26 Июня 2006 В. ЖБАНОВ
Радиолюбители, занимающиеся самостоятельным изготовлением громкоговорителей-фазоинверторов (далее для краткости – просто фазоинвертор), часто сталкиваются с тем, что повторенные ими конструкции не обеспечивают приведенных в описаниях технических характеристик. Происходит это из-за значительного технологического разброса параметров низкочастотных головок, поэтому каждый изготовленный громкоговоритель необходимо настроить.
- При настройке фазоинверторов радиолюбители пользуются обычно той же методикой, что и при их расчете [1, 2].
- В результате оказываются неучтенными имеющие место в реальной конструкции акустические потери, различие между эквивалентным и физическим объемами ящика и ряд других влияющих на точность настройки факторов.
- Предлагаемая методика настройки учитывает эти факторы, поэтому ее точность значительно выше.
- Настройка любого фазоинвертора сводится, как известно, к нахождению определенной комбинации значений частоты его настройки fф и выходного сопротивления усилителя Rвых при которой обеспечивается гладкая АЧХ излучения на низших звуковых частотах.
- Найти эти значения можно, воспользовавшись зависимостью, существующей между параметрами фазоинвертора и закрытого ящика.
Если в фазоинверторе с гладкой АЧХ закрыть отверстие туннеля, то полная добротность системы головка – закрытый ящик окажется равной 0,6, а резонансная частота головки в таком ящике fр будет связана с частотой настройки фазоинвертора зависимостью fф=0,61… 0,65 fр.
- Коэффициент пропорциональности указанных величин зависит от отношения эквивалентного объема головки к полезному объему ящика, и если принять его равным 0,63, то ошибка в определении частоты fф не превысит 5 % при любых отношениях указанных объемов, встречающихся в реальных конструкциях.
- Настройку фазоинвертора следует начать с определения оптимального количества размещаемого в нем звукопоглощающего материала.
- Для этого, закрыв отверстие туннеля (например, фанерным кружком, смазанным по краям пластилином), подбирают такое количество материала, при котором частота fр минимальна.
Затем, закрепив поглощающий материал на стенках ящика, измеряют резонансную частоту системы головка – закрытый ящик и, пользуясь соотношением fф=0,63 fр, определяют частоту настройки фазоинвертора, а затем длину его туннеля:
где V – свободный объем ящика фазоинвертора в литрах, a S – площадь отверстия туннеля фазоинвертора в кв.см.
Обычно эквивалентный объем акустического оформления при размещении в нем оптимального количества звукопоглощающего материала оказывается больше геометрического, поэтому длину туннеля при настройке фаэоинвертора приходится уменьшать.
Для определения уточненной величины 1' в приведенную выше формулу подставляют значение частоты настройки фазоинвертора, получившееся при длине туннеля 1 и находят эквивалентный объем оформления Vэ.
Затем, заменив в той же формуле V на Vэ вычисляют уточненное значение длины туннеля.{mospagebreak}
Добротность системы головка – ящик-фазоинвертор определяют способом, принятым для систем головка – закрытый ящик [1,2], но все необходимые измерения проводят вблизи частоты высокочастотного резонанса АЧХ входного сопротивления громкоговорителя fр (см. рисунок).
Для повышения точности последующих расчетов, параметры АЧХ входного сопротивления громкоговорителя следует измерять со стороны разъема для подключения его к усилителю.
В этом случае оказывается учтенным влияние активного сопротивления соединительного провода и катушки разделительного фильтра на параметры громкоговорителя.
https://www..com/watch?v=TY5inf2PObw
Вычислив акустическую добротность [3]
- если найденное значение Qп отличается от единицы не более чем на 10 %, то АЧХ фазоинвертора будет достаточно гладкой при совместной работе практически с любым транзисторным усилителем с низким выходным сопротивлением.
- Если же Qп>1,1 (именно этот случай в радиолюбительской практике встречается чаще всего), то для работы с фазоинвертором следует использовать усилитель с отрицательным выходным сопротивлением.
- Чтобы получить гладкую АЧХ излучения громкоговорителя,
необходимо настроить цепь обратной связи, формирующую отрицательное выходное сопротивление усилителя [4]. Для этого предварительно определяют коэффициент демпфирования Кд=Qп/Qп.
опт, который показывает, во сколько раз нужно уменьшить полную добротность системы головка – ящик-фазоинвертор, чтобы получить оптимальное демпфирование. Поскольку условие оптимального демпфирования фазоинвертора предполагает Qп.опт=1, то Кд=Qп.
Далее, подключив громкоговоритель к усилителю и подав на последний звуковой сигнал частотой fэм балансируют мост цепи обратной связи и измеряют напряжение на выходе усилителя.
Затем, перестроив генератор на частоту fр и изменяя коэффициент передачи цепи обратной связи, добиваются уменьшения напряжения на выходе усилителя в Кд раз. В результате такой настройки устанавливается именно то значение выходного сопротивления усилителя, при котором получается гладкая АЧХ излучения громкоговорителя на низших частотах.
При расчете усилителя мощности требуемое выходное сопротивление желательно определить заранее. Его рассчитывают по формуле
Приведенная выше методика без каких-либо изменений применима и для настройки громкоговорителей, в которых установлены сдвоенные или несколько однотипных головок.
Литература
- Виноградова Э. Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками.- М.: Энергия, 1978
- Эфруссм М. Еще о расчете и изготовлении громкоговорителя.- Радио, 1984, N 10, с. 32-33.
- Попов П., Шоров В.
Повышение качества звучания громкоговорителей.- Радио, 1983. N 6, с. 50-53.
- ЭМОС или отрицательное выходное сопротивление? – Радио, 1981, N 1, с. 40- 44.
- (РАДИО 8-86, с.
- 51-52)
- ← О басах и корпусах (рукопись)
- Источник:
Корпус Акустической Системы с фазоинвертором
Стремление получить достаточно хорошее воспроизведение низких частот при умеренном объеме акустического оформления довольно хорошо достигается в так называемых фазоинверсных системах. Их конструкция достаточно проста. В корпусе закрытой системы делается щель или отверстие. В последнее может быть вставлена трубка
Упругость объема воздуха в оформлении резонирует на какой-то частоте с массой воздуха в отверстии или трубке. Эта частота называется резонансной частотой фазоинвертора. Таким образом, акустическая система в целом становится состоящей как бы из двух резонансных систем – громкоговорителя и оформления с отверстием.
При правильно выбранном соотношении резонансных частот этих систем воспроизведение низких частот значительно улучшается по сравнению с закрытым оформлением такого же объема. Недостатком таких систем является резкий спад звукового давления на частотах ниже резонансной.
Несмотря на очевидные преимущества акустических систем с фазоинвертором, очень часто такие системы, изготовленные даже опытными людьми, не дают ожидаемых от них результатов. Причина в том, что для получения необходимого эффекта фазоинвертор должен быть правильно рассчитан и настроен.
Разновидностью фазоинвертора являются акустические системы с пассивным излучателем. Вспомогательный низкочастотный излучатель представляет собой низкочастотную головку громкоговорителя, лишенную магнита и звуковой катушки.
Основным достоинством фазоинвертора с пассивным излучателем является возможность настройки его на требуемую частоту при меньших размерах корпуса путем изменения массы пассивного излучателя.
По сравнению с закрытым корпусом у фазоинвертора больше вариантов аппроксимации частотной характеристики. В зависимости от добротности головки Qts (и желания получить гладкую АЧХ) этих вариантов может быть три:
аппроксимация квазитретьего порядка. Наиболее часто применяется при полной добротности головки (включая сопротивление разделительных фильтров) меньше 0,383. Частота среза АС в этом случае выше собственной резонансной частоты головки. АЧХ носит гладкий характер;
аппроксимация по Баттерворту четвертого порядка. Применяется при полной добротности головки (включая сопротивление разделительных фильтров) равной 0,383. При этом частота настройки фазоинвертора совпадает с резонансной частотой головки Fs. АЧХ носит гладкий характер.
аппроксимация по Чебышеву четвертого порядка. Применяется при полной добротности головки (включая сопротивление разделительных фильтров) больше 0,383. Частота настройки фазоинвертора ниже собственной резонансной частоты головки. АЧХ носит колебательный характер с заданной неравномерностью.
https://www.youtube.com/watch?v=TY5inf2PObw
Переходная характеристика для всех случаев аппроксимации носит колебательный характер. Максимум КПД достигается при значении полной добротности Qts около 0.5 и неравномерности АЧХ около 0.2 дБ.
Источник: https://himediadom.ru/obzor/prostoj-sposob-nastrojki-akusticheskoj-sistemy-s-fazoinvertorom.html
Загрузка...
