Главная Контакт Ссылки
Четырех полосный громкоговоритель. С. Бать. Версия для печати
Написал Konkere   
воскресенье, 08 Апрель 2012

Громкоговоритель выполнен в виде двух конструктивных узлов: басового модуля и монитора. Басовый модуль и монитор питаются от отдельных усилителей мощности с разделением частотного диапазона активными фильтрами. Конструкция из двух корпусов продиктована отчасти ограниченными технологическими возможностями, поскольку предполагалось изготавливать макеты корпусов в домашних условиях, но основной причиной выбора двухкорпусной конструкции были соображения, связанные модернизацией.
Далее...

Четырех полосный громкоговоритель. Версия для печати
Написал С. Бать   
воскресенье, 08 Апрель 2012

Громкоговоритель выполнен в виде двух конструктивных узлов: басового модуля и монитора. Басовый модуль и монитор питаются от отдельных усилителей мощности с разделением частотного диапазона активными фильтрами. Конструкция из двух корпусов продиктована отчасти ограниченными технологическими возможностями, поскольку предполагалось изготавливать макеты корпусов в домашних условиях, но основной причиной выбора двухкорпусной конструкции были соображения, связанные модернизацией. На этапе начала работы была полная ясность с басовым звеном, для которого был выбран SEAS H1209 в закрытом корпусе объемом 50 литров. По монитору предстояло определиться с выбором приемлемых компромиссов, а это требовало опробования нескольких вариантов. Дальнейшая работа подтвердила целесообразность выбора двухкорпусной конструкции, вариантов оказалось довольно много. В этой статье будут рассмотрены два варианта трех полосных мониторов и вопрос их сопряжения с басовым звеном.

Рис. 1 Чертёж басового корпуса.
Рис. 1 Чертёж басового корпуса.
Рис. 2 АЧХ басового звена на H1209 без фильтра.
Рис. 2 АЧХ басового звена на H1209 без фильтра.

На фото 1 показан внешний вид макета басового модуля, на рис.1 – чертеж корпуса. Внутренний объем корпуса примерно на 30 процентов заполнен синтепоном низкой плотности. На рис.2 показана АЧХ по звуковому давлению динамика SEAS H1209, измеренная вдоль оси по методике Ground plane. Методика Ground plane предполагает проведение измерений вне помещения на открытом пространстве, в результате удается исключить влияние отражающих поверхностей и получить достаточно полное представление об АЧХ в низкочастотном участке звукового диапазона. Эта методика рекомендована в руководстве по применению LMS и LEAP 4.6.

Измерения показывают, что Н1209 в закрытом корпусе объемом 50литров имеет резонансную частоту 45 Гц при полной добротности 0,68 . На частоте 45 Гц басовый модуль обеспечивает звуковое давление 83 дБ при напряжении 2,83 В на расстоянии 1М. Объемное смещение Н1209 позволяет получить на частоте 50 Гц звуковое давление 98 дБ на расстоянии 1м. На рис.3 показана симуляция АЧХ Н1209 в корпусе басового модуля, работающего совместно с активным фильтром, в котором используются два звена первого порядка с частотами среза 70 и 700 Гц.

Рис. 3 Симуляция АЧХ Н1209 в корпусе басового модуля.
Рис. 3 Симуляция АЧХ Н1209 в корпусе басового модуля.
Рис. 4 Чертеж корпуса монитора.
Рис. 4 Чертеж корпуса монитора.

Внешний вид макета трех полосного монитора показан на фото 2. В мониторе используются динамики с металлическими диффузорами: DAYTON RS180S-8, Tang Bang W4-1337SD и Fountek CD3. Чертеж корпуса монитора показан на рис.4. Полезный объем корпуса равен 10 литрам. В качестве акустического оформления W4-1337SD используется полусферический колпак фирмы VISATON типа АК 18.13 с объемом 0.8 литра. Снаружи колпак оклеен в два слоя полосками герлена, внутренний объем колпака заполнен синтепоном.

На рис.5 и 6 показаны АЧХ по звуковому давлению и зависимости от частоты сопротивлений динамиков, установленных в корпус монитора. АЧХ измерены вдоль оси динамиков на расстоянии 1м при напряжении 2.83 В и обработаны с помощью программного обеспечения LMS. Обработка включает усреднение АЧХ в интервале 0.2 октавы и вычисление минимально фазовых ФЧХ. Кроме того, АЧХ динамика СD-3 на частотах ниже 1.5 кГц аппроксимирована прямой линией. Это связано с методикой вычисления ФЧХ, кроме того, мне не удалось нормально померить АЧХ CD-3 при входном напряжении 2.83 В. При измерении на скользящем тоне, начиная с 2кГц и ниже, дребезжащие призвуки показались мне настолько сильными, что пришлось отключить сигнал из опасения повредить динамик. Стало ясно, что при проектировании фильтров кроссовера необходимо принять меры по защите ВЧ динамика от перегрузки низкими (для CD-3) частотами. При проектировании фильтров были приняты во внимание еще некоторые соображения, о которых стоит упомянуть. Усреднение АЧХ в интервале 0.2 октавы, которое делается для удобства пользования оптимизатором при симуляции, уменьшает высоту резонансных пиков, свойственных динамикам с металлическими диффузорами, на 4-6 дБ, что может привести к ошибочной оценке подавления фильтрами нежелательных выбросов на АЧХ.

Рис. 5 АЧХ динамиков RS180S, W4-1337, CD-3, измеренных по оси, 1м 2,83В
Рис. 5 АЧХ динамических головок RS180S, W4-1337, CD-3, измеренных по оси, 1м 2,83В
Рис. 6 Зависимость от частоты сопротивления динамиков RS180S, W4-1337, CD-3.
Рис. 6 Зависимость от частоты сопротивления динамиков RS180S, W4-1337, CD-3.

Встает вопрос о том, насколько необходимо подавить резонансные пики фильтрами для приемлемого качества звучания. Ответ на этот вопрос можно получить только по результатам прослушивания. Из опыта работы с “металлическими” SEAS EXCEL мне известно, что подавления на 20 дБ относительно уровня, на который сводится кроссовер вполне достаточно. В качестве первого приближения при симуляции фильтров кроссовера можно принять указанную норму, не забывая о том, что динамики SEAS EXCEL имеют качественный линейный мотор. Не имея достоверной информации о линейности мотора используемых динамиков, можно только сделать некоторые не слишком оптимистические предположения. С увеличением мощности, подаваемой на динамик, резонансные пики, которые не видны на суммарной АЧХ громкоговорителя, будут сильно подчеркивать гармоники кратные частоте резонанса. Подавление фильтром резонансного пика не поможет, поскольку сигнал, генерирующий гармоники на нелинейности мотора, может попадать в полосу прозрачности фильтра. На слух это воспринимается как кратковременное возрастание искажений на отдельных нотах, что особенно заметно при воспроизведении вокала. Мне показалось, что в динамике W4 1337SD описанный выше эффект начинает проявляться при подводимой мощности 6-8 Вт, что соответствует звуковому давлению 94-96 дБ. По совокупности параметров динамик W4 1337 производит приятное впечатление (особенно в сравнении с VISATON TI 100), несмотря на заметный разброс параметров, который потребовал отбора и разбраковки динамиков в пары. Приятно удивили результаты измерения параметров TS динамиков RS180S-8. Параметры шести экземпляров динамиков, которые мне удалось померить, имели отклонения не более 5% от указанных изготовителем значений.

В этой работе не ставится задача дать обоснованную оценку качества продукции изготовителей динамиков, это нельзя сделать, имея 4 - 6 образцов, кроме того, рассуждения, связанные с нелинейностью мотора динамиков не подкреплены измерениями.

На рис.7 показан результат симуляции АЧХ трех полосного монитора. Провал в 2дБ на АЧХ среднечастотной головки связан с формой передней панели монитора. Подъем АЧХ на частотах выше 10 кГц умышленно не устранен в связи с относительно узкой диаграммой направленности ВЧ головки в вертикальной плоскости. При необходимости выровнять АЧХ можно путем подключения параллельно ВЧ головке емкости 0.5 – 1 мкФ.

Рис. 7 Симуляция: АЧХ трёх полосного монитора.
Рис. 7 Симуляция: АЧХ трёх полосного монитора.
Рис. 8 Симуляция: Входное сопротивление трёх полосного монитора.
Рис. 8 Симуляция: Входное сопротивление трёх полосного монитора.

На рис .8 показан результат симуляции зависимости от частоты входного сопротивления громкоговорителя. Минимальное значение входного сопротивления составляет 6 Ом на частоте 140Гц.

Рис. 9 Симуляция: Передаточные характеристики фильтров кроссовера.
Рис. 9 Симуляция: Передаточные характеристики фильтров кроссовера.

На рис.9 показан результат симуляции передаточных характеристик фильтров кроссовера. Частоты раздела 600 и 4000 Гц. На частоте раздела 600 Гц сформированы спады АЧХ второго порядка Линквица - Рейли, требующие противофазного включения динамиков. На частоте раздела 4000 Гц – четвертый порядок по Линквицу-Рейли.

Средства измерений и проектирования, которыми я располагаю, дают вполне удовлетворительную достоверность результатов симуляции входного сопротивления и передаточных характеристик фильтров, а с результатами симуляции АЧХ дело обстоит несколько сложнее. Применительно к данному проекту я имею в виду в первую очередь ошибки в определении положения акустических центров динамиков по глубине (по координате Z) и ошибки в вычислении ФЧХ методом Боде-Гильберта. В связи с этим схему кроссовера после симуляции приходится корректировать, как минимум два раза, – по результатам измерений и по результатам прослушивания.

На рис. 10 показана схема кроссовера с корректировками по результатам измерений. В кроссовере используются конденсаторы и катушки фирмы MUNDORF начального уровня. На рис.11 показаны две АЧХ монитора - симулированная и измеренная микрофоном по оси ВЧ головки на расстоянии 1м в комнате. Измеренная АЧХ усреднена в интервале 0.2 октавы. Измеренная и симулированная АЧХ имеют расхождения. Кроме причин расхождения, которые изложены выше, нужно еще принять во внимание влияние комнаты. При измерениях скользящим тоном на расстоянии 1м микрофон фиксирует прямой и отраженный сигнал.

Рис. 10 Схема кроссовера трёх полосного монитора.
Рис. 10 Схема кроссовера трёх полосного монитора.
Рис. 11 Симулированная и измеренная в комнате АЧХ монитора.
Рис. 11 Симулированная и измеренная в комнате АЧХ монитора.

Измеренная в комнате АЧХ в сравнении с симулированной (рис.11) позволяет составить вполне адекватное представление о стоячих волнах и отражениях от пола. Например, стоячая волна между полом и потолком дает ярко выраженный пик на частоте 55 Гц, имеются также пики на частотах 110 и 220 Гц. Мне кажется, что пытаться устранять эти неравномерности АЧХ путем переделки кроссовера не имеет смысла. В области средних и высоких частот по результатам измерений не всегда удается получить представление о тональном балансе громкоговорителя, которое необходимо для корректировки кроссовера. В формировании восприятия тонального баланса участвует прямой и отраженный звук. Соотношение между прямым и отраженным звуком зависит от акустических свойств помещения и диаграммы направленности громкоговорителя. Некоторое представление об этом можно получить с помощью результатов измерений, показанных на Рис 12 и 13.

На рис. 12 показано семейство пяти АЧХ монитора, измеренные в комнате на расстоянии 1м вдоль оси ВЧ динамика и под углами + - 5градусов , +- 10 градусов в вертикальной плоскости.

Рис. 12 Семейство АЧХ, измеренные по оси и разными углами по вертикали.
Рис. 12 Семейство АЧХ, измеренные по оси и разными углами по вертикали.
Рис. 13 Усреднение по амплитуде АЧХ, измеренных под разными углами в вертикальной плоскости.
Рис. 13 Усреднение по амплитуде АЧХ, измеренных под разными углами в вертикальной плоскости.

На рис.13 показан результат усреднения по амплитуде (RMS) АЧХ, измеренных под разными углами для двух мониторов, что дает представление о разбросе АЧХ в паре. Соотношение прямого и отраженного излучения в точке прослушивания по сравнению с измерениями на расстоянии 1м меняется в сторону увеличения отраженных сигналов, в дальнейших корректировках придется полагаться на прослушивание. Мои впечатления от прослушивания в части тонального баланса мониторов вполне положительные, устранять провал АЧХ в области средних частот, мне кажется, не нужно, пока не получены замечания от нескольких экспертов. Я привык с опасением относиться к своим впечатлениям от прослушивания, полагая, что крайне трудно объективно оценивать собственные поделки, а в настоящее время добавилась еще возрастная потеря слуха. Было принято решение провести измерения в точке прослушивания, поставив мониторы на басовые модули и укрепив микрофон на спинке дивана (Фото 3).

Рис. 14 АЧХ мониторов, измеренные в точке прослушивания2,5м 2,83В
Рис. 14 АЧХ мониторов, измеренные в точке прослушивания2,5м 2,83В

На рис. 14 показаны АЧХ мониторов, измеренные в точке прослушивания на расстоянии 2.5 м. АЧХ, показанные на рис. 14, свидетельствуют о том, что для прослушивания в моей комнате заниматься провалом в районе 3500 Гц нецелесообразно, а желательно снизить уровень звукового давления в полосе 1500 -2500 Гц. По моей просьбе мониторы прослушали не менее 10 любителей, были высказаны разные мнения, но никто не отметил необходимость корректировки АЧХ в области верхней середины. В заключение выскажу свое мнение о качестве звучания мониторов. Высокое разрешение, приемлемый тональный баланс с небольшим акцентом на средние частоты и хорошую локализацию КИЗ можно отнести к достоинствам, хотя относительно тонального баланса это спорно. Основной недостаток – заметность искажений на уровнях звукового давления более 87 дБ в точке прослушивания. Мне кажется, что повышенная заметность искажений связана с быстрым их ростом по мере повышения уровня входного сигнала. Ухо очень остро реагирует на переход от чистого звука с высоким разрешением, к загрязненному звуку, поскольку рост искажений сопровождается множеством неприятных для восприятия эффектов, в том числе потерей разрешения и ухудшением локализации КИЗ.

Рис. 15 Варианты согласования басового модуля и монитора.
Рис. 15 Варианты согласования басового модуля и монитора.
Рис. 16 Симуляция АЧХ совместной работы динамиков H1209 и RS180S.
Рис. 16 Симуляция АЧХ совместной работы динамиков H1209 и RS180S.

В процессе разработки четырех полосного громкоговорителя были рассмотрены два варианта сопряжения басового модуля и монитора с помощью активных фильтров, схемы которых показаны на рис 15. Симуляция показывает, что оба варианта, условно названные “противофазный” и “синфазный” позволяют получить практически одинаковые АЧХ, которые показаны на рис.16. Прослушивание обнаруживает заметную разницу в воспроизведении низких частот. Замечу, что первое сравнение на слух вариантов согласования проводилось на даче, в помещении, где практически отсутствуют стоячие волны и где на характер звучания низких частот оказывают влияние только отражения от пола. “Синфазный” вариант показался мне существенно лучшим по звучанию. Это было особенно заметно при воспроизведении ударных инструментов. Звук барабана в “синфазном” варианте казался более собранным и энергичным, общий характер звучания был слитным. В “противофазном” варианте слитность звучания была значительно хуже, звучание низкого баса как бы отрывалось от всего остального. Техническая интерпретация впечатлений от прослушивания связана с групповым временем задержки фильтров, которое при низких частотах раздела становится реально слышимым фактором. Более наглядная интерпретация получается с помощью импульсных характеристик. На рис.17 показаны импульсные характеристики “синфазного” и “противофазного” вариантов согласования. Разница в импульсных характеристиках достаточно наглядна и в комментариях не нуждается. Остается принять решение о выборе варианта согласования для четырех полосного громкоговорителя. “Синфазный” вариант имеет преимущество в части воспроизведения басов, но его существенный недостаток состоит в том, что на басовый динамик монитора попадает весь спектр низкочастотного сигнала, что приводит к росту искажений, связанных с увеличением амплитуды колебаний звуковой катушки. “Синфазный вариант” предъявляет более жесткие требования к басовому динамику монитора. “Противофазный” вариант эффективно разгружает басовый динамик монитора от самых низких частот, что приводит к заметному уменьшению искажений. При выборе варианта согласования стоит принять во внимание также влияние помещения, которое может сильно уменьшить заметность преимуществ воспроизведения басов, свойственных “синфазному” варианту. Мне показалось, что для монитора, который рассмотрен выше, можно принять “синфазный” вариант согласования с басовым модулем, поскольку искажения в области нижней середины не являются существенным ограничением при его использовании.

Рис. 17 импульсные характеристики синфазного и противофазного включения динамиков SEAS Н1209 и DAYTON RS180S.
Рис. 17 импульсные характеристики синфазного и противофазного включения динамиков SEAS Н1209 и DAYTON RS180S.

Следующий монитор, оказался более пригодным для “противофазного” варианта согласования с басовым модулем. Внешний вид макета монитора, установленного на басовом модуле, показан на фото 4. Чертеж корпуса монитора показан на рис.18. Корпус монитора изготовлен из МДФ толщиной 24 мм, он выглядит несколько массивнее предыдущего. В качестве басового динамика в этой конструкции используется Tang Bang W6 – 1559S.

Рис. 18 Корпус монитора.
Рис. 18 Корпус монитора.

Динамическая головка W6-1559S имеет звуковую катушку диаметром 75мм, в данных изготовителя указана индуктивность звуковой катушки 0.32 мГн. К сожалению, при измерениях обнаружилось, что индуктивность звуковой катушки 0,9 мГн. Остальные параметры соответствовали данным изготовителя. С этим динамиком пришлось еще основательно повозиться при установке в корпус. Посадочное место под динамик было изготовлено тщательно и точно, но никак не удавалось поставить динамик. Оказалось, что соединение нейлоновой корзины и усиливающего металлического кольца выполнено со смещением. Пришлось на двух динамиках обрезать участки нейлоновой корзины, выступающие за пределы металлического кольца. В процессе выполнения этой операции сожаления об отсутствии в России дилера по продаже продукции Tang Bang плавно угасли. Динамическая головка для средних частот D75MX-41-08 оказалась определяющей в звуковом подчерке этого монитора. Мягкий купол динамика D75MX-41-08 дает легкую специфическую окраску звука, которая, как мне кажется, не мешает хорошо передавать звучание женского вокала. Здесь уместно привести высказывание одного из любителей, который прослушивал мониторы. “Играет грязно, но грязь сильно не раздражает, она почти музыкальная”. Для высоких частот был выбран ленточный Neo CD3.

Рис. 19 АЧХ динамиков TB1559, D75, CD3.
Рис. 19 АЧХ динамиков TB1559, D75, CD3.
Рис. 20 Сопротивление динамиков TB1559, D75, CD3.
Рис. 20 Сопротивление динамиков TB1559, D75, CD3.

АЧХ динамиков, установленных в корпус, показаны на рис.19. АЧХ измерены вдоль оси динамиков на расстоянии 1м при напряжении 2.83В. Результаты измерений усреднены в интервале 0,2 октавы. На рис. 20 показаны результаты измерения зависимостей от частоты входных сопротивлений TB1559, D75 и CD3. Данные измерений АЧХ и входных сопротивлений использовались для симуляции фильтров кроссовера с помощью программы Lsp CAD. При симуляции по координате Z были приняты следующие расстояния: TB1559 – 30mm, D75 – 0, CD3 – 6mm. Для удобства сравнения файлы из Lsp CAD транслировались в LMS, что позволило выводить на экран одновременно результаты измерений и симуляции в одном формате. На рис. 21 показан результат симуляции АЧХ монитора вдоль оси ВЧ динамика на расстоянии 2.5 м при входном напряжении 2.83 В. Частоты раздела выбраны соответственно 800 и 5000 Гц. Поскольку купольная головка дает излишнюю яркость звучания на средних частотах, АЧХ придана форма, которая имеет тенденцию к небольшому провалу в середине.

Рис. 21 Результат симуляции АЧХ монитора.
Рис. 21 Результат симуляции АЧХ монитора.
Рис. 22 Симуляция: Зависимость от частоты сопротивления монитора.
Рис. 22 Симуляция: Зависимость от частоты сопротивления монитора.

На рис.22 и 23 показаны зависимость от частоты входного сопротивления и передаточные характеристики фильтров кроссовера. При симуляции спады АЧХ динамиков по возможности подгонялись к форме спадов фильтров Линквица – Рейли четвертого порядка. Все динамики включены в фазе. Электрическая схема кроссовера показана на рис.24. На рис.25 показаны в сравнении симулированная АЧХ и АЧХ монитора, установленного на подставку в середине комнаты, измеренная на расстоянии 1м при напряжении 2.83 В. Данные симуляции и измерений имеют наиболее существенное расхождение в интервале частот 3500 – 6000 Гц, где сильнее всего сказываются ошибки в вычислении ФЧХ и определения задержек.

Рис. 23 Передаточная характеристика фильтров кроссовера.
Рис. 23 Передаточная характеристика фильтров кроссовера.
Рис. 24 Схема кроссовера Monitor TB1559, D75, CD3.
Рис. 24 Схема кроссовера Monitor TB1559, D75, CD3.

АЧХ мониторов, измеренные в точке прослушивания показаны на рис.26. Мониторы при измерении были установлены на басовые модули. Кривые, показанные на рис. 26, позволяют получить некоторое представление о влиянии акустических особенностей помещения на АЧХ громкоговорителей.

Рис. 25 Симулированная и измеренная АЧХ.
Рис. 25 Симулированная и измеренная АЧХ.
Рис. 26 АЧХ мониторов в точке прослушивания.
Рис. 26 АЧХ мониторов в точке прослушивания.

К достоинствам мониторов можно отнести тональный баланс без заметно выраженных акцентов и хорошую локализацию КИЗ. Звучание мониторов можно оценить как удовлетворительное, если характерные особенности подачи звука мягкой купольной головкой в сочетании с ленточной пищалкой не приходят в противоречие с индивидуальными предпочтениями. При увеличении уровня входного сигнала искажения нарастают плавно, что несколько снижает их заметность. В сравнении с “металлическими” мониторами присутствует некоторая окраска звучания, которая может раздражать особо взыскательных слушателей. При сравнительном прослушивании симпатии привлеченных мной экспертов разделились почти поровну с небольшим перевесом в пользу “металлических” мониторов.

В заключении мне хотелось бы поблагодарить всех, кто участвовал в создании громкоговорителей, а именно А.Сухова, В.Кабочкина за помощь в изготовлении электронных узлов, В.Вязникова, выступившего инициатором разработки “металлического” монитора и оказавшего помощь в доводке кроссоверов. Г.Крылова, О.Коржавина за помощь в приобретении комплектующих изделий, С.Агеева за ценные консультации по теоретическим вопросам. Отдельно хочу поблагодарить П. Арановского, Л. Губина, Д. Демьяненко, М.Козлова, О.Коржавина, Ф. Круля, В. Луханина, Mr-Marlen, В. Пронского, Ю.Хохрякова, А. Шубина потративших время на прослушивание четырех полосного громкоговорителя и высказавших замечания, которые позволили мне реалистично оценить результаты работы.

Фото
Фото 1 Макет басового звенаФото 2. Внешний вид макета трех полосного монитораФото 3 Микрофон в точке прослушивания
Лабиринт Рогожина Версия для печати
Написал Konkere   
вторник, 19 Июль 2011

Статья адресуется аудио-любителям и меломанам, увлекающимся самостоятельной сборкой акустических систем и содержит краткие, но исчерпывающие инструкции, которые позволят самостоятельно рассчитать и изготовить лабиринтную акустическую систему по разработанной мной методике и методу сворачивания.
Далее...

Лабиринт Рогожина Версия для печати
Написал Александр Рогожин   
вторник, 19 Июль 2011

Статья адресуется аудио-любителям и меломанам, увлекающимся самостоятельной сборкой акустических систем и содержит краткие, но исчерпывающие инструкции, которые позволят самостоятельно рассчитать и изготовить лабиринтную акустическую систему по разработанной мной методике и методу сворачивания.

Представляю разработанную мной простую и удобную конструкцию АС типа свернутый лабиринт, он же «четвертьволновой резонатор постоянного сечения», он же «резонатор - органная труба», он же «трансмиссионная линия постоянного сечения».

Конструкция хорошо зарекомендовала себя простотой расчета и изготовления, высокой жесткостью корпуса, быстрым и четким воспроизведением нижнего и верхнего НЧ диапазона, без эффекта «одной ноты» характерного для НЧ оформлений, основанных на классических ФИ-резонаторах Гельмгольца/Альберта Тураса, которые представляют собой механический резонатор, основанный на упругой пульсации давления воздуха внутри АС, тогда как лабиринт представляет собой акустический четвертьволновой резонатор. Дополнительными преимуществами четвертьволновых резонаторов перед классическим ФИ являются ламинарность потока воздуха на выходе порта резонатора и малость его скорости в канале, что в сумме с большей относительно классических ФИ портов площадью излучения дает полное отсутствие турбулентных призвуков на любых уровнях громкости и на порядок меньший, так называемый, room-gain – резкое увеличение амплитуды излучаемого АС звука на частотах, совпадающих с основным геометрическим резонансом помещения. Также к достоинствам можно отнести абсолютную стабильность характеристик резонатора и слабую восприимчивость к девиациям параметров динамических головок ввиду низкой добротности резонатора, но при этом также и достаточную свободу в настройке звучания, не смотря на невозможность внесения изменений в собранную конструкцию. Эта возможность достигается путем регулирования добротности резонатора путем заполнения канала различными звукопоглощающими материалами в разных количествах и с разным распределением по каналу.

Итак, АС представляет собой вот такую конструкцию:

Конструкция АС

Основная частота настройки лабиринта зависит от его осевой длинны. Для прямой трубы, без сужений или расширений, она равна частоте звуковой волны, четверть длинны которой соответствует осевой длине канала лабиринта:

L=C/f,

где L – длинна звуковой волны, C=343 м/сек – скорость звука в воздухе при атмосферном давлении, f – частота звука.

Соответственно частота настройки лабиринта (Fp) равна:

Fр=L/4=343/f/4.

Резонанс лабиринта представляет собой сложную функцию с множеством нелинейных параметров и поэтому, ввиду сложности анализа, невозможности плавных изменений параметров настройки канала для эмпирического отслеживания зависимостей, лабиринт долгое время оставался мало-популярным акустическим оформлением, изготавливаемым наугад единичными энтузиастами и фирмами, имевшими возможность позволить себе материалоемкие исследования. Некоторые из них добивались удачных сочетаний параметров в своих конструкциях и такие конструкции ставали легендарными.

Я предлагаю простую и удобную методику расчета, основанную на компьютерном анализе, с помощью бесплатной программы Hornresp, созданной и постоянно совершенствуемой австралийским исследователем рупорных акустических систем Дэвидом МакБином (David McBean). Последние версии программы получили способность расчета не только рупоров – расширяющихся четвертьволновых резонаторов/акустических трансформаторов, но и прямых, постоянного сечения и сужающихся.
Бесплатно скачать программу можно на страничке автора: www.hornresp.net.

Итак, труба имеет не один резонанс, а гармонический ряд резонансов – 1F, 3F, 5F и т.д.

Рис. 2

Если основной резонанс 1F представляет собой основу принципа работы нашей АС и обеспечивает нам необходимые АЧХ и режим работы динамической головки на НЧ, то остальные моды являются в нашем случае побочными и необходимо применить меры для их ослабления. Самую большую амплитуду имеет ближайшая к основному резонансу мода – 3F. Для ее подавления используется смещение положения головки относительно начала трубы на 1/3 ее общей длинны. Благодаря этому внутри канала возникает дополнительная внутренняя стоячая волна, с частотой 1/3 основной частоты настройки лабиринта и в противофазе с модой, возникающей в целом канале. Этот резонанс имеет приблизительно такую же добротность, что и мода основного резонанса вследствие чего они взаимокомпенсируются и на АЧХ лабиринтной АС со смещением в месте, где была бы мода 3F у лабиринтной АС без смещения, может наблюдаться лишь небольшая «ямка» 1-2 дБ:

Рис. 3
 
Рис. 4

Мода 5F имеет на порядок меньший уровень и, как правило, в заполненном лабиринте уже не слышна. Ее можно обнаружить только с помощью микрофона, либо при слабом заполнении канала или его отсутствии. Моды более высоких порядков при правильно заполненном канале исчезают полностью. Заполнение необходимо для использования лабиринта как АО для динамических головок, работающих не только в НЧ, но и в СЧ диапазоне. Для лабиринтов, проектируемых и используемых в качестве сабвуферов, при правильном расчете и корректной фильтрации звукового сигнала, заполнение канала не требуется ввиду того что нежелательные моды 5F и выше, оказываются за пределами рабочего диапазона частот, а лабиринт без заполнения имеет более высокую эффективность.

Опытным путем получено оптимальное количество заполнения – это сильно распушенная вата или синтепон, равномерно распределенные по четырем верхним коленам АС. Два нижних колена свободны. Весь канал изнутри оклеивается войлоком или плотным ватином толщиной до 5 мм. Толщина материала учитывается при проектировании чертежа АС и сечение канала должно быть увеличено, относительно расчетного, на площадь, занимаемую материалом. Не оклеенным можно оставить нижнее колено, если отверстие порта планируется оставить открытым и эта часть канала будет видна через него.

Форму канала по возможности нужно стремиться привести к «золотому сечению»: 1 к 1,6. Внутренние стоячие волны, возникающие между параллельными стенками такого канала будут взаимокомпенсироваться на основных частотах.

Рис. 5

Применение треугольного канала также позволяет снизить потенциальные проблемы с внутренними паразитными резонансами канала, что влечет за собой соответственно необходимость проектирования чуть более сложной конструкции, чем описываемая в этой статье как базовая. Следует помнить, что треугольный канал так же не является гарантией отсутствия побочных резонансов, так как при определенных соотношениях сторон резонансы в нем все же могут возникать, вследствие чего он так же подлежит внутренней оклейке звукопоглощающими материалами, но в большинстве случаев он работает прекрасно и даже позволяет сделать достаточной оклейку только двух сторон. Прекрасный способ компактного сворачивания треугольного канала был изобретен и опробован в его АС Владимиром Сабуровым из города Ужгорода. Его АС зарекомендовали себя как уникальные не только по конструкции, но и по звучанию полочные АС на широкополосных динамиках венгерской фирмы SONIDO.

Рис. 6Рис. 7

Лабиринты с треугольным каналом и каналом золотого сечения это то, чего принципиально лишены упрощенные лабиринтные АС с сужающимся каналом, часто именуемые «трансмиссионными линиями».

Рис. 8

АС такого типа, не смотря на заявляемую производителями повышенную устойчивость к возникновению резонансов в канале ввиду использования наклонной перегородки, по понятным причинам не обращают внимания потребителя на то, что две другие стенки остаются при этом параллельными на протяжении всего хода канала и их резонансы ничем кроме заполнения не компенсируются. Такие АС, как правило, изготавливаются с целью получить как можно более низкую граничную частоту при максимально компактных габаритах АС, т.к. сужающаяся форма канала позволяет получить акустическую частоту резонанса трубы ниже частоты, соответствующей фактической осевой длине канала, в дополнение к этому такие АС, как правило, туго наполнены звукопоглощающим материалом. Эти меры в сумме дают возможность удивить потребителя крайне низкими частотами, легко воспроизводимыми достаточно компактными АС, но к сожалению при такой философии конструкции, страдает качество воспроизведения низких частот в плане динамики, так как снижение скорости звука в таком канале негативно сказывается на передаче импульсного сигнала такими АС и ведет к ухудшению субъективной «скорости» баса.

Для АС предназначенных для работы в качестве сабвуфера применение золотого или треугольного сечения канала вторично, так как его внутренние резонансы оказываются, как правило, выше рабочего диапазона частот такой системы, но при возможности соблюсти эти правила лучше ими воспользоваться, так как любая звуковоспроизводящая система тем лучше, чем она более линейна, а частоты резонансов канала, хотя и расположены выше основного рабочего диапазона сабвуфера, но с небольшим уровнем электрические сигналы, им соответствующие, все равно могут поступать в звуковую катушку динамика, также как и могут попадать в канал, в виде отраженного звука, излучаемого основными АС системы, что может приводить к появлению дополнительных нежелательных призвуков, которые в разных случаях могут быть, как незаметны, так и все же вносить дополнительную окраску в звучание.

Для того чтобы наш лабиринт корректно работал в целевом помещении, при проектировании необходимо учитывать место его будущей установки и геометрический размер помещения прослушивания. Для этого при выборе геометрии канала и желаемой АЧХ в окне ввода параметров необходимо выбрать необходимую плоскость излучения будущей АС. Как правило – это либо полупространство, 2Pi , либо свободное поле – 4Pi. Рассчитывать АС под работу в полупространство необходимо, если планируется устанавливать ее под стеной, на полу, на книжной полке, на большом столе и т.д., что обычно соответствует 99% случаев. Рассчитывать же АС под работу в свободном поле необходимо, если планируется установка АС вдали от стен, на стойках и т.д.

Если при проектировании не используется реально снятая АЧХ головки в известных условиях, то выравнивать уровень нижнего края АЧХ нужно в соответствии с уровнем теоретической характеристической чувствительности динамической головки “reference SPL”, которая автоматически высчитывается при снятии параметров Тилля-Смолла и представляет собой уровень создаваемого головкой звукового давления в полупространство при установке ее в условно бесконечный щит и подведении к ее катушке напряжения значением 2,83В, в диапазоне частот, соответствующих поршневому режиму. Как правило, реальная форма АЧХ головки отличается от теоретической из-за волновых процессов в диффузоре, по этому, сняв ее с помощью микрофона, можно спроектировать АС более точно, с учетом реальных особенностей АЧХ конкретного динамика. Возможно для создания сбалансированного общего тембрального баланса системы, это окажется более низкая, либо более высокая настройка и с немного другим уровнем добротности основного резонанса, отличающимся от такового в оптимальной настройке, построенной на базе исключительно параметров Тилля-Смолла. Для сабвуферов эта проблема не актуальна, так как в «сабвуферном» диапазоне частот головки работают, как правило, только в поршневом режиме и отклонения фактических значений чувствительности от полученных путем снятия параметров Т/С минимальны, тогда как для построения АС в которой головка нагруженная на лабиринт планируется как НЧ/СЧ или ШП излучатель для получения полностью сбалансированной конструкции предварительное снятие реальной АЧХ головки и учет ее формы во всем рабочем диапазоне частот желательно.

Для того чтобы не получить излишнего подъема АЧХ в районе геометрического резонанса помещения прослушивания, выражающегося в неприятном «гудении» АС на определенной низкой частоте, соответствующей стоячей волне образующейся между параллельными стенами находящимися за АС и за спиной слушателя, при выборе формы АЧХ будущей АС на НЧ необходимо учесть частоту этого резонанса и его амплитуду. Для этого необходимо измерить расстояние между этими стенами и разделить скорость звука в воздухе при атмосферном давлении С=343 м/с на расстояние между стенами в метрах и на 2:

Fрезонанса помещения = С/Lмежду стенами/2= 343/Lмежду стенами/2.

Пример: стандартная малогабаритная комната размерами 3х4 метра. АС планируется ставить вдоль короткой стены, место прослушивания располагается ближе к противоположной короткой стене. Находим основной резонанс помещения такой системы:

Fрп=343/4/2=42,875 Гц.

Для помещения средней акустической заглушенности – обои, минимум мебели, ковров, спад АЧХ акустической системы, для того чтобы резонанс помещения не искривил расчетную АЧХ на НЧ, а дополнил ее, должен иметь значение порядка -10дБ от базового уровня характеристической чувствительности АС на частоте 43 Гц.

Фактическое значение подъема сильно зависит от расположения АС, слушателя и предметов обстановки. Среднее значение представляет собой 10дБ.

Некоторые рекомендации по выбору динамических головок.

Для лабиринта прямого сечения стандартными являются такие средние значения полной добротности головок, Qts:

  • До 5” – 0,5 и выше;
  • 6-8” – 0,4-0,5;
  • 10-12” – 0,4;
  • 15-18” – 0,3-0,4.

Частота собственного резонанса может быть любой для любого из размеров динамической головки, но стоит учитывать то, что опускаясь вниз по полосе воспроизводимых частот, мы повышаем также и требования к головке по объемному смещению, другими словами – чем ниже мы опускаем эффективную рабочую полосу АС, тем сильнее должен будет двигаться наш диффузор. Таким образом легко столкнуться с такой проблемой, как, скажем, 6” динамик, обеспечивающий прекрасные параметры и легко воспроизводящий полосу, например от 30Гц по уровню -3дБ от средней чувствительности, будет исчерпывать линейный ход подвижной системы уже при подведении к нему 5 Ватт, тогда как термический запас мощности его катушки может составлять десятки или даже сотни Ватт, которые останутся невостребованными. А мы в свою очередь получим АС, имеющую прекрасную АЧХ, способную играючи воспроизводить фантастически низкие для динамика такого размера частоты, но имеющую неудовлетворительную перегрузочную способность и как следствие чрезмерно искаженный динамический диапазон. Характерным примером такого динамика является динамик, устанавливаемый в легендарные акустические системы ProAc Response, с просьбой о расчете лабиринта для которого ко мне неоднократно обращались аудио-любители. Моделирование лабиринта для него легко показывает, что на его базе можно создавать очень интересные конструкции АС, позволяющих обойтись без сабвуфера, но не предназначенные для прослушивания на высоких уровнях громкости.

Так же при выборе параметров головки стоить иметь ввиду, что лабиринт ввиду принципа своей работы не создает увеличения значения частоты собственного резонанса головки при установке в него, как происходит во всех компрессионных типах АО, так как не смотря на неплохое демпфирование диффузора вблизи частоты настройки он не создает дополнительного упругого сопротивления для подвижной системы динамика. Частота собственного резонанса динамика при установке в лабиринт не увеличивается, а снижается, ввиду присоединения к ней массы воздуха находящегося в канале. Коэффициент снижения зависит от конкретной реализации резонатора и сочетания его параметров с параметрами головки и может достигать 1,5 раз.

Исходя из практики, в качестве некоторого ориентира в выборе резонанса динамика и нижней воспроизводимой частоты для создания лабиринтной АС с хорошей эффективностью в соответствии с номинальным размером динамических головок можно порекомендовать такие крайние значения собственного резонанса подвижной системы в свободном поле, Fs:

  • До 5” – 60Гц и выше;
  • 6-8” – 40-60Гц;
  • 10-12” – 25-35Гц;
  • 15-18” – 20-30Гц.

Использовать динамики и проектировать АС, с резонансными частотами ниже указанных можно. Платой за это будет снижение эффективности и энергоемкости таких АС. В определенных случаях это может быть оправданно, но должно делаться исключительно осознанно и с пониманием количественных значений такого размена.
Использовать динамики и проектировать АС с резонансными частотами выше указанных также можно. Это будут АС повышенной эффективности, с хорошими импульсными характеристиками и повышенной динамикой. Сложности могут возникать с геометрической реализацией относительно большой площади сечения канала при его относительно малой осевой длине, что может повлечь за собой применение нестандартных методов сворачивания, вплоть до неосуществимости. В случае задачи получения АС с максимальной динамикой, без необходимостей максимального уменьшения габаритов и воспроизведения максимально низких частот, возможно лучше стоит обратить внимание на конструкции типа «фронтальный рупор», которые будут обладать еще большей энергоемкостью и эффективностью, хотя и на несколько порядков более сложны в расчете конструировании.

Значение эквивалентной упругости подвеса VAS и массы подвижной системы Mmd/Mms жестко связано с параметрами Qts и Fs. Основным критерием для выбора кандидата в лабиринтную АС служат параметры Qts и Fs, но при этом все же нужно следить, чтобы значение VAS у выбранной головки не получалось слишком большим, так как требования к линейному ходу подвижной системы в лабиринтной АС выше, чем для закрытого корпуса или фронтального рупора и слишком мягкая головка будет легко перегружаться. Обычно это происходит у головок с избыточно низким значением собственного резонанса для своего номинального размера, при все еще относительно небольшой массе подвижной системы, что было бы подарком для использования в ЗЯ или ФИ, где резонансная частота головки при установке в АО значительно поднимается. Это легко видно по графику смещения диффузора в программе Hornresp. Так, например, оптимальным для ориентированных на работу в «сабвуферном» диапазоне воспроизводимых частот динамиков размером 10-12” оптимальное значение VAS оказывается в пределах 70-100 литров.

Итак, параметры, которые необходимы для расчета лабиринтной АС прямого сечения с использованием компьютерной программы Hornresp:

  1. Fs – собственная резонансная частота подвижной системы динамика в свободном поле.
  2. Re – сопротивление звуковой катушки динамика постоянному току.
  3. VAS – эквивалентный объем воздуха, соответствующий упругости подвижной системы головки.
  4. Qms – значение механической добротности резонанса подвижной системы.
  5. Qes – значение электрической добротности резонанса подвижной системы.
  6. Sd – эквивалентная эффективная площадь излучения диффузора.
  7. Le – желательный, но не необходимый для расчета параметр, определяющий значение индуктивности звуковой катушки динамика, при подведении к ней электрического синусоидального сигнала частотой 1 кГц.
  8. Значение максимально подводимой долговременной мощности динамика.
  9. Xmax – максимальный линейный ход подвижной системы головки.

Остальные параметры, такие как BL, Qts и другие высчитываются программой автоматически и ручного ввода не требуют.

Расчет лабиринтной АС прямого сечения с использованием программы компьютерного моделирования акустических четвертьволновых резонаторов и рупорных систем «Hornresp».

Внимание: ранние версии программы не имеют возможности введения отрицательного и нулевого коэффициента расширения канала и не имеют возможности включения режима «offset» - моделирования смещения головки относительно начала канала резонатора и не могут быть использования для проведения нижеописанного расчета, поэтому настоятельно рекомендуется перед началом работы скачать последнюю версию программы со странички автора: www.hornresp.net.

  1. Скачиваем программу и инсталлируем ее на свой компьютер
  2. Запускаем симулятор с помощью файла hornresp.exe
  3. Внизу окна нажимаем кнопку Add для того чтобы создать новую страничку проекта.
  4. Дважды «кликаем» по значению 0,5 x Pi в окне Ang до получения необходимого пространства излучения: 2,0 x Pi - полупространство или 4,0 x Pi - свободное поле.
  5. В нижней части окна задаем равными «0» параметры: Vrc, Lrc, Fr, Tal, Vtc, Atc. Это параметры задней и предрупорной камер для расчета рупорных систем. В нашей конструкции эти элементы не используются и в расчете не участвуют, поэтому должны быть отключены.
  6. Дважды «кликаем» на надписи Exp в строке верхней части окна, где расположены параметры S2, S3, F23, до получения надписи Con. В верхней строке, где указываются параметры S1, S2, F12, так же должно стоять значение Con. Этим мы задаем тип двух сегментов, которые у нас будут использоваться в расчете – «конический сегмент».
  7. Заходим в Tools/Driver Arrangement. Ставим маркер напротив надписи «Offset Driver». Этим включаем режим «смещенного динамика». Первый сегмент модели, соответствующий строке с параметрами S1, S2 и F12 будет являться сегментом, соответствующим участку канала от диффузора головки до закрытого конца трубы. Вторым сегментом модели, соответствующим участку канала от диффузора головки до открытого выхода трубы - «порта», будет являться сегмент, соответствующий строке с параметрами S2, S3 и F23.
  8. Задаем значения сечения всех сегментов канала: S1, S2, S3, равными эквивалентной эффективной площади диффузора применяемой головки: Sd. Это ориентировочное значение, наиболее часто соответствующее оптимальному сечению канала для головок с диапазоном параметров, рекомендованных мной выше. С него удобнее всего начинать расчет системы.
  9. Ставим начальные значения осевой длинны Con для сегментов S1-S2 и S2-S3. Длинна сегмента S2-S3 должна быть в два раза больше длинны сегмента S1-S2. Удобно начинать расчет со значений:
     Для сабвуферов:Для мидбасов:
    Con (1) = 10050
    Con (2) = 200100
  10. Вводим значение полного электрического сопротивления звуковой катушки динамика постоянному току – Re (Ом), в верхнем правом углу нижней части окна программы.
  11. Вводим значение эквивалентной эффективной площади диффузора применяемой головки – Sd (кв. см.), в верхнем левом углу нижней части окна программы.
  12. Вводим, если известно, значение индуктивности звуковой катушки динамика, при подведении к ней электрического синусоидального сигнала частотой 1 кГц (миллигенри). Если значение этого параметра не известно, вводим его равным «1».
  13. Дважды «кликаем» на значении параметра Cms – механическое сопротивление подвеса диффузора в (м/ньютон). Программа спросит вас о вашей уверенности в правильности введенного значения Sd – эквивалентной эффективной площади излучения диффузора (кв. см). Если уверены, нажимаем «Да» и в появившемся следующем окне вводим значение параметра VAS – эквивалентного объема воздуха в литрах, соответствующего упругости подвижной системы головки. Если не уверены, нажимаем «Нет» и корректируем введенное значение Sd.
  14. Дважды «кликаем» на значении параметра Mmd – механическая подвижная масса диффузора и звуковой катушки динамика в граммах. Программа спросит вас о вашей уверенности в правильности введенного параметра Sd – эквивалентной эффективной площади излучения диффузора и полученного перед этим значения параметра Cms. Если уверены, нажимаем «Да» и в появившемся следующем окне вводим значение параметра Fs – собственной резонансной частоты подвижной системы динамика в свободном поле (Гц). Если не уверены, нажимаем «Нет» и корректируем введенное значение Sd и полученное значение Cms.
  15. Дважды «кликаем» на значении параметра Bl – значение индукции в зазоре магнита динамика, умноженное на длину звуковой катушки (тесла/м). Программа спросит вас о вашей уверенности в правильности полученного параметра Cms – механического сопротивления подвеса диффузора и введенного значения Re – сопротивления звуковой катушки динамика постоянному току. Если уверены, нажимаем «Да» и в появившемся окне вводим значение параметра Fs – собственная резонансная частота подвижной системы динамика в свободном поле (Гц). Снова нажимаем «Да» и в третьем появившемся окне вводим значение параметра Qes – электрической добротности резонанса подвижной системы в безразмерной величине.
  16. Дважды «кликаем» на значении параметра Rms – механическое сопротивление подвеса диффузора динамика (ньютон. сек/м). Программа спросит вас о вашей уверенности в правильности полученного значения параметра Cms. Если уверены, нажимаем «Да» и снова вводим значение Fs – собственная резонансная частота подвижной системы динамика в свободном поле. Если перед этим все было сделано правильно, то значение Fs в появившемся окне будет уже введено и будет соответствовать введенному вами, перед этим и вам останется только его проконтролировать повторно и нажать «Да». После этого в следующем появившемся окне вводим значение параметра Qms – механической добротности резонанса подвижной системы динамика в безразмерной величине.
  17. Ввод параметров окончен. Еще раз проверьте полученные значения, в случае сомнений повторите ввод параметров головки и канала. После этого введите комментарий к своей модели в строке «Comment» и нажмите кнопку «Previous» внизу окна программы. В появившемся окне «Confirm Changes» программа спросит вас о необходимости сохранения параметров вашего проекта. Нажмите «Да» для того чтобы сохранить ваш проект в памяти программы и не испортить исходных значений в ходе последующего процесса оптимизации параметров. Вызвать ваше сохраненное окно можно по номеру проекта, либо по написанному вами комментарию путем пролистывания сохраненных в программе проектов посредством нажатия кнопок «Previous» и «Next», либо через меню поиска: нажмите File/Find... и выберите ваш проект из списка. Можно воспользоваться имеющимся в окне фильтром, если сохраненных проектов у вас много.
  18. Приступаем к моделированию. Нажмите кнопку «Edit» внизу окна для того чтобы надписи значений стали черными – включился режим редактирования проекта (режим редактирования автоматически выключается после перехода между проектами для предотвращения случайного изменения параметров сохраненных проектов в процессе поиска).
  19. Для проведения расчета на базе введенных нами параметров нажимаем кнопку «Calculate» в нижнем правом углу окна программы.
  20. Нажимая «Window» мы можем переключаться между 8 окнами результатов моделирования проекта:
    1. Input Parameters – главное окно ввода параметров, где мы вводим исходные данные.
    2. Schematic Diagram – окно, в котором мы можем проконтролировать вид эквивалентной модели проекта и увидеть суммарный внутренний объем конструкции.
    3. Acoustical Impedance – график акустического сопротивления резонатора, по нему удобно контролировать вид и частоты основных акустических резонансов оформления.
    4. SPL Response – график АЧХ. Изначально мы видим график излучения порта «Default SPL». Мы можем также увидеть суммарную АЧХ излучения порта и прямого излучения головки, а также график только прямого излучения головки. Для этого нажимаем Tools/Combined Response. В появившемся окне видим строчку для ввода значения разницы расстояний до слушателя порта и диффузора динамика – «Path Length Difference», для нашей конструкции это значение равно «0». Для того чтобы увидеть график АЧХ прямого излучения диффузора стираем «0» в строке ввода разницы расстояний и нажимаем «ОК». Если на момент ввода пустой строки мы находились в режиме просмотра излучения порта, то увидим окно излучения диффузора «Direct radiator SPL only». Для того чтобы снова вернуться к окну излучения порта вводим опять пустую строчку. Если мы находились в окне суммированной АЧХ, то ввод пустой строки вернет нас к графику излучения порта «Default SPL».
    5. Electrical Impedance – график электрического импеданса системы. Нажав Tools/Range... попадем в окно «Chart Range», где можем выбрать диапазон значений, отображаемых на графике.
    6. Diaphragm Displacement – теоретический график механического смещения диффузора головки, без учета нелинейностей магнитной системы, при подведении к катушке динамика сигнала с амплитудой, задаваемой в окне ввода исходных параметров «Input Parameters». Изначально там автоматически устанавливается значение 2,83В, соответствующее подводимой мощности 1Вт, при номинальном сопротивлении катушки динамика равном 8 Ом.
    7. Phase Response – график фазы. Зависит от того, какой режим включен в окне SPL Response и при определенном сочетании параметров может показывать «частокол».
    8. Group Delay – график группового времени задержки, ГВЗ. Также как и график фазы зависит от режима отображения, включенного в окне отображения АЧХ. Нажатием Tools/Range... также можно менять отображаемый диапазон значений.
  21. Задача заключается в получении, путем подбора общей суммарной осевой длинны канала и его сечения, с сохранением пропорции длин сегментов 1:2, графиков приблизительно следующего вида:
    1. Формы АЧХ излучения порта:
    Формы АЧХ излучения порта
     
    2. Формы суммарной АЧХ системы:
    Формы суммарной АЧХ системы
     
    3. Формы графика импеданса системы:
    Формы графика импеданса системы

    Графики такого вида свидетельствуют об оптимальных значениях добротности и частоты настройки резонатора для применяемой динамической головки с целью получения ровной АЧХ. Соответствуют системе с каналом, не заполненным звукопоглощающими материалами, и могут успешно использоваться для проектирования сабвуферов или НЧ звеньев либо не предусматривающих последующее заполнение канала, либо наоборот - предусматривающих некоторое последующее занижение добротности системы относительно оптимальной в ходе его заполнения.
  22. Графики следующего вида свидетельствуют о заниженной площади сечения канала относительно площади, соответствующей оптимальной добротности резонатора, дающей ровный график АЧХ при незаполненном канале:
     

    Небольшое занижение площади относительно оптимальной дает снижение ГВЗ системы и как следствие улучшение импульсных характеристик, уменьшение ее КПД и суммарного внутреннего объема. Также может быть полезно при оптимизации формы АЧХ для получения необходимого спада на частоте, соответствующей главной аксиальной моде резонанса целевого помещения. Не рекомендуется проектировать системы с площадью канала, меньшей значения Sd головки более чем в два раза.
  23. Графики такого вида соответствуют системе с площадью канала больше оптимальной, соответствующей оптимальной добротности резонатора, дающей ровный график АЧХ при незаполненном канале:
     

    Система с небольшим теоретическим превышением добротности резонанса может проектироваться для случаев, предусматривающих последующее заполнение канала звукопоглощающими материалами с целью не получить спада АЧХ на частоте настройки после того как канал будет заполнен, спада, который после заполнения характерен для систем, которые изначально имеют оптимальные расчетное сечение и форму АЧХ для незаполненного канала. Как правило, достаточно небольшого запаса добротности, соответствующего подъему АЧХ на частоте настройки не более 1-3 дБ для систем, планирующихся как НЧ-СЧ или ШП. Конечный результат будет зависеть от точности измеренных параметров применяемой головки и плотности заполнения канала. Не рекомендуется проектировать системы с площадью канала, превышающей значение Sd головки более чем в два раза.
  24. Точность настройки на частоту собственного резонанса подвижной системы применяемой головки необходимо контролировать по графику импеданса – симметричность ширины и высоты пиков импеданса говорит о точном совпадении частоты резонанса лабиринта и Fs громкоговорителя при незаполненном канале. Заполнение канала кроме снижения добротности его резонанса дает также и снижение скорости звука в нем, что влечет за собой снижение фактической частоты резонанса. График реального измеряемого импеданса системы при этом может меняться вплоть до полного сглаживания пиков и получения одного плавного подъема в районе частоты настройки. Степень влияния зависит от применяемого материала и плотности заполнения.
  25. Необходимо стремиться к тому, чтобы значение ГВЗ в основном рабочем диапазоне частот системы не превышало 15 мс. Предельно допустимое значение для качественного звучания 20 мс. Оптимальным считается диапазон значений 10-12 мс. При этом значение ГВЗ ниже рабочего диапазона частот большого влияния уже не оказывает, поэтому может иметь значения значительно больше оптимальных для рабочего диапазона, без ущерба качеству звучания. Единственное ограничение – рост значений ГВЗ должен находиться ниже частоты 40Гц, так как на этой частоте наличие призвуков и затянутого звучания наиболее неприятно слуху человека, это связано с психоакустикой.
  26. При выборе геометрии канала, кроме импеданса, АЧХ и ГВЗ необходимо также следить за тем, чтобы максимальное значение смещения диффузора головки в планируемом рабочем диапазоне частот и подводимых мощностей соответствовало значению максимального линейного хода подвижной системы - Xmax, указываемому в паспорте головки. Для этого необходимо контролировать предельный теоретический ход диффузора в вашем проекте. Для этого нужно дважды «кликнуть» на окне ввода значения подводимого в симуляции тестового напряжения – «Eg», где изначально автоматически вводится значение 2,83В, на странице ввода исходных параметров и указать желаемую подводимую мощность к катушке динамика и его номинальное сопротивление. Нажав «ОК» и затем «Calculate» мы получим семейство графиков уже не для стандартного тестового напряжения 2,83В, соответствующего подводимой мощности 1 Вт на нагрузке, сопротивлением 8 Ом, а для напряжения, соответствующего введенным нами мощности и сопротивлению. Как правило, достаточно не превышать значения в 1,5 мм хода на 2,83В. Смягчающими при контроле этого параметра могут служить те обстоятельства что спектр реального музыкального материала имеет, как правило, уже значительный спад к самым низким частотам, а также то, что при конструировании системы с заполнением канала реальное смещение диффузора оказывается значительно ниже значений, видимых нами при теоретическом расчете для незаполненного канала, так как его заполнение оказывает дополнительное сопротивление перемещению воздуха в нем. При проектировании же системы без заполнения видимые значения смещения будут в большой степени соответствовать реальным.
  27. Графики акустического импеданса и фазы в нашем расчете решающего значения не оказывают и носят обще-информационное значение. График фазы может быть полезен в том случае, если лабиринтное НЧ звено не является самым нижним в системе и информация о значении поворота фазы на определенных частотах может помочь будущей сшивке рабочих диапазонов проектируемого лабиринта и следующего звена системы, работающего на более низких частотах.
  28. Сравнить графики двух вариантов расчета удобно нажав правую кнопку мыши на графике в любом окне программы с 3-го по 8-е и нажав «Capture current results». После этого, изменив желаемые исходные параметры и получив новое семейство графиков, мы можем сравнить их с графиками, полученными перед этим – для этого, находясь в любом из окон с 3-го по 8-е, нажимаем Tools/Compare captured. Графики, сохраненные перед этим, будут показаны серым цветом на фоне графиков полученных в текущем расчете. При нажатии «Capture current results» на графике в любом окне программы с 3-го по 8-е все 6 графиков сохраняются автоматически, нет необходимости сохранять каждый график отдельно. После нажатия Tools/Compare captured в любом из 6-и окон все сохраненные графики также отобразятся одновременно сразу на всех 6 графиках.

Проектирование чертежа АС

Корпус может быть выполнен из любых материалов, пригодных, для изготовления обычных АС – фанера, MDF, ДСП, ЛДСП и т.д. Ввиду изначально прекрасной жесткости корпуса, обеспечиваемой такой конструкцией, требования к минимальной толщине используемого материала могут быть несколько снижены, относительно аналогичных требований для классических АС, без существенного ущерба качеству звучания.

Для конструкций с динамическими головками до 12” обычно достаточно толщины материала 16-20 мм.

Важной особенностью изготовления является правильное оформление поворотов. Под словом «повороты» понимаются прямые или скругленные перегородки, устанавливаемые во внутренних углах крепления перегородок канала лабиринта для предотвращения появления избыточной площади сечения канала в местах поворота канала. Расстояние между краем горизонтальной перегородки и поверхностью наклонной перегородки-«поворота» должно быть равно высоте канала на прямых участках. В противном случае в местах поворота канала мы получим эквивалентную форму в виде песочных часов, что в свою очередь вызовет отклонения значений частоты настройки, добротности и соотношения частот основных мод резонатора от закладываемых при расчете прямого канала. Практика показала, что применение наклонных прямых перегородок достаточно для сохранения параметров канала идентичными расчетным. Однако при изготовлении ультимативных конструкций, например наборным способом, перегородки могут быть выполнены и в виде радиальных скруглений, что дополнительно еще увеличит и без того достаточную общую жесткость и вес конструкции и сделает эквивалентную модель канала идеальной.

Суммарная осевая длина канала конструкции представляет собой сумму длин расстояний между передней и задней стенкой АС всех сегментов. Необходимости пересчета длин радиусов поворотов нет.

 

Самый часто задаваемый начинающими лабиринто-строителями вопрос, который возникает после освоения техники расчета в тот момент, когда приходит время создания чертежа:

- Я посчитал отличный по характеристикам лабиринт, но когда начал рисовать чертеж, то оказалось что мой динамик по размерам в него не помещается. Что делать?

Ответ:

  1. Легкий случай:

  2. Тяжелый случай:

Заключение

Спроектированная с учетом этих достаточно простых основных факторов АС очень хорошо и предсказуемо работает в целевом помещении и при отсутствии каких-либо фундаментальных ошибок при проектировании и изготовлении дает возможность легко получить сбалансированную систему АС/помещение, чего крайне сложно добиться при покупке промышленных стандартных АС закрытого или фазоинверсного типа любого ценового диапазона. Достоинства четвертьволнового лабиринта как акустического резонатора, альтернативного распространенному ввиду простоты и дешевизны резонатору Гельмгольца/Альберта Тураса, неоспоримы объективно и оценены по достоинству многими зарубежными и отечественными аудио-любителями и профессионалами. Правильно спроектированный лабиринт представляет собой промежуточное звено между компактными классическими домашними АС с ФИ, которые легко воспроизводят достаточно низкие частоты, но с узким динамическим диапазоном, малой эффективностью, низким качеством и сильной подверженностью негативному влиянию резонансов помещений и рупорными АС, имеющими широчайший динамический диапазон, очень высокую эффективность и слабую чувствительность к особенностям помещений, но не имеющими возможности воспроизводить самые низкие частоты и имеющими достаточно большие размеры корпусов, чем часто отпугивающие аудио-любителей. Лабиринт, в свою очередь, позволяет достаточно легко и эффективно получить практически любую необходимую нижнюю границу воспроизводимых частот, даже ниже частоты собственного резонанса в свободном поле применяемого динамика, с хорошим качеством звучания и разборчивостью, на порядок меньшим влиянием мод помещения и размерами, хотя и чуть большими, чем у классических АС с ФИ, но значительно меньшими, чем у рупорных АС, а так же характеризуется значительно более простым устройством и изготовлением.

Некоторые отзывы. Публикуются с разрешения авторов:

Максим, г. Николаев. Звук открыт, нет такой зажатости как в ЗЯ. Скорость и точность воспроизведения барабанов если и хуже ЗЯ/вариовента то это с лихвой компенсируется тем что звук куда натуральнее. Бочка - она же большой барабан звучит как на параде идеально! Нет звука ФИ который в любом исполнении увеличивается roomgain`ом. В ФИ частота настройки четко слышна. (…) Мидбас тоже хорош. Глубина баса ничуть не хуже ФИ, но сначала прослушивания кажется обратное т.к. нет горба на частоте настройки ФИ.
  
Вячеслав, г. Москва. Характер баса понравился, от этой головки я не ожидал столь приятных результатов, хотя знаю ее звук наизусть. (...) Вибраций стенок не заметил вообще, конструкция очень жесткая несмотря на толщину материала. (…) Погонял синус из True RTA - давит (страшно сказать) от 25 Гц. Это очень низко и совпало с моделированием в Hornresp, которое делал Александр. Ходы диффузора на столь низких частотах очень маленькие. Полочка на слух ровная до 70 Гц, разные частоты синуса имеют одинаковую громкость. Не удалось пока обнаружить взаимодействия с комнатой, комнатные стояки он как-то чудесным образом обходит, не знаю почему (...) Хорошо "растворяется", локализации нет вообще, полное ощущение, что басит фронт. Можно даже сказать, что сам этот саб вообще не слышно, а бас системы при этом углубляется. Нет как бы привязки баса конкретно к этому ящику, бас просто есть, непонятно откуда идущий и везде. (…) Хорошая, штука, пилил не зря, это точно максимум, который можно выжать из этой авто-головки. Затраты на эксперимент 1300 рублей плюс 10 часов работы. Если есть правильный расчет и немного терпения, то результат не разочарует.
  
Дмитрий, г. Петрозаводск. Послушал, и меня очень порадовало то, что комнатные стояки он действительно обходит. Бас равномерно наполняет всю комнату. И действительно есть такое ощущение, будто басят сателлиты, а не сабвуфер.
  
Ян, г. Мариуполь. Собрал пару малышей на Morel Tempo, слушаю - не нарадуюсь. Звук чудесный, низов, как ни странно вполне хватает. Я в шоке, нет слов, откуда???
  
Владимир, г. Ужгород. Пробовал уйти от обычного сечения канала к треугольному преследуя несколько целей:
  • убрать резонансы между параллельными стенками и уменьшить тем самым необходимость в заполнителе, сохранив динамичный нижний регистр,
  • получить компоновку, позволяющую 150см лабиринта уместить в "полочный" формат, так стояла задача от заказчика.

Цели были целиком и полностью достигнуты, заполнитель отсутствует, только обивка канала войлоком, компоновка позволила использовать "полочные" пропорции. Конечно, при таком необычном сворачивании лабиринта пришлось учесть некоторые нюансы, чтобы не промахнуться с итоговой частотой настройки (...) Перед финальным изделием, были прослушаны макеты, промеряны и внесены коррективы. Звук откровенно порадовал! Разборчивый бас, никакого намека на отставание или игру "на одной ноте", динамик "дышит" открытым звуком во всем диапазоне. Однозначно такое оформление теперь мой фаворит, когда нет возможности разместить огромные рупора.

Александр Рогожин.
г. Харьков. 2011 г.

Скачать статью в формате PDF

Материалы статьи предназначены для личного некоммерческого использования и свободного распространения в сети Интернет в виде файла. Использование материалов статьи или ее частей в СМИ только с указанием источника или с разрешения автора. Если вы хотите использовать идеи и оригинальные конструкторские решения, описанные в статье в своих коммерческих разработках, пожалуйста свяжитесь со мной.

ЭМОС в сабвуфере - generation next Версия для печати
Написал Konkere   
суббота, 09 Январь 2010

Статья Наиля  Мухамедзянова  "ЭМОС в сабвуфере - generation next"

Прошло достаточно много времени с момента написания статьи "Вниз по лестнице, ведущей вверх... или ЭМОС в низкочастотном звене АС", и нетрудно предположить, что столь многообещающее направление в конструировании НЧ-акустики, практически не имеющее альтернативы по сочетанию параметров, будет развиваться и далее, постепенно совершенствуясь.
Изменения в идеологии построения всей системы и отдельных узлов не были революционными :-), но позволили значительно улучшить параметры системы с ЭМОС и добиться большей повторяемости при изготовлении. Вот, по-порядку, и рассмотрим, над чем шла работа, и что из этого получилось. Иногда полезно приостановиться, оглянуться на сделанное и подвести промежуточный итог... 

Далее...

<< В начало < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая > В конец >>

Всего 1 - 9 из 168
up Главная | Новости | Усилители мощности | Предусилители | Акустика | Источники сигнала | FAQ | Форум | Карта сайта up
 

Mambo is Free Software released under the GNU/GPL License.