Сабвуфер с фазоинвертором – расчет, настройка и типичные ошибки
Чрезмерно разнесённые резонансы ФИ и динамика. Резонанс динамика – 58 Гц, фазоинвертора – 27 Гц. Всё объяснимо: на более низких частотах тыльная сторона динамика излучает слабее, и слабее раскачивает резонатор. Чем больше разнос частот, тем ниже пик резонанса ФИ по отношению к общей АЧХ (той, что выше резонанса дина).
Обращаю ваше внимание: АЧХ ФИ (резонанс ФИ) как бы скользит вверх-вниз по ниспадающей наклонной АЧХ динамика, как по горке. В этом и состоит суть выбора частоты резонанса ФИ в любом сабвуфере. Когда вы будете изменять длину трубы ФИ (или её диаметр) именно так и будет меняться АЧХ вашего сабвуфера. Какую частоту резонанса ФИ выберете, так и играть будет.
Пример. Китайцы (и не только они) иногда ставят в саб дешёвенький динамик с высокой резонансной частотой (я встречал Fs = 65 Гц). При установке в корпус его резонанс повышается до 85 Гц. Ес-те-сно, баса такой саб не даст. И тогда в саб ставят ФИ, настроенный на частоту, скажем, 30-35 Гц.
Что получается? Ниже резонансной частоты динамик работает как в закрытом ящике, то есть ниже 80 Гц его звуковое давление плавно падает со скоростью 12 дБ/октаву, значит на 40-ка герцах он будет играть в 4 раза тише, чем на 80-ти. Что делает нормальный человек? Правильно, добавляет громкость саба.
И вот тут начинаются фокусы. Я вам расскажу, как это выглядит.
Включает человек музон, оркестр, к примеру, низов ясен пень мало, и он их добавляет до нужного ему уровня. Всё, оркестр зазвучал, человек наслаждается. И вдруг, в какой-то непредсказуемый момент, одна из нот попадает в резонанс фазоинвертора. В натуре это выглядит так: на фоне ровной музыки, неожиданно закладывает уши, начинает дрожать пол и печень: дудочка ФИ запела. При этом звука практически не слышно, только штанины хлопают и посуда дребезжит. Через 1-2 секунды нота заканчивается, дрожь пропадает, и оркестр продолжает играть, как ни в чём не бывало. До следующей такой ноты.
Ребята, никаких бАек, я слышал такое своими ушами, при чём на фирменной акустике. Просто, в отличие от нормальных людей, я знаю в чём дело и почему так. Приведённый пример, конечно, редкость, но это же пример. Гораздо чаще хоть и менее выражено этот эффект можно наблюдать в массовых бюджетных сабвуферах. Когда резонансы динамика и ФИ через чур разнесены, тогда и будет резонанс ФИ выпирать на ровном месте, как член на поляне, в виде гула на одной ноте. Частота резонанса ФИ должна быть не более чем на 33% ниже резонанса динамика в том же корпусе с закрытым ФИ. Это должно быть всего лишь продолжение затухающей АЧХ динамика, НО НИКАК НЕ ОТРЫВ от неё.
Для чего я это карябаю?
Хотя бы на пальцах объяснить нашим “умельцам”, как это всё. Они ведь что делают: совершенно бездумно понижают частоту резонанса ФИ, удлиняя его трубу, и тем самым ещё больше разнося резонансы. Ещё и опытом на форумах хвастаются: делай как я и низа попрут.
Более продвинутые “аудиофилы” специализированными программами рассчитывают на компах новые и пересчитывают готовые сабы с ФИ. Но компьютер туп, какие цифры ему подсунешь, те и посчитает. Тут ведь в чём закавыка: ни в какой программе не выскочит окно с надписью – парень, я, конечно, всё посчитаю, как ты хочешь, но ты делаешь дурь, и звук будет понОсный. Нет таких программ.
Зато какие красивые АЧХ рисует компутер! Загляденье. Это напоминает мне 80-е годы: на морде любой совдеповской колонки шильдик с ровной линией.
А всего-то и надо сблизить резонансы динамика и ФИ до необходимого и уравнять по громкости. Либо заменить дерьмовый динамик на хороший, с более низким резонансом, либо увеличить частоту резонанса ФИ, уменьшив длину или, что лучше, увеличив диаметр трубы. Да, увеличение частоты резонанса фазоинвертора повышает нижнюю рабочую частоту сабвуфера, а что вы хотели с говённым динамиком?
Какой должна быть частота резонанса фазоинвертора?
Частота резонанса фазоинвертора (в общем случае) должна быть на 2/3 октавы ниже, чем частота резонанса того же динамика в том же ящике при закрытом отверстии ФИ.
Пример:
Fрез. динамика в ЗЯ = 60 Гц. Октава от 60 Гц = 30 Гц, 2/3 от 30-ти = 20 Гц. 60 – 20 = 40 Гц
Или другими словами 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 ФИ.
Пример:
Fрез. дина в ЗЯ = 60 Гц. 60 х 0,33 = 20 Гц. 60 – 20 = 40 Гц
Расчётная резонансная частота ФИ в данном примере должна быть 40 Гц.
Для этой частоты, а НЕ ОТ БАЛДЫ и считаются далее диаметр и длина фазоинвертора под объём данного ящика. Если при этом получится небольшой горб на АЧХ (ошибка 1), его всегда можно приглушить синтепоном (или, хотя это сложнее, НЕМНОГО понизить резонанс удлинением ФИ). Если получите “рваный бас” (ошибка 2), придётся укорачивать трубу ФИ.
Я ещё раз повторяю для лихих “умельцев”: произвольный выбор частоты резонанса фазоинвертора “ОТ ФОНАРЯ”, типа, я хочу сделать ФИ на 30 герц и я так сделаю… ну, делайте, но ни к чему хорошему это не приведёт. Во всяком случае в сабе для музыки. Частота резонанса ФИ не может жить сама по себе, она привязана к резонансу дина и объёму ящика, а не к вашему хотению.
Мне по этому поводу старый анекдот вспомнился:
– Ты чё запыхался?
– Да, за трамваем бежал, на проезде сэкономил.
– Ну и дурак. Бежал бы за такси, сэкономил бы больше.
Если вам всё равно, на какой частоте ваш ФИ будет плохо работать, делайте его на 15 герц. Всё-таки 15 герц круче 30-ти. Бегайте за такси, хоть будет, чем похвастаться.
Совет: прежде, чем хвататься за пилу, кошелёк или расчёты, попробуйте для начала приглушить фазоинвертор куском синтепона и послушайте, вдруг этого окажется достаточно. На крайняк, ФИ-саб с неплохим динамиком (Fs не выше 35-40 Гц) лехко переделывается в ЗЯ, надо лишь вместо носка вставить в трубу ФИ плотную затычку, и – прощай гул. Для уродских сабов специально поролоновые продаются.
Примечание. Невозможно сделать хороший сабвуфер на дерьмовом или просто некачественном динамике, как собственно и любые колонки. Но попробовать можно. Вольному – воля, пробуйте. Правда, это ещё уметь надо, для того и пишу. Кое-что по доработке сабвуферов изложено мной в соседней статье: http://samlib.ru/m/makeew_l_a/1806.shtml.
Ошибка 3-я
Это даже не ошибка, а какое-то всеобщее поветрие дури.
При самостоятельном конструировании и расчётах ящика сабвуфера с ФИ обычно тщательно подбирается динамик со множеством точно измеренных параметров. Все эти параметры измеряются в открытом пространстве, на воздухе.
Как только вы ставите динамик в ящик, можете смело забыть все ранее измеренные с охрененной точностью параметры дина. Параметры дина в ящике будут о-очень сильно отличаться от его же параметров в открытом пространстве, и чем меньше объём ящика, тем сильнее отличия, аж до 20-40-60 %. После установки дина в ящик все дальнейшие расчёты следует проводить исходя из новых параметров динамика.
Все компьютерные программы расчёта сабвуферов построены по одной схеме: они пересчитывают параметры Тиля-Смола, снятые на открытом воздухе, в параметры динамика для закрытого ящика (или ящика с ФИ) заданного объёма. И делают они это с приличными ошибками. Именно поэтому ни одна компьютерная прога не поможет вам рассчитать сабвуфер с ФИ так, чтобы он сразу запел как следует. Все потом трахаются и доводят саб до ума вручную, индивидуально.
Прежде, чем пользоваться прогой для расчёта сабов, желательно знать, кем и для каких целей она написана. Все эти проги написаны производителями сабов для СЕРИЙНОГО производства. Например, решила фирма выпустить саб в определённой ценовой категории на конкретных динамиках с конкретными параметрами Тиля-Смолла. Саб рассчитывается программой, а затем его параметры отшлифовываются, доводятся до ума в опытном экземпляре. И только потом саб запускается в серию, и только на этих динамиках. Для отладки и доведения до кондиции опытного образца саба в приличных фирмах есть лаборатории, КдП, необходимые измерительные приборы.
Эти программы предназначены для ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО и приблизительного расчета сабвуферов. И у каждой фирмы прога своя, они лучше знают погрешности своих программ. В отличие от вас.
Таким образом, великое множество программ для расчёта сабов с ФИ, валяющиеся в Инете, не предназначены для индивидуального использования аудилофилами на Бог весть каких динамиках. Тем более в окончательном варианте, без отладки и доработок.
Некоторые особенности работы фазоинвертора
ГВЗ – групповое время задержки – параметр ни о чём. Примерно, как средняя температура по больнице. Фазовый сдвиг у различных частот в полосе пропускания ФИ меняется в полтора-два раза. Отсюда прямой вывод: время тактового отставания басовых барабанов не будет постоянным. Оно будет меняться в зависимости от характера звучания ударных. О какой верности звукопередачи сложного музыкального сигнала можно говорить?
Переходные процессы. При первичной подаче сигнала или изменении частоты басового сигнала – это первые несколько периодов, когда резонатор ФИ подстраивается под навязанные ему из вне колебания динамика, отличные от резонансной частоты фазоинвертора (т.н. “навязанные колебания резонатора”), к тому же прошедшие через упруго-вязкую среду воздуха саба. В момент подстройки труба ФИ кроме задержки сигнала даёт большие нелинейные искажения, так называемые “переходные искажения”.
При подаче на динамик постоянного синуса в рабочем диапазоне ФИ, между ними устанавливается равновесие. При изменении частоты сигнала на динамике, это равновесие нарушается и требуется некоторое время (иногда значительное), для установления новой точки равновесия между ФИ и динамиком. Это и есть переходные искажения. На быстрых басовых партиях они весьма значительны.
Поскольку эти искажения носят кратковременный характер их сложно измерять. В статическом режиме работы саба с генератора синуса этих искажений нет.
Таким образом, ГВЗ носит более-менее постоянный характер, а искажения переходных процессов пропорционально возрастают при высоком темпе игры басовых и ударных инструментов.
Кроме того, после окончания басовой ноты и остановки диффузора динамика, воздух в резонаторе некоторое время продолжает колебаться, так называемое “послезвучие”. Но, поскольку динамик молчит, и отсутствуют навязанные резонатору колебания, труба фазоинвертора продолжает издавать затухающий звук с частотой собственного резонанса, типа камертон на 30-40 Гц. На слух это воспринимается как звучание сабвуфера на одной ноте. Всегда на одной и той же. И при любом раскладе басовой музыки ФазоИнвертор ВСЕГДА будет стремиться вернуться к собственному резонансу: бубнению на одной ноте. Свой резонанс для ФИ роднее, чем колебания какого-то там динамика, своя рубашка ближе. Громче или тише, но он всегда будет прослушиваться. Ну, и сами понимаете, поскольку эти колебания возникают в трубе ФИ, а не в проводах и схеме, никакой эквалайзер или процессор их не отфильтрует и не задавит.
Я всё-таки надеюсь, что этот текст читают мало-мальски подготовленные люди, поэтому объясню эффект послезвучия чуть подробней.
В усилителях мощности есть такой параметр: коэффициент демпфирования. Он показывает, как быстро может выходной каскад УМ погасить колебания диффузора динамика на его резонансной частоте. И чем выше этот коэффициент, тем лучше, в дорогих усилках аж до 1 000. Время свободного колебания диффузора после прекращения сигнала очень малО, единицы миллисекунд.
Но никто в мире не выпускает даже дорогие сабвуферы с демпфированной трубой фазоинвертора, так как падает его отдача, уменьшается КПД. Поэтому колебания воздуха с частотой резонанса ФИ после прекращения подачи сигнала продолжаются в его трубе ещё долго, до 60 – 80 миллисекунд. Сигнала давно уже нет, а труба всё гудит и гудит. И весь мир эту бяку слушает. Ещё и нахваливают.
Ещё одна небывальщина, “сказочка про белого бычка”
Сабвуфер с фазоинвертором даёт меньше нелинейных искажений, чем саб ЗЯ. Якобы в резонансе ФИ у динамика очень малый ход диффузора, поэтому и искажений он даёт меньше.
Да кто бы спорил! Вот только в рабочей полосе ФазоИнвертора, динамик практически не издаёт звуков, и, спрашивается, зачем мерить искажения возле диффузора, который молчит? Измерять КНИ динамика и фазоинвертора надо раздельно, в той полосе частот, в которой они активно излучают. Но уж никак не наоборот. В рабочей полосе ФИ, возле его резонанса все звуки излучает труба ФИ, порт, дыра. Вот возле дыры и надо мерить искажения: и переходные и нелинейные и прочие. По некоторым данным, на частотах возле резонанса ФИ, на повышенной громкости в дыре нелинейные искажения достигают 3-5 %. В этом случае ФИ уже не просто акустический излучатель звуковых волн, а воздуховод, труба с большой скоростью воздушного потока. Как в пылесосе. Здесь тупо сказывается нелинейное ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ сопротивление трубы.
И в чём здесь преимущества ФИ над ЗЯ?
Перечисленные процессы происходят в сабе с ФИ не просто сами по себе, но ещё и с наложением друг на друга. Если совместить всё это в одном сабвуфере – вот вам и параша. А если эту парашу усилить высоким КПД (рис. 3), то можно вообще захлебнуться. Все ухищрения по расчётам и отладке саба с ФазоИнвертором не более, чем жалкие попытки уменьшить нежелательные следствия физических явлений, возникших от применения резонатора в сабвуфере. Типа, как ни старайся, а “горбатого ФИ” могила исправит. В сабвуфере типа ЗЯ описанные явления отсутствует в принципе, за отсутствием дыры с трубой.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ самопальщикам
Самый любимый умельцами параметр сабвуфера – АЧХ. Её выравнивают и вылизывают до идеала. Но, идеальная АЧХ не есть гарантия, что басовый инструмент будет похож сам на себя в исполнении сабвуфера с ФазоИнвертором. Гораздо чаще бывает совсем не так, потому, что ФИ даёт много мелких пакостей и ровная АЧХ от них не избавит.
Прежде, чем садиться за расчёты саба, решите, что для вас важнее: громкий звук ФИ, или качественный бас в ЗЯ. Совместить это вам вряд ли удастся, уж больно разные процессы. Мой совет: если решите делать саб с ФИ, просчитайте его так, чтобы заткнув порт ФИ (полностью или частично), можно было получить хотя бы средненький ЗЯ. Глядишь, потом у вас будет выбор.
И не надо тыкать мне Алдошиной. Акустика – маленькая-маленькая часть физики, ПОНЯТИЙНОЙ науки. А какое понятие у баб-с, все знают. Тоже мне, Склодовская-Кюри. Смешно-с.
Любителям высокого КПД рекомендую рупорный громкоговоритель: КПД 15 – 20 %:
Ну, позлобствовал и хватит. Раз уж вам приспичило ФИ, плавно перейдём к делу.
Первичный упрощённый расчёт объёма ящика для комнатного напольного сабвуфера с ФИ. Реально для первичного расчёта внутреннего объёма ящика, с учётом добротности динамика нужны только резонанс дина Fs и его эквивалентный объём Vas. И всё.
Внутренний объём такого ящика должен быть равен эквивалентному объёму динамика Vas. При этом резонансная частота дина Fs (в ящике с закрытым отверстием ФИ) должна повыситься в 1,4 раза. От этого повысившегося резонанса дина и следует рассчитывать резонанс ФИ. То есть, согласно приведённым выше расчётам, в данном случае примерно полУчите частоту резонанса ФИ равную частоте резонанса динамика в открытом пространстве Fs. (Да, и ещё: желательно подбирать динамик с не очень высокой или низкой добротностью, средне так.)
Настройка ФИ описана выше. При необходимости последующая настройка добротности дина производится демпфированием саба звукопоглотителем (см. соседнюю статью: http://samlib.ru/m/makeew_l_a/1806.shtml).
Совет: не стОит увлекаться объёмами саба более 50-60 литров. Если вам неизвестен Vas, поройтесь в Инете, там описаны способы определения эквивалентного объёма динамиков. Есть даже несложные. Мне лень. Если вам тоже лень, делайте саб в том ящике, который имеете. Ставите в него дин, измеряете получившийся резонанс и от этого рассчитываете ФИ. ПолУчите лучшее, что можно выжать из этого ящика. Ну, ладно, так и быть, я поборол лень, держИте:
Рис. 7 – график-шпаргалка, масштаб соблюдён:
Приблизительный график увеличения резонанса НЧ динамика (Fb) в разах, при уменьшении объёма реального ящика (Vb) относительно эквивалентного объёма дина (Vas), тоже в разы. Например: если реальный объём ящика Vb в 3 раза меньше эквивалентного объёма динамика Vas, то рез. частота динамика Fs повысится в 2 раза и будет называться Fb. Добротность динамика так же возрастёт в 2 раза.
Более точно можно посчитать. Формула зависимости резонанса динамика от объёма ящика (метод изменения объёма).
- Fb – резонанс дина в ящике (в боксе)
- Vb – объём ящика (бокса)
- Fs – собственный резонанс дина
- Vas – эквивалентный объём дина
Измеряем Fs и внутренний объём Vb первого попавшегося ящика. Ставим динамик в ящик (можно снаружи), измеряем Fb. Полученные цифры подставляем в формулу и находим Vas. Потом, не хватаясь за пилу и фанеру, а просто играясь цифрами и формулой, можно просчитать резонансную частоту динамика в планируемом объёме сабвуфера. Просто, как репа. Желательно, чтобы объём измерительного ящика Vb был приблизительно похож на объём будущего сабвуфера.
Расчёт размеров ФИ под заданную (рассчитанную) частоту его резонанса.
Классическая формула резонатора Гельмгольца для круглого отверстия ФИ:
Все размерности даны в системе СИ:
- F – заданная резонансная частота фазоинвертора [Гц];
- S – площадь отверстия ФИ [м2];
- V – внутренний объём ящика [м3];
- L – длина трубы фазоинвертора (можно плюс 10-20 % на всякий случай) [м];
- С – скорость звука в воздухе = 344 [м/сек];
- π = 3,14.
Ну, если в лом считать или забыли таблицу умножения можно всё необходимое найти по номограмме М.М. Эфрусси, “Громкоговорители и их применение”.
Рис. 10 – номограмма:
Рассчитав оптимальную частоту резонанса ФИ и зная “чистый” внутренний объём ящика находим по номограмме подходящую длину и площадь ФИ. Полученные результаты почти в точности соответствуют расчётам, предложенным Виноградовой Э.Л. в книге “Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками”.
РАСЧЁТ ФАЗОИНВЕРТОРА – электронный калькулятор:
http://www.aie.sp.ru/Calculator_faz.html
В ссылке три калькулятора: по Тилю-Смоллу, по Виноградовой и по Эфрусси. При расчёте по параметрам Тиля – Смола результаты какие-то сомнительные, не внушают. А Виноградова всё списала у Эфрусси, поэтому результаты совпадают. Если ссылка ещё работает, можете сходить, если нет – не расстраивайтесь, выше приведено всё необходимое для расчетов.
Примечание: не желательно делать площадь ФИ менее 25 % площади диффузора – воздух в дыре свистеть будет.
Приведённый расчёт саба с ФИ весьма прост (особенно если понимаешь, что делаешь), но с динамиками 8-12″ вполне работает. И никаких компьютеров. Jни вам не посчитают, а заморочек полУчите выше крыши.
Купайтесь в ХОРОШИХ басах, не надо плескаться в какашках.
Екатеринбург, 03.10.2015 г.
P.S.
Всё написанное выше применимо так же к колонкам с “неправильными” ФИ, что тоже не редкость.
ПРИЛОЖЕНИЕ для апологетов звука, неудержимо, но бестолково снимающих АЧХ сабвуфера. Я познакомлю вас с методом прямого измерения, который в отличие от компьютерного, не требует вычислений и даёт более достоверный результат.
Снятие АЧХ саба проводится в АБСОЛЮТОНО заглушенном помещении, вся внутренняя поверхность которого выложена матрасами, причём в два слоя. Но проще это сделать на открытом пространстве, чтобы до ближайшего гаража с розеткой было не менее 10 метров. Если динамик или ФИ направлены в пол, ставим сабвуфер на землю, на щит, если нет – садим как человека, на табуретку. Измерительный микрофон следует устанавливать сбоку от динамика и от ФИ одновременно, на примерно одинаковом расстоянии, и не ближе 1-1,5 метра от корпуса саба. В этом случае вы будете мерить совокупное звуковое давление динамика и ФИ.
Вот когда на открытом пространстве вы выровняете АЧХ саба, только после этого можно заносить его в комнату и выявлять влияние помещения на результирующую АЧХ. А до этого снятие АЧХ саба в ближнем поле и поднесение микрофона на 1 см к динамику, я считаю преждевременными. Да и вообще не нужными: вы ведь не прикладываете ухо к динамику саба и не слушаете саб “в ближнем поле” лёжа на полу? Это вам не СЧ и не ВЧ, которые измеряются и слушаются в пределах прямой видимости, это – Бас-с. Сильно сомневаюсь, что вы сможете правильно состыковать (срастить) АЧХ динамика и ФИ снятые по отдельности в ближних полях. Не получите вы истинную картину совокупного звукового давления ФИ и дина в окружающем сабвуфер пространстве, двигая графики по экрану компа, а саб по комнате.
Так что ступайте-ка ребята на свежий воздух, на травку. Оно и для музыки и для здоровья полезнее будет, т.к. измерения надо проводить в тёплую погоду, дабы подвес у дина не задубел.
Но и это не финиш. Игра продолжится, когда вы внесёте в дупелину настроенный саб в комнату и начнёте бодаться с комнатными резонансами, модами. Очень увлекательно. 🙂
В этом заключается ещё один недостаток сабвуфера с ФИ: он капризен к месту своего расположения в комнате. Небольшое смещение саба приводит к заметному изменению комнатных резонансов, тогда как сабу типа ЗЯ практически по-фигу где стоять, лишь бы симметрия звука не нарушалась.
Частное мнение
Сабвуферы с фазоинвертором – это какое-то недоразумение, игра фантазии инженеров-акустиков, которую подхватили и развили коммерсанты от музыки. Мода такая аудиофильская: да у меня в сабе трубы ФИ, как выхлопные в крутой тачке! Даже звук похож.
Поясню. Саб с ФИ бессмысленно, а иногда и вредно подключать к ресиверу для просмотра фильмов и некоторых сортов музыки. В DVD-сигнале присутствуют частоты от 5 Гц. Вся мощь ресивера ниже частоты настройки ФИ (от 5-ти до 30-40 Гц) направлена на выблёвывание диффузора динамика на пол. Ни каких звуков в этой полосе саб не издаёт, в добавок можно покалечить динамик. Если же в ресивере или усилке саба стоит фильтр сабсоника, тогда динамик и диффузор останутся целы, но звуков от 5-ти до 30-40 Гц, саб всё равно не издаст.
Вопрос: зачем тогда городить ФИ? Разве что для поп-музыки? Но для музыки гораздо лучше саб ЗЯ, к тому же он воспроизводит частоты ниже чем ФИ и при этом не идёт вразнос. Саб ЗЯ не бубнит, у него меньше ГВЗ, прекрасные переходные характеристики, он проще в расчётах и не требует настройки. А на КПД мне все-равно, я не собираюсь экономить на громкости и качестве музона 30 Вт из розетки. Так что по всем параметрам саб типа ЗЯ лучше, чем ФИ.
НО, только при условии, что в ЗЯ стоИт хороший, качественный динамик с F резонанса 18-25 Гц, желательно с малой массой диффузора (и возможно двукратным запасом мощности для корректора Линквица).
Вот мы и подошли к сути. Китайцы такие дины делать не умеют, а европейские хорошие динамики стОят ох, не дёшево.
Вывод очевиден: в сабвуферах типа ФИ почти наверняка стоИт паршивый динамик и саб имеет все перечисленные выше недостатки. Зато он громко бУхает, дёшев для невзыскательного потребителя (а таких большинство) и на нём можно сделать прибыльный бизнес. Массовый бизнес. Сабвуфер с ФИ – дешёвка, изделие для тугоухих, скаредных или малообеспеченных.
Акустический фазоинвертор был изобретён Альбертом Турасом в 1932 году, во времена, когда не было приличных басовых динамиков, но сейчас-то зачем?
Во времена винила и живых инструментов с нижней частотой 30-40 Гц фазоинвертор был очень кстати. Но в век электронных синтезаторов и DVD-записи, когда диапазон уходит в область инфразвука, фазоинвертор, мягко говоря, устарел и неспособен воспроизводить современный диапазон частот. Сабвуфер с ФИ – это атавизм, пережиток прошлого. Я ещё раз напоминаю: фазоинвертор – это резонатор. Для прослушивания музыки акустические резонансы вещь вредная и неприятная, от них стараются избавиться всяческими способами: и демпфирование, и эквализация, и фильтры, и пр.
Моё личное предпочтение – саб ЗЯ.
Наличие ФИ может быть в некоторой степени оправдано применением в малогабаритной акустике, но это уже не Звук, и тем более не Бас. Единственное применение сабвуфера с фазоинвертором с минимальным ущербом для качества звука, это имитация взрыво- и громоподобных эффектов в кинушках и игрушках. Там высокий КПД себя оправдывает. Для музыки же ФИ неприемлем. ИМХО.
Автор: Макеев Леонид Александрович (samlib.ru)
Как рассчитать короб для сабвуфера ⋆ Doctor BASS
Расчет короба для сабвуфера
Итак, вы определились с сабвуфером, подобрали к нему усилитель, выбрали акустическое оформление и решили самостоятельно изготовить корпус. Перед тем как создать чертеж вам нужно рассчитать короб для сабвуфера, то есть получить исходные данные. Для закрытого ящика — это объем; для фазоинвертора — это объем корпуса, площадь сечения порта и его длина; для четвертьволнового резонатора — длина и площадь сечения тоннеля; для бандпассов — объем отсеков, площадь и длина портов, форма корпуса. Все эти параметры нужно рассчитать и для этого применяются специальные программы. Основой для всех калькуляций являются параметры Тиля — Смолла.
Смысл правильного расчета сабвуфера заключается в том, что бы спроектировать такое оформление, в котором динамик будет выдавать бас, подходящий для ваших вкусов и музыкальных предпочтений. Например, для закрытого ящика плавность АЧХ и характер звучания будет зависеть от объема корпуса, который вам нужно будет подобрать исходя из характеристик вашего сабвуферного динамика; для фазоинвертора частота настройки и горб АЧХ зависит от объема корпуса, объема порта, его длины формы и сечения и т.д.
Программы для расчета корпуса сабвуфера
Speaker Box Lite
Одна из самых современных и удобных программ для расчета сабвуферов. Speaker Box Lite поможет вам быстро и удобно рассчитать корпус для сабвуфера, а так же нарисовать его эскиз и сделать раскрой материала. Cтроит графики АЧХ, учитывает передаточную функцию салона, основывается на параметрах Тиля — Смолла, дополнительно отображает импеданс системы, фазовую характеристику, групповые задержки и т.п.
JBL speaker shop
Программа для расчета оформления динамиков и сабвуферов в частности. Программка старая и не работает с последними операционками, но до сих пор лучше ничего не придумано, по этому приходится применять небольшие ухищрения для работы. Программа строит графики АЧХ, учитывает передаточную функцию салона, учитывает параметры Тиля — Смолла — то есть все что нужно, чтобы правильно рассчитать короб для сабвуфера.
BassBox 6 Pro
Программа для расчета сабвуферов, работает на основах JBL speakershop, в 5й версии у них был даже одинаковый интерфейс — в 6й его изменили. Но программа работает хорошо и кому-то возможно будет удобнее работать с ней.
Bassport
Узконаправленная программа, предназначена для расчета портов фазоинвертора для определенного объема, полноценно корпус в ней не рассчитать. Все внимание направлено на проектирование портов, учитывает воздушные потоки, формы, расстояния до стенок и перегородок.
UniBox (Unified Box Model)
Очень простая программка, работает на Microsoft Windows Excel 2000. Может симулировать уровень звукового давления, кривую импеданса динамиков, АЧХ и т.п.
Скачать программы в разделе ЗАГРУЗКИ
Какую программу выбрать
На сайте есть гайды по для самых распространенных программ, ознакомившись с ними вы сможете решить, какая будет для вас удобнее:
- Как рассчитать короб для сабвуфера с помощью BassBox 6 Pro
- Как запустить JBL Speakershop на windows x64
- Как рассчитать короб для сабвуфера с помощью JBL speakershop
- Speaker Box Lite — самая удобная программа для расчета сабвуфера
Объем корпуса и площадь порта для сабвуфера
Фундаментом для расчета является объем предполагаемого корпуса, а от него зависит площадь порта.
Любой корпус содержит в себе какой-то объем воздуха. Так вот на определение оптимального размера влияет большое количество факторов: это ход динамика, резонансная частота, мощность, передаточная функция салона, сама настройка корпуса и т.п. Тем не менее, проходя через воронку всех этих зависимостей, на выходе проявляются какие-то общие результаты и диапазоны, которые и применяются для первоначального определения объема. Диапазоны эти привязаны к площади диффузора динамика, как к одному из основных параметров. Даны они в кубофутах, это результаты множества опытов энтузиастов АЗ по всему миру, но нужно отметить что наибольший вклад внесли конечно американские коллеги. Такие диапазоны стали формироваться на американских форумах с начала 2000 годов, так же сюда замешаны общие рекомендации разных производителей и вот выведены примерные значения, которые все это время проверялись практикой и незначительно корректировались.
Если перевести в понятные нам литры, то получатся вот такие цифры.
Это лишь примерные рамки для отправной точки расчетов. Так как зависимостей очень много, и разные динамики в одном и том же объеме будут играть по разному. Так же один и тот же корпус в разных системах так же будет звучать по разному. Так вот для нахождения оптимального объема нужно учесть основные факторы, которые влияют на поведение сабвуфера.
Расчет корпуса закрытого ящика
Объем закрытого ящика влияет на итоговую резонансную частоту и добротность динамика. И от этого будет зависеть на сколько динамик будет низко играть и какой будет характер звучания.
Как ориентироваться в представленном диапазоне.
1) Смотрите на линию рассчитанной АЧХ в программе для расчета и подбирайте тот предполагаемый график звучания, который вам подходит.
2) Так же ориентируйтесь на такой объем, что бы итоговая добротность была близка к 0,7.
3) Учитывайте мощность. В случае если усилитель у вас чуть меньше РМС сабвуфера и соответственно связка будет настроена на номинал усилителя. Двигайтесь в большую сторону, если же усилитель настроен на номинал динамика или просто равен по заявленной мощности сабвуферу – берите среднее значение. Если же вы очень опытный любитель АЗ и учли подъемы импеданса понижения напряжения и тп. и настроили мощный усилитель выше заявленного номинала динамика, что бы выжать из сабвуфера максимум, тогда ужимайте объем.
Чем больше объём ящика, тем легче двигаться диффузору и тем эффективность больше что и нужно на сравнительно малой мощности. Меньший же объем имеет большую упругость и будет являться своего рода подушкой безопасности для динамика, что нужно на повышенных мощностях. Это относится не только к ЗЯ но и к ФИ так как большой объем при высокой мощности может приводить к не достаточному демпфированию динамика на частоте настройки или превышению хода на других частотах.
К примеру, возьмем 10 саб с RMS 300 Вт, а усилитель — 250 Вт. В таком случае ориентируйтесь на объем в районе 18-20 литров.
Но при этом не забывайте про добротность и примерную АЧХ. Вот среди этих параметров и нужно искать компромисс.
Расчет корпуса фазоинвертора
В случае с объемом действуйте так же как с ЗЯ. Только вместо добротности добавляется зависимость объема от настройки корпуса. Настройкой называют частоту, на которой сабвуфер будет наиболее эффективно работать, а соответственно и громче играть.
Настройка корпуса выбирается из музыкальных предпочтений. Если грубо то Low, srewed и всевозможные заниженные треки это 27-33 Гц; рэп, дабстеп и тп. 30-37 гц; джаз, рок инструментал, клубная музыка 40-45 Гц; а если всего понемногу – это 35-40 Гц.
Общее такое правило, чем ниже настройка, тем больше объем. Это связано с резонансной частой, а так же дает меньшее удлинение порта при понижении настройки.
Ориентируйтесь на максимум объема для настройки ниже 30 Гц и на минимум при настройке свыше 40 Гц.
Таким образом, при определении объема в представленных диапазонах ищите компромисс между мощностью настройкой и формой АЧХ.
Для фазоинвертора нужно еще определять площадь порта. Вообще основная задача, сделать порт таким, чтобы скорость в нем не превышала определенных значений, после которых, могут появляться шумы или чтобы он не запер ящик. Либо чтобы порт не был слишком большим, для правильной нагрузки сабвуфера.
Существует общая рекомендация 12 – 16 дюймов на кубофут. То опять же примерный диапазон. И площадь порта зависит, в том числе от мощности сабовой связки и чем итоговая мощность выше, тем больше нужен порт и наоборот. На слабых мощностях большой порт не нужен. Но это не все, тут еще нужно учитывать форму порта, внутреннюю его площадь, шероховатость и тп. Как видите, опять все уходит гораздо глубже и из теории можно не выбраться. К счастью существует безопасное значение это как раз верхнее значение рекомендаций 16 квадратных дюймов на 1 кубофут объема или 3,65 кв.см. на 1 литр объема для щели. Для круглого порта можно использовать 3,2 3,65 кв.см. на литр. Эти значения гарантированно дадут вам порт, который будет хорошо работать в абсолютном большинстве переменных, даже не смотря на некоторые допущения и опускание некоторых зависимостей.
В принципе с опытом приходит понимание, где можно уменьшить порт, возможно для экономии места или иногда нужно правильно нагрузить связку на малой мощности. Но и данные рекомендации на 1 литр не разочаруют и это отношение можно применять практически всегда.
Итоги
Итак, подведем итог. Чтобы подобрать объем для закрытого ящика определяемся с размером динамика и, учитывая итоговую добротность , мощность и разумеется саму АЧХ выбираем объем из предложенного диапазона.
Для объема фазоинвертора берем во внимание АЧХ, мощность и желаемую настройку. Чтобы найти площадь порта в квадратных сантиметрах умножаем объем на 3 ,65. А длину уже считаем в программе для расчета которая вам нравится.
Видео
Представленные ниже видеоролики еще больше помогут вам в понимании принципов расчета сабвуферов. Но если вдруг, у вас нет времени или вы попросту не хотите разбираться, то можете заказать расчет у нас. Это услуга есть в нашей группе в ВК — вот ссылка на заявку.
youtube.com/embed/f6eRda94dBE» frameborder=»0″ allowfullscreen=»allowfullscreen»>Удачи в расчетах!
Читайте еще:
- Заказать расчет корпуса для сабвуфера
- Конденсатор для сабвуфера
- Как рассчитать короб для сабвуфера с помощью BassBox 6 Pro
- Как запустить JBL Speakershop на windows x64
Нажмите кнопку, чтобы поделиться материалом:
Объяснение выравнивания Bass Reflex — шаг за шагом
Что такое выравнивание портированного ящика?
Настройка фазоинвертора похожа на описание того, как будет звучать коробка. Хорошей аналогией будет с запечатанными коробками. Если вы не читали статью, я призываю вас сделать это, так как это будет иметь больше смысла. Но я все же вкратце объясню. Чтобы рассчитать объем запечатанной коробки, вам сначала нужно решить, какой Q tc вам нужен. Q tc является коэффициентом Q es , Q мс и Q ящика. Поскольку Q es и Q ms являются качествами громкоговорителей и являются фиксированными, можно изменить только Q ящика, изменив громкость ящика. В обратном порядке, зная, какой Q tc вам нужен, и учитывая, что Q es и Q ms предоставляются производителем динамика, вы можете рассчитать объем коробки.
Герметичные и фазоинверторные настройки
Вот звуковые характеристики, соответствующие разным значениям Q tc для герметичных коробок:
- Q tc = 0,5 : идеальные переходные процессы, но низкая эффективность.
- Q tc = 0,707 : это число, которого большинство людей пытается достичь, поскольку оно дает хорошие переходные процессы и ровную характеристику с минимальной отсечкой.
- 0,7 < Q tc < 1,2 : Лучшая эффективность, несколько ухудшенные переходные процессы, более крутой спад.
- Q tc > 1,2 : Высокий КПД, плохие переходные процессы, плохая частотная характеристика.
Поскольку корпус с отверстиями более сложен, чем герметичная коробка, это не так просто, как выбрать значение Q tc . Вместо этого есть несколько хорошо известных настроек фазоинвертора, из которых вы можете выбирать. Я провел аналогию с герметичным корпусом, потому что это проще понять, но для фазоинвертора процесс намного сложнее. Небольшие изменения Q в запечатанном ящике приведут к незначительным изменениям отклика. Однако для фазоинвертора это может привести к заметному увеличению или уменьшению в области низких частот, что называется «смещением». Коробки с портами имеют гораздо более крутой спад, и при возникновении проблем с несоосностью могут вызывать серьезные переходные звоны.
Итак, чтобы определиться с объемом коробки и размером форточки, сначала нужно выбрать определенный створ. Поскольку разные драйверы имеют разные параметры и, следовательно, разные недостатки, вам нужно выбрать выравнивание, которое дополняет ваш драйвер, чтобы вы получили более или менее ровный отклик.
Типы регулировок фазоинвертора
Существуют две основные категории регулировок фазоинвертора, одна из которых делится на две другие категории:
- Помощь.
- Без посторонней помощи.
- Квартира.
- Неплоский.
включают в себя активную коррекцию электронного фильтра для достижения желаемого отклика. Этот тип выравнивания не особо популярен, и мы не будем на нем останавливаться. Вместо этого мы сконцентрируем наше внимание на настройке фазоинвертора без посторонней помощи, которая не требует дополнительных электронных устройств для достижения прогнозируемого отклика. Из-за этой более простой конструкции он более распространен.
Выравнивание плоскостей без посторонней помощиобычно требует значений Q ts ниже 0,4 и делится на 6 категорий: коробка, низкая частота настройки (более длинное вентиляционное отверстие) и хорошая переходная характеристика (что ставит термин бум-бокс неуместным).
Последние три настройки фазоинвертора называются дискретными настройками , поскольку они существуют только для одного единственного значения Q ts . Их довольно сложно получить, потому что потери коробки влияют на значение выравнивания. Из трех дискретных настроек BE 4 имеет наилучшую переходную характеристику.
Самостоятельные неплоские выравниваниягенерируются с использованием более высокого значения для Q ts . Эти настройки фазоинвертора, как правило, имеют более низкую переходную характеристику и частотную характеристику. По этой причине они не подходят для высококачественных аудиоприложений. Однако, если отрицательные части не являются проблемой, неплоские выравнивания могут достигать более низких значений f 3 . Эти выравнивания делятся на 3 категории:
- C 4 или Чебышев 9 четвертого порядка.0061 – может быть полезен при низких значениях пульсаций (менее 1 дБ).
- BB 4 или Boom Box Forth-Order – имеет пик отклика, близкий к спаду, аналогичный герметичным боксам Q tc (1,2 или выше).
- SQB 3 или Super Third-Order Quasi-Butterworth — это высокое значение Q ts , расширение выравнивания QB 3 .
Потери коробки
Прежде чем мы объясним настройки фазоинвертора, нам нужно сначала поговорить о потерях коробки. Когда вы производите коробку, вы должны учитывать, что будет некоторая утечка воздуха или другие факторы, которые изменят результат. Все эти факторы в совокупности описывают потери коробки. Вы столкнетесь с тремя основными типами потерь:
- Утечка воздуха – Q L .
- Поглощение демпфирующим материалом – Q A .
- Вентиляционные потери – Q P .
Общие потери (Q B ) представляют собой сумму всех 3, которые складываются следующим образом: /Q P
В реальных условиях, когда звукопоглощающий материал отсутствует или 1″ облицовки стены, Q будет минимальным. Кроме того, учитывая, что порт не заблокирован, Q P также пренебрежимо мал. Итак, когда мы говорим о потерях коробки, мы говорим о утечке коробки, которая составляет Q L . В результате разные количества Q L будут по-разному влиять на частотную характеристику.
Регулировка потерь в коробке
При конструировании коробки вам придется учитывать потери в коробке или, что еще важнее, утечку (Q л ). Итак, прежде чем приступить к сборке, учтите, что в коробке будет нормальная величина утечки, которая равна Q L = 7. После того, как вы закончите сборку коробки, вам нужно будет измерить потери в коробке и посмотреть, соответствует ли значение близко к 7. Если действительно Q L около 7, то можно себя поздравить. В противном случае вам придется принимать корректирующие меры.
Как спроектировать громкоговорители — видеокурсы
Обнаружив, что Q L ниже, значит, вам придется сделать коробку больше. Обычно это означает, что вам придется делать коробку заново. Если Q L выше, то вам придется сделать коробку меньше. Это делается довольно легко, помещая твердые предметы (прямоугольные куски дерева) внутрь коробки, чтобы уменьшить полезный объем. Если вы опасаетесь низкого результата Q L , вы можете увеличить громкость коробки, а после того, как вы измерили потери коробки, вы можете уменьшить громкость на соответствующую величину.
Как измерить потери в коробке?
Вы не можете предсказать, сколько у вас будет потерь для предопределенного корпуса. В результате, только после того, как коробка будет готова, вы сможете увидеть, насколько она с потерями. Чтобы измерить потери в коробке, вам нужно будет сделать некоторые измерения для динамика и корпуса. После того, как вы получите эти значения, вам нужно будет выполнить несколько расчетов. Поскольку написать все эти формулы довольно сложно, я предпочитаю добавить электронную таблицу Excel, где вы вводите необходимые значения и Q L рассчитывается для вас.
Таблица Excel для расчета Q L : Расчет QL
Объяснение терминов внутри таблицы относительно корпуса :
- f b – резонансная частота коробки.
- f H и f L – Кривая импеданса корпуса показывает 2 пика. Обратите внимание на частоты, соответствующие этим двум пикам. f H представляет значение для большего пика, а f L значение меньшего пика.
- R 0 – полное сопротивление при f b .
Как рассчитать размер коробки с помощью выравнивания фазоинвертора?
Прежде всего, ознакомьтесь с этой таблицей в формате Excel: таблица выравниваний. Теперь выполните следующие действия:
- Выберите нужное выравнивание и перейдите к соответствующей таблице.
- Затем перейдите к столбцу Q L = 7, так как это типичная цифра потерь.
- Узнать Q ts вашего драйвера, измерив его или найдя его в техническом паспорте.
- Если Q ts меньше 0,4, вы получите плоское выравнивание. Если он выше 0,4, выравнивание будет неплоским. Вы также можете сказать это по пиковому дБ или пульсации дБ из таблицы (если он равен 0, он плоский). В той же строке со значением Q ts у вас будет: H (коэффициент настройки), α (соответствие системы или коэффициент объема коробки), f 3 /f s (f 3 9коэффициент 0006).
- Узнайте V как и f s вашего динамика, либо измерив его, либо посмотрев его в техническом паспорте.
- Рассчитайте объем коробки: V b = V как /α.
- Рассчитайте частоту настройки: f b = H * f s .
- Если вы хотите рассчитать f 3 , вы можете сделать это, взяв значение коэффициента f 3 из таблицы и умножив его на f s . Вычислить f 3 = (f 3 /f s ) * f s .
- Выберите диаметр порта. Больше лучше. Половина диаметра – это радиус (R).
- Рассчитайте длину порта: L v = [(14630000 * R 2 ) / (f b 2 * V b )] – (1,463 * R) . Длина и радиус указаны в дюймах, а объем в кубических дюймах.
Q тс = 0,52 ; f с = 47 Гц; V как = 7,86 L
- Выбранное выравнивание: SQB 3 (поскольку Q ts имеет высокое значение, это не плоское выравнивание).
- Посмотрите в средний столбец, где Q L = 7 .
- Q тс = 0,52 .
- Н = 0,8116; α = 0,1971 ; f 3 /f s = 0,6835 .
- ф с = 47 Гц ; V как = 7,86 л.
- В b = 7,86 / 0,1971 = 39,88 л (2433,63 кубических дюйма).
- f b = 0,8116 * 47 = 38,14 Гц.
- f 3 = 0,6835 * 47 = 32,12 Гц.
- Выбор диаметра 4″. Это означает, что R = 2″
- L v = [(14630000 * 4) / (1454,66 * 2433,63)] – (1,463 * 2) = (58520000 / 3540103,24) – 2,93 = 16,53 – 2,93 = 13,6″
- SQB 3 выравнивание.
- Объем ящика 39,88 л.
- Частота настройки 38,14 Гц .
- f 3 = 32,12 Гц.
- Диаметр порта 4″ .
- Длина порта 13,6″.
Заключение
Подобно Q tc из запечатанных коробок, настройки фазоинвертора работают аналогичным образом. Это похоже на выбор кривой отклика еще до того, как вы сделали коробку. В отличие от закрытого корпуса, у фазоинвертора есть дополнительный элемент (вентилятор) и это не так просто, как выбрать Q 9.0005 tc значение. Драйвер Q ts является важной переменной в этом уравнении и определяет, будет ли выравнивание плоским или неплоским.
Ссылки
- Поваренная книга по дизайну громкоговорителей, 7-е издание, Вэнс Дикасон (Audio Amateur Pubns, 2005). (партнерская ссылка Amazon)
- Источник изображения: ссылка.
Расчет корпуса громкоговорителя с параметром Тиле-Смолла
На этой странице вы можете рассчитать корпус громкоговорителя с параметром Тиле-Смолла. Цвета кривых на диаграммах частотной характеристики, переходной характеристики, групповой задержки и импеданса звуковой катушки имеют следующее значение:
- Черный: Вентилируемая коробка с параметрами Тиле/Смолл (выравнивание по Буллоку).
- Синий: Closed-Box (без наполнителя), совмещенный с параметром Тиле/Смолл и желаемым значением Qtc.
- Красный: любая конструкция вашего шкафа с использованием того же параметра Тиле/Смолл. Вы также можете рассчитать Closed-Box, если сделаете значение диаметра вентиляционного отверстия очень маленьким (например, 0,01).
Малый параметр ТилеВнимание: Вы можете ввести свой собственный параметр Thiele/Small, только если выбран «parameterinput» для выбора динамика. Для отображения диаграмм необходимо заполнить все соответствующие поля (нули отключают кривые).
| Корпус
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Результат: | Вентилируемый бокс | Closed-Box без наполнения | Ваш собственный ящик | Ваш собственный параметр Box для Spice Simulation | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Объем корпуса | 40,19 л | 24,39 литра | 22,22 литра | | | f S =22,22 Гц | V B = 22,22 литра | | | S d =0,00 см 2 |
Резонансная частота | 43,43 Гц | 70,65 Гц | 116,45 Гц | | | V AS =222,20 л | Q L =3,00 | | | X макс. |