Розрахунок короби за параметрами динаміка. Блог › Проста методика налаштування фазоінвертора

Сабвуфер – це важлива частина будь-якої повноцінної акустичної системи. У деяких випадках низькочастотну колонку можна зібрати своїми руками. При цьому потрібно враховувати низку важливих характеристик сабвуфера, щоб колонка звучала так, як треба.

Один з основних параметрів низькочастотної колонки - це розмір корпусу. З матеріалом, з якого буде виконуватися короб, визначитися дуже просто - слід використовувати щільний і твердий матеріал, що добре поглинає звук - наприклад, пресовану деревину середньої щільності. З розмірами все не так просто. Для розрахунку правильних лінійних параметрів коробки використовуються спеціальні програми, якими потрібно навчитися користуватися.

Перш ніж приступати до розрахунку корпусу слід визначитися з типом короба. Він може бути:

відкритим – з фазоінвертором – циліндричним отвором в одній із стінок, що дозволяє звуку краще фокусуватися;
закритим – з повнотілими стінками та герметичним корпусом.

Очевидно, що якість низькочастотної колонки безпосередньо залежить від діаметра динамічного випромінювача – чим він більший, тим краще. Тому колонка за визначенням не може бути маленькою, якщо хочеться досягти максимально якісного звучання. Крім того, форма корпусу має бути строго визначеною – кубічною чи прямокутною. Засвоївши ці базові принципи, можна розпочинати розрахунку розмірів.

Розрахунок закритого корпусу сабвуфера

Якщо правильний динамік вже був підібраний і залишається лише розмістити його у відповідному корпусі, завдання стає дуже простим. Розрахувати короб для низькочастотної колонки за допомогою спеціальної програми- справа нехитра, якщо розібратися в її інтерфейсі. Можна сказати, що значно складніше буде красиво оформити цей короб. В результаті розрахунку повинен вийти ящик з таким обсягом, щоб звук з динаміка, вбудованого в нього, мав максимально прямолінійну амплітудно-частотну характеристику в тому чи іншому приміщенні або всередині салону автомобіля.

Для розрахунку корпусу належить користуватися однією з призначених для цього програм; їх існує безліч, і підійде, в принципі будь-яка. Хороший варіант – JBL SpeakerShop, вона безкоштовна і має нескладний інтерфейс, в якому легко розбереться і недосвідчений користувач. Єдина проблема – програма повністю на англійській мовіщо може стати перешкодою для деяких людей. Втім, якісь особливі знання і не знадобляться - головне, натискати на потрібні кнопки.

Щоб правильно налаштувати програму на розрахунок необхідного короба, необхідно знайти інструкцію або техпаспорт, що додається до низькочастотного динаміка. У ньому потрібно знайти параметри Тіля-Смолла:

Fs – резонансна частота випромінювача, що вимірюється в герцах;
Vas – ефективний об'єм корпусу, що розраховується в літрах;
Qts - добротність динаміка, яка є сукупністю фізичних сил, що виникають поблизу випромінювача в процесі його роботи і пов'язаних з його рухливістю.

У техпаспорті динаміка можна знайти й інші параметри - якщо вони відомі, в програму можна ввести їх, але це зовсім не обов'язково. Для досить точного розрахунку короба достатньо і трьох перерахованих вище показників.

Процес розрахунку

Розрахунок проводиться так:

Чистий об'єм – об'єм корпусу, що не зайнятий нічим. У нього не включається простір, який займає порт фазоінвертора і корпусом випромінювача, а також звукопоглинаючим матеріалом, яким оббиваються стінки ящика зсередини.
Налаштування порту – підбір розмірів фазоінвертора таким чином, щоб за певної частоти (у випадку з сабвуфером – низькою) звук посилювався та отримував лінійну АЧХ.

Розрахунок чистого об'єму корпусу

Діяти належить так само, як і у випадку закритого короба. Відкриваємо програму для розрахунку, вводимо показники Fs, Vas та Qts у відповідні поля. Вибудовуємо розрахункову АЧХ, яку потім змінюємо, підганяючи розрахунковий об'єм корпусу сабвуфера.

До об'єму, що вийшов, слід додати кілька літрів в рахунок об'єму, який буде зайнятий корпусом динаміка і портом фазоінвертора. З динаміком все зрозуміло, але як дізнатись, скільки місця займе фазоінвертор?

Розрахунок порту фазоінвертора

Порт фазоінвертора теж розраховуватиметься за допомогою спеціальної програми – BassPort. Ця програма призначена саме для сабвуфера, так як для низьких частот потрібен фазоінвертор з певними параметрами.

Користуватися програмою нескладно:

вводимо частоту фазоінвертора;
вказуємо чистий об'єм короба;
ефективна площа мембрани випромінювача, для розрахунку якої знадобиться дізнатися діаметр динаміка;
пікова амплітуда коливання дифузора, її можна дізнатись з інструкції до динаміка;
унизу головного вікна вибираємо форму трубки;
вказуємо габарити фазоінвертора;
після натискання на кнопку «розрахувати» програма видасть параметри порту: його довжину, об'єм, який потрібно додати до чистого об'єму короба, швидкість вітру в трубці і т.д.

Розрахунок короби для сабвуфера: відео

Характеристики ящика (фазоінвертора) впливають на звучання динаміка. В автомобільній акустиціНайчастіше цьому не приділяється належна увага, там використовують принцип – чим більше динамік у ящику, тим краще. Фазоінвертор вимагає ретельного налаштування, а не використання підручних матеріалів. Кому ліньки займається підрахунками та вимірами, використовують закритий ящик.

Для розрахунку фазоінвертора застосовують програми моделювання (Bass Port), але для отримання результату потрібно ввести безліч параметрів. І навіть якщо ви їх знаєте, то часто виходить велика розбіжність із кінцевим результатом. З допомогою простого методурозрахунку фазоінвертора, вам не потрібно знати дані для ваших динаміків, ящиків, без складних математичних обчислень та вимірювальних приладів. Методика існує 30 років, похибка лише 5%.

Відмінності фазоінвертора

Кожен динамік має резонансну частоту. При роботі вище за цей показник - виходить хороше звучання, а нижче - рівень тиску падає на 12 дБ на октаву (частоти знижуються вдвічі). Нижньою планкою відтворюваності, вважають рівень 6 дБ. Монтаж динаміка в ящик, підвищується резонансна чистота, за рахунок додаткової пружності повітря. Підвищення резонансної частоти, тягне вгору та нижню межу. Що менше повітря в ящику, то краще пружність і більше показники.

Зробити «велику скриньку», можна не збільшуючи його розмір. Для цього використовують матеріал з демпферними властивостями(Вата). Чим більше його перебувати в ящику, тим нижча частота динаміка. Але коли наповнювача дуже багато, це дає зворотний ефект. Для недосвідчених людей, не важливі добротність скриньки та її розміри. Найчастіше розмір колонки виходить оптимальним.

Фазоінвертор - труба, необов'язково круглої форми, певної довжини, яка має резонанс. Завдяки «другому резонансу» піднімаються показники звукової віддачі колонки. Частота коливання динаміка, що знаходиться в ящику, має бути нижчою, ніж у звичайному стані. Так, компенсується спад та розширюється звучання. Ці показники у фазоінвертора будуть вище на 24 дБ ніж у заритого ящика. Він розширює нижню частоту динаміка.

Щоб уникнути бочкоподібного звучання, показники резонансу не повинні бути вищими ніж у закритої скриньки. Якщо частота занадто низька, то характеристики динаміка падають. У цьому полягає суть налаштування фазоинвертора, щоб отримати позитивний ефект і зіпсувати звучання. І в домашніх умовах можна досягти хорошого звучання з похибкою в 5%.

Розрахунок фазоінвертора

При резонансі, опір звуковий котушкизростає. Для вимірювання, динаміку послідовно підключають резистор, номінал якого вище опору динаміка на порядок, від 100 - до 1000 Ом. При вимірі напруги можна оцінити опір звукової котушки. На частотах, де буде високий опір – напруга на резисторі мінімальна та навпаки.

Нам не важливі абсолютні значення, лише максимальний опір на котушці (мінімальний на резисторі). Для цього скористаємося мультиметром у режимі виміру змінної напруги. Як джерело, професіонали використовують генератор звукових частот. А для нашого завдання підійде спеціальний компакт-диск.

Процес виміру виглядає таким чином:

Отвір фазоінвертора затикається шматком фанери.
Диск із записами звукових частот включається на прийнятну гучність.
Перемикаючи по треках, стежимо за напругою на резисторі, як вона стрибне до мінімуму, от і потрібна частота.

Побічно, підбирається оптимальний обсяг наповнювача для динаміка, поступово додаючи невелику кількість та відстежуючи коливання резонансної частоти. А знайшовши цей параметр, потрібно його помножити на 0,63і вийде необхідна частота для фазоінвертора. Але нам потрібно виміряти довжину, для цього відкриваємо отвір, включаємо тестовий диск із записом. І дивимося на свідчення резистора. Але тепер шукаємо не мінімальний опір, а максимальний. Частота фазоінвертора сильно відрізнятиметься від потрібної. Для підвищення його вкорочують довгу тунелю або збільшують його діаметр.

Розрахунок показників за допомогою програми Bass Port

Інтерфейс програми простий і зрозумілий, всі поля та настрій підписані.

Необхідно ввести ці параметри:

Розрахунок фазоінвертора за методикою журналу «Радіо»

Збираємо схему з генератором звукової частоти та резистором у 1000 Ом, меншу потужність брати не рекомендується. Динаміки розміщуємо далеко від стелі та стін. Підключаємо вольтметр та вимірюємо напругу на частоті 500 Гц. І знаходимо максимальні (Fs) та мінімальні показники (Us). Щоб дізнатися про необхідний обсяг ящика (V), беремо такого ж розміру коробку з діркою під динамік, але не з картону. Встановлюємо динамік та герметизуємо всі отвори. Проводимо вимірювання та обчислюємо Fs. Отримані дані підставляємо формулу: Vas = ((Fs '/ Fs)^2-1)* V.

Для налаштування фазоінвертора закриваємо отвір тунелю і обчислюємо максимальний показник (Fs), додаємо звукопоглинаючий матеріал і знову заміряємо. Отриманий результат додаємо у формулу Fb = 0,63 * Fs. Довжина тунелю обчислюється: LV = 31 * 10 ^ 3 * S / (Fb ^ 2 * V), де S - площа порту фазоінвертора (см ²), а V - обсяг ящика (у літрах).

Фазоінвертор безпосередньо впливає якість звучання акустики. Існує кілька методик розрахунку фазоінвертора, вони однаковий перший етап - замір показників. Використання програмного забезпеченнячасто дає неправильний результат. Також можна скористатися онлайн сервісами, але вони ті ж мінуси.

› Проста методика налаштування фазоінвертора

«Колонкобудування» я почав займатися ще на початку 80-х. Спочатку це був просто «динамік у ящику», але потім, звичайно, я почав вивчати вплив параметрів ящика (і фазоінвертора) на звучання динаміка.

Потрапивши на цей автомобільний сайт, я побачив багато "сабвуферобудівників", і був сильно вражений, що для переважної більшості це просто "динамік у ящику", і чим більше розмірдинаміка та ящика, тим краще. Так, певною мірою, для закритого ящика це правильно. Але не для фазоінвертора.

Фазоінвертор вимагає ретельного налаштування. А що ми бачимо на практиці? Як фазоінвертора люди монтують каналізаційні труби незрозумілої довжини, роблять «щілинні фазоінвертори» за образом: «за цими відмінними розмірами Петя робив», ставлять у своїй зовсім інший динамік. Той, хто не може зробити за нормальним – виготовляє закритий ящик (і правильно робить!).

Звичайно, є такі чудові програми для моделювання акустики, наприклад, JBL SpeakerShop. Але вони вимагатимуть від вас введення безлічі вихідних параметрів. І навіть знаючи ці параметри, розбіжність насправді вийде, просто велика (динамік виявиться зовсім інший, короб трохи відрізняється за розмірами, наповнювача не знаємо, скільки потрібно, фазоінверторна труба трохи інша і т.п.)

Є простий метод для налаштування фазоінвертора, при якій не потрібно знати правильні вихідні дані для ваших динаміків, ящиків, а також не потрібні складні вимірювальні прилади або математичні розрахунки, а також не потрібні дуже складні вимірювальні прилади або математичні розрахунки. Скажу простіше, все вже було давно продумано та перевірено на практиці!

Методика налаштування фазоінвертора, дає похибку 5%. І існує понад 30 років. Я їй користувався ще, будучи школярем.

Для початку потрібно розібратися, чим ящик з фазоінвертором відрізняється від закритого ящика?

Кожен динамік, як механічна система, має власну резонансну частоту. Вище цієї частоти динамік звучить «досить гладко», тоді як нижче – рівень, створюваного ним звукового тиску, падає. Причому падає зі швидкістю 12 дБ на октаву (тобто у 4 рази на дворазове зниження частоти). За «нижню межу відтворюваних частот» прийнято вважати частоту, де рівень падає на 6 дБ (тобто. 2 разу).

АЧХ динаміка у відкритому просторі

Встановивши динамік в ящик, його резонансна частота трохи підвищиться, через те, що до пружності підвісу самого дифузора додасться пружність повітря, що стискається в ящику. Підйом резонансної частоти неминуче потягне за собою вгору і нижню межу відтворюваних частот. Чим менше обсягповітря в ящику, тим вища його пружність, і, отже, вища резонансна частота. Звідси і виникає бажання «зробити ящик побо-о-о-ольше».

Жовта лінія - АЧХ динаміка в закритому ящику

Зробити ящик «більше» певною мірою можна не збільшуючи його фізичні розміри. Для цього ящик заповнюють демпфуючим матеріалом, наприклад, ватою. Не вдаватимемося у фізику цього процесу, але зі збільшенням кількості такого наповнювача, резонансна частота динаміка в ящику знижується (збільшується «еквівалентний обсяг» ящика). Якщо наповнювача буде занадто багато, то резонансна частота починає підвищуватися знову.

Опустимо вплив розмірів скриньки на інші параметри, такі як добротність. Залишимо це досвідченим «колонкобудівникам». У більшості практичних випадків, через обмежений простір, обсяг ящика виходить досить близький до оптимального (ми ж не будуємо колонки розміром з шафу). І сенс статті, не завантажувати вас складними формулами та розрахунками.

Відволіклися. Ну, із закритою шухлядою тепер все ясно, а що ж дає нам фазоінвертор? Фазоінвертор - це «труба» (не обов'язково кругла, можливо і прямокутного перерізу і тонка щілина) причому певної довжини, яка разом з обсягом повітря в ящику має свій резонанс. У цьому «другому резонансі» піднімається звукова віддача колонки. Необхідно вибрати частоту резонансу трохи нижче за частоту резонансу динаміка в ящику, тобто. у тій області, де динаміка починається спад звукового тиску. Таким чином, там, де динаміка починається спад, виникає підйом, який певною мірою цей спад компенсує, розширюючи нижню граничну частоту відтворюваних частот.

Червона лінія – АЧХ динаміка у закритому ящику з фазоінвертором

До речі, нижче частоти резонансу фазоінвертора спад звукового тиску буде крутішим, ніж у закритого ящика і становитиме 24 дБ на октаву.

Отже, фазоінвертор дозволяє розширити діапазон частот, що відтворюються в бік нижніх частот. То як же вибрати частоту резонансу фазоінвертора?

Якщо частота резонансу фазоінвертора буде вищою за оптимальну, тобто. вона буде знаходитися близько до резонансної частоти динаміка в ящику, то ми отримаємо «перекомпенсацію» у вигляді горба на частотній характеристиці. Звучання стане бочкоподібним. Якщо частоту вибрати занадто низьку, то підйом рівня нічого очікувати відчуватися, т.к. на низьких частотах віддача динаміка падає дуже сильно (недокомпенсували).

Блакитні лінії – не оптимальне налаштування фазоінвертора

Це дуже тонкий момент – чи фазоінвертор дасть ефект, чи не дасть нічого, чи, навпаки, зіпсує звучання! Частоту фазоінвертора потрібно вибирати дуже точно! Але де взяти цю точність у гаражно-домашній ситуації?

Насправді, коефіцієнт пропорційності між частотою резонансу динаміка в ящику та частотою резонансу фазоінвертора, у переважній більшості реальних конструкцій становить 0,61 – 0,65, і якщо прийняти його рівним 0,63, то похибка становитиме не більше 5%.

Кому цікаво почитати теорію рекомендую:
1. Виноградова Е.Л. "Конструювання гучномовців зі згладженими частотними характеристиками", Москва, вид. Енергія, 1978
2. «Ще про розрахунок та виготовлення гучномовця», ж. Радіо, 1984 №10
3. «Налаштування фазоінверторів», ж. Радіо, 1986 №8

Тепер перенесемо теорію на практику - так нам ближче.

Як виміряти резонансну частоту динаміка в ящику? Як відомо, на резонансній частоті «модуль повного електричного опору» (Impedance) звукової котушки зростає. Простіше кажучи – опір зростає. Якщо для постійного струмувоно становить, наприклад, 4 Ома, то резонансної частоті воно зросте до 20 - 60 Ом. Як це виміряти?

Для цього, послідовно з динаміком потрібно включити резистор номіналом на порядок вище за власний опір динаміка. Нам підійде резистор номіналом 100 – 1000 Ом. До речі, вимірюючи напругу у цьому резисторі, ми можемо оцінювати «модуль повного електричного опору» звуковий котушки динаміка. На частотах, де опір динаміка буде високим – напруга на резисторі буде найменшою, і навпаки. Тож, а чим виміряти?

Вимірювання імпедансу динаміка

Абсолютні значення нам не важливі, нам потрібно лише знайти максимум опору (мінімум напруги на резисторі), частоти порівняно низькі, тому можна скористатися звичайним тестером (мультиметром) у режимі вимірювання змінної напруги. А де взяти джерело звукових частот?

Звичайно, як джерело краще використовувати генератор звукових частот… Але залишимо це професіоналам. Найпростіше створити компакт-диск із записаними треками звукових частот, створений у будь-якій комп'ютерної програминаприклад, CoolEdit або Adobe Audition. Навіть я, маючи вимірювальні прилади вдома, створив CD на 99 треків, по кілька секунд кожен з рядом частот від 21 до 119 Гц, з кроком 1 Гц. Дуже зручно! Перемикаєш треки – змінюєш частоту. Частота дорівнює номеру треку + 20. Досить просто!

Процес вимірювання резонансної частоти динаміка в ящику виглядає наступним чином: «затикаєте» отвір фазоінвертора (шматком фанери і пластиліном) включає CD на відтворення, встановлюєте прийнятну гучність, і, не змінюючи її, «стрибаєте» по треках і знаходите трек, на якому напружений резисторі буде мінімально. Все тепер частота вам відома.

До речі, паралельно, вимірюючи резонансну частоту динаміка в ящику, ви можете підібрати оптимальну кількість наповнювача для ящика! Поступово додаючи кількість наповнювача, дивіться зміну частоти резонансу. Знаходьте ту оптимальну кількість, при якій резонансна частота буде мінімальною.

Знаючи значення "резонансної частоти динаміка в ящику із заповнювачем" легко знайти оптимальну резонансну частоту фазоінвертора. Просто помножте її на 0,63. Наприклад, отримали резонансну частоту динаміка в ящику 62 Гц – отже оптимальна частота резонансу фазоінвертора буде приблизно 39 Гц.

Тепер «відкриваємо» отвір фазоінвертора, і, змінюючи довжину труби (тунелю) або її переріз, налаштовуємо фазоінвертор на потрібну частоту. Як це зробити?

Так за допомогою того ж резистора, тестера та CD! Тільки слід пам'ятати, що на частоті резонансу фазоінвертора, навпаки, «модуль повного електричного опору» котушки динаміка падає до мінімуму. Тому, шукати вам потрібно не мінімум напруги на резисторі, а, навпаки, максимум – перший максимум, який знаходиться нижче частоти резонансу динаміка в ящику.

Звичайно, частота налаштування фазоінвертора відрізнятиметься від необхідної. І повірте – дуже сильно… Зазвичай у бік низьких частот (недокомпенсація). Для підвищення частоти налаштування фазоінвертора необхідно скорочувати тунель, або збільшувати площу його поперечного перерізу (діаметр). Робити це потрібно потроху, по півсантиметра.

Приблизно так виглядатиме в області нижніх частот модуль повного електричного опору динаміка в ящику з оптимально налаштованим фазоінвертором: