Четыре секрета расстановки акустических систем [перевод]

Дальнейший тюнинг

Как и любой тюнинг, процесс доработки колонок имеет тенденцию затягиваться и со временем превращаться в любимое увлечение. Возможно, проведенной доработки тебе покажется мало, и ты захочешь большего. А через какое-то время тебе станет интересно, что в принципе возможно выжать из твоей системы.

Более глубокая и тщательная доработка для каждой системы индивидуальна и требует не только большего количества времени и денег, но и наличия определенных знаний. Кроме того, тебе потребуются некоторый опыт в оценке качества звучания на слух, умение выбирать тестовый материал, работать с готовыми тестами (например, FSQ). Если захочешь копнуть глубже, ищи информацию в интернете. Найди единомышленников в сети, напряги поисковые машины раздобыть отсканированные книги и статьи по соответствующей тематике.

Если у тебя установлены небольшие пластиковые колонки, заниматься их доработкой бессмысленно. Даже если твои карманы не набиты деньгами, постарайся для начала разжиться системой долларов за 60-100, чтобы потом выжать из нее максимум. От дешевых пластиковых колонок невозможно добиться чего-то хорошего в принципе.

По законам ценообразования, то, что доходит до розничной продажи, вырастает в цене, как минимум, в три раза. Соответственно, получается, что разработчики акустики за десять долларов тратят на все про все не более трех с половиной долларов.

А все — это усилитель, динамики, корпус, фильтры, блок питания (между прочим, даже маломощный, но качественный БП стоит 5–10 долларов), мелкая ерунда вроде проводов и упаковочных материалов (которые тоже стоят денег).

Инженерам-разработчикам тоже должны были что-то заплатить, из тех же десяти долларов.

Доработка колонок Radiotechnikа S-30b или бюджетный Hi-Fi за смешные деньги.  →
← Доработка колонок S-90

Переделка акорпуса

Помимо доработки электрической цепи полезно заняться корпусами колонок (в системах с сабвуфером, оснащенных малогабаритными сателлитами, есть смысл дорабатывать только корпус сабвуфера). Как правило, они очень далеки от идеала. По идее, они должны быть герметичными, жесткими и правильно рассчитанными — иметь соответствующий параметрам динамика объем. Очень многие корпуса мейнстримовых систем не отвечают ни одному (!) из этих критериев.

В результате такие констролябии гудят (бубнят, как выражаются многие самодельщики) на низких частотах, раздуваются и излучают не заложенные в фонограммы звуки (глазом это не заметно, конечно, но зато заметно на слух), а динамики болтаются и вносят в звук искажения, потому что негерметичные корпуса их не поддерживают. 

Если устранить эти недостатки, прирост качества окажется существенным, примерно таким же заметным, как от смены и доработки блока питания, но иного характера — там мы боролись с переходными искажениями, а здесь снизим уровень линейных и нелинейных искажений.

В первую очередь, разберемся с жесткостью посредством стяжек или распорок. Между верхней и нижней стенками будет более чем достаточно одной распорки, между боковыми, передней и задней стенками неплохо бы установить по две (если корпуса имеют объем около десяти литров и больше).

Другой путь — установить изнутри корпусов в качестве распорок деревянные бруски 15х15 мм, прикрепив их к стенкам с помощью клея и шурупов. Естественно, стоять они должны в распорку.

Если динамики на передней стенке акустической системы расположены близко или, в силу еще каких-то конструктивных особенностей, установить распорку между передней и задней стенками невозможно, ты можешь увеличить жесткость корпуса с помощью деревянных брусков, закрепленных на соответствующих ребрах корпуса (идущих от передней стенки к задней). Не очень эффективное решение, но все-таки это лучше, чем ничего.

Виды фазоинверторов

Порт фазоинвертора — основной элемент корпуса, он может быть круглым (труба) или прямоугольным (щель).

Круглый порт (труба)

Нельзя однозначно сказать какой из этих портов лучше. Делают то, что удобнее или то, что больше нравится. Единственный момент, что в спорте (соревнования по звуковому давлению) чаще используются трубы, так как с их применением проще меняется настройка фазоинвертора, за счет изменения длины порта.

Отдельно стоит отметить такой тип, как пассивный излучатель. Пассивный излучатель (корректней — пассивный отражатель) есть тот же фазоинвертор и принцип его работы тот же. Применяется в тех случаях, когда желаемый порт для ФИ не устраивает по габаритам. В пассивном излучателе вместо порта используется динамик без магнитной системы.

Принцип работы пассивного излучателя

Первые трудности

Первая (и главная) трудность заключается в следующем: если относительно небольшой по объему ящик требуется настроить
на довольно низкую частоту, то, подставив в формулу для длины тоннеля большой диаметр, мы и длину получим большую.
Попробуем подставить диаметр поменьше — и все получается отлично. Большой диаметр требует большой длины, а
маленький — как раз небольшой. Что же тут плохого? А вот что.

Двигаясь, диффузор динамика своей тыльной стороной «проталкивает» практически несжимаемый воздух через
тоннель фазоинвертора. Поскольку объем колеблющегося воздуха постоянен, то скорость воздуха в тоннеле будет во
столько раз больше колебательной скорости диффузора, во сколько раз площадь сечения тоннеля меньше площади
диффузора. Если сделать тоннель в десятки раз меньшего размера, чем диффузор, скорость потока в нем окажется
большой, и, когда она достигнет 25–27 метров в секунду, неизбежно появление завихрений и струйного шума.

Великий исследователь акустических систем Р. Смолл показал, что минимальное сечение тоннеля зависит от диаметра
динамика, наибольшего хода его диффузора и частоты настройки фазоинвертора. Смолл предложил совершенно эмпирическую,
но безотказно работающую формулу для вычисления минимального размера тоннеля:

Формулу свою Смолл вывел в привычных для него единицах, так что диаметр динамика D_s, максимальный ход
диффузора X_max и минимальный диаметр тоннеля D_min выражаются в дюймах. Частота настройки
фазоинвертора — как обычно, в герцах.

Теперь все выглядит не так радужно, как прежде. Очень часто оказывается, что, если правильно выбрать диаметр
тоннеля, он выходит невероятно длинным. А если уменьшить диаметр, появляется шанс, что уже на средней мощности
тоннель «засвистит». Помимо собственно струйных шумов, тоннели небольшого диаметра обладают еще и
склонностью к так называемым «органным резонансам», частота которых намного выше частоты настройки
фазоинвертора и которые возбуждаются в тоннеле турбулентностями при больших скоростях потока.

Столкнувшись с такой дилеммой, читатели ACS обычно звонят в редакцию и просят подсказать им решение. У меня их три:
простое, среднее и экстремальное.

Особенности

Материалы

Требования к материалам и сборке стандартны. Фазоинверторный короб должен быть крепким, герметичным и не давать вибраций. Материал — фанера или МДФ от 18 мм. и толще.

Обратите внимание на то, что все каналы ввода проводов, клеммники и т.п. должны быть надежно загерметизированы, внутренние перегородки (стенки порта) не должны иметь щелей

Скругления порта фазоинвертора

Если щелевой порт длинный и имеет повороты, то в углах могут возникать застойные зоны, для избежания этого изгибы сглаживаются — в результате повышается КПД, так как снижается сопротивление движению воздуха. На слух определить улучшение качества довольно сложно, но для борьбы за высокий результат в звуковом давлении это решение работает.

Варианты сглаживая портов

Концы портов могут раскрываться, на выходе это может устранить паразитные шумы от трения воздуха, но такая проблема встречается не часто. Также за счет раскрывов на обоих концах понижается настройка порта (фазоинвертора), либо уменьшается его длина. То есть для одной и той же настройки порт с с расширениями на концах будет короче прямого и займет меньше объема.

Расширение щелевого порта

Практическое видео по раскатке трубы для порта:

Стоит понимать, что подбор правильной геометрии расширения (раскрыва) — отдельная задача при расчете корпуса фазоинвертора.

Принцип работы фазоинвертора

Фазоинвертор, как корпус с некоторыми отверстиями, позволяет воспроизводить действительно гулкие и громкие басы с хорошими, высокими энергическими показателями реверберации, чего не скажешь о закрытых боксах. Достигается такое высокое качество басов за счет негерметичного корпуса, а также отсутствия каких-либо средств дополнительной обработки звука.

Также в фазоинверторе отсутствует цифровой процессор, а это значит, что единственная особенность этой конструкции – это как раз использование негерметичного корпуса. В большинстве случаев негерметичность достигается тем, что в корпусе делается небольшое отверстие. В этом заключается главное отличие фазоинвертора от закрытых корпусов аудиосистем для транспортного средства.

Пускай у фазоинвертора очень простой и даже немного примитивный дизайн и внешний вид, однако эта простота никак не отображается и не связана с простотой настройки аппарата. Другими словами, в некоторых случаях бывает достаточно сложно правильно настроить фазоинвертор на сабвуфер для того, чтобы получить качественный, сбалансированный и красивый звук при проигрывании музыкальных композиций на выходе.

Главная хитрость фазоинвертора для сабвуфера и его настройки заключается в правильно выбранных габаритах корпусов, а также в правильном подборе отверстий в акустической системе для машины.

Вентиляционные отверстия, на основании использования которых и строится вся работа фазоинвертора, занимаются перенаправлением звуков из задней области конуса, одновременно с этим добавляя к этим звукам тот звук, который исходит от передней части конуса. На основании сочетания этих двух источников звучания при воспроизведении и получается сильно увеличить басы и их громкость.

Подобная схема примечательна и полезна тем, что благодаря ее действию можно использовать очень скромный как по габаритам, так и по показателям внешний усилитель для того, чтобы на выходе получились отличные и качественные результаты звучания.

Еще одно интересное преимущество фазоинверторов, которое будет полезно потребителю, заключается в продолжительном сроке эксплуатации сабвуфера. Это происходит за счет потоков воздуха, охлаждающих динамики.

Фазоинвертор

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

Высокий уровень КПД. Фазоинвертор будет воспроизводить низкие частоты намного громче, чем закрытый ящик;
Несложный расчет корпуса;
Перенастройка в случае необходимости

Это особенно важно для новичков;
Хорошее охлаждение динамика.

Также фазоинвертор имеет и недостатки, число которых больше, чем у ЗЯ. Итак, минусы:

• ФИ громче, чем ЗЯ, но бас здесь уже не такой четкий и быстрый;
• Размеры ФИ короба гораздо больше по сравнению с ЗЯ;
• Большой литраж. Из-за этого готовый короб будет занимать больше места в багажнике.

Исходя из преимуществ и недостатков можно понять, где используются ФИ короба. Чаще всего их используют в инсталляциях, где необходим громкий и выраженный бас. Фазоинвертор подойдет для слушателей любого репа, электронной и клубной музыки. А также он подойдет для тех, кому не нужно свободное место в багажнике, так как короб будет занимать почти все пространство.

ФИ короб поможет получить больше баса, чем в ЗЯ от динамика маленького диаметра. Однако для этого потребуется гораздо больше места.

Какой объем короба требуется для фазоинвертора?

• для сабвуфера диаметром 8 дюймов (20 см) понадобится 20-33 литров чистого объёма;
• для 10-дюймового динамика (25 см) – 34-46 литров,
• для 12-дюймового (30 см) – 47-78 литров,
• для 15-дюймового (38 см) – 79-120 литров
• и для 18-дюймового сабвуфера (46 см) нужно 120-170 литров.

Как и в случае с ЗЯ, здесь даны неточные цифры. Однако в ФИ корпусе можно «играть» с объемом и брать значение меньше рекомендуемых, выясняя при каком объеме сабвуфер играет лучше. Но не стоит слишком сильно увеличивать или ужимать объем, это может привести к потере мощности и выходу динамика из строя. Лучше всего опираться на рекомендации производителя сабвуфера.

От чего зависит настройка ФИ короба

Чем больше объем короба, тем меньше будет частота настройки, скорость баса уменьшается. Если же нужна частота повыше, то объем необходимо уменьшить . Если у вас номинальная мощность усилителя превышает номинал динамика, то объём рекомендуется делать поменьше. Это нужно для того, чтобы распределить нагрузку на динамик и исключить его превышение хода. Если же усилитель слабее динамика то объём короба рекомендуем сделать чуть больше. Это компенсирует громкость из-за недостачи мощности.

Площадь порта также должна зависеть от объема. Средние значения площади порта динамиков следующие:

для 8-дюймового сабвуфера потребуется 60-115 кв.см,

для 10-дюймового – 100-160 кв.см,

для 12-дюймового – 140-270 кв.см,

для 15-дюймового – 240-420 кв.см,

для 18-дюймового – 360-580 кв.см.

Длинна порта так же влияет на частоту настройки сабвуферного короба, чем длиннее будет порт тем ниже настройка короба, чем короче порт соответственно частота настройки выше. При расчете короба для сабвуфера прежде всего необходимо ознакомиться с характеристиками динамика и рекомендуемыми параметрами корпуса. В некоторых случаях производитель рекомендует совершенно иные параметры короба, чем те, которые даны в статье. Динамик может иметь нестандартные характеристики, из-за чего он будет требовать определенного короба. Такие сабвуфер чаще всего встречаются у компаний-производителей Kicker и DD. Однако у других производителей такие динамики также имеются, но в гораздо меньших количествах.

Объёмы даны примерные, от и до. Он в зависимости от динамика будут отличаться, но как правило они будут находиться в одной и той же вилке… К примеру для 12 дюймового сабвуфера это 47-78 литров а порт будет от 140 до 270 кв. см, а как более подробно рассчитать объём, всему этому мы будем учиться в последующих статьях. Надеемся что данная статья ответила вам на ваш вопрос, если у вас есть замечания или предложения вы можете оставить свой комментарий ниже.

Простое решение для небольших проблем

Когда расчетная длина тоннеля получается такой, что он почти помещается в корпусе и требуется лишь незначительно
сократить его длину при той же настройке и площади сечения, я рекомендую вместо круглого использовать щелевой
тоннель, причем размещать его не посреди передней стенки корпуса (как на рис. 6), а вплотную в одной из боковых
стенок (как на рис. 7).

Рис 6. Щелевой тоннель, расположенный далеко от стенок ящика.

Тогда на конце тоннеля, находящемся внутри ящика, будет сказываться эффект «виртуального удлинения»
из-за находящейся рядом с ним стенки. Опыты показывают, что при неизменной площади сечения и частоте настройки
тоннель, показанный на рис. 7, получается примерно на 15% короче, чем при конструкции, как на рис. 6.

Рис 7. Щелевой тоннель, расположенный вблизи стенки. В результате влияния стенки его «акустическая»
длина получается больше геометрической.

Щелевой фазоинвертор, в принципе, менее склонен к органным резонансам, чем круглый, но, чтобы обезопасить себя еще
больше, я рекомендую устанавливать внутри тоннеля звукопоглощающие элементы, в виде узких полосок фетра, наклеенных
на внутреннюю поверхность тоннеля в районе трети его длины. Это — простое решение. Если его недостаточно,
придется перейти к среднему.

Какой динамик подходит для фазоинвертора

Чтобы выбрать сабвуфер для фазоинвертора нужно отталкиваться от параметров Тиля — Смолла (Fs, Qts, Vas). Обычно эти данные есть в документах, но если у вас их нет, то параметры найдутся в интернете.

Для того, что бы понять подходит ли динамик для ФИ проведите не хитрые расчеты. Поделите значение Fs на значение Qts и если ответ получится от 60 и до 100, то такой саб будет оптимальным для фазоинвертора.

К примеру — у динамика SUNDOWN AUDIO E-12 V3 Fs = 32.4 Гц, а Qts = 0.37.

Fs / Qts = 32.4 / 0.37 = 87,6 — такой сабвуфер вполне подходит для ФИ.

Если значение для вашего динамика выходит за пределы диапазона 60-100 возможно стоит подыскать ему другое оформление с помощью этой очень полезной таблички

Обратите внимание на то, что приведенная таблица не запрещает использовать для динамиков корпусы, не соответствующие значению Fs / Qts. Она показывает варианты, которые точно будут хорошо работать

Увеличиваем объем

Если колонки гудят, полезно немного увеличить внутренний объем корпуса (увеличить его значительно просто не получится). Нет, его не требуется растачивать — достаточно положить в него распушенную вату. Но сначала взвесь синтепоновый мат, который уже был внутри корпуса (если производители, конечно, его положили).

На литр объема корпуса должно приходиться 25 грамм синтепона. Недостаточно? Добавь вату, предварительно хорошо распушенную. Нормальное количество — 10–15 грамм на литр. В принципе, можно положить и больше, но это имеет смысл делать только в том случае, если низкочастотное гудение не прекратилось. Ты потеряешь немного баса, но зато и неприятный гул пропадет.

Есть еще одна процедура, но она довольно нудная и не такая эффективная, как описанные выше. Стенки корпуса можно оклеить изнутри войлоком или, на худой конец, ватином. Эта мера позволит снизить количество переотражений звуковых волн внутри корпуса, что приведет к уменьшению вносимых корпусом в звук искажений.

Если решишься на эту процедуру, при креплении материала к стенкам не расходуй слишком много клея, чтобы войлок или ватин не стали плотными и бесполезными. Наноси клей маленькими точками.

Вибрации от перемещения других панелей

В ходе экспериментов, описанных выше, было замечено, что когда одна панель корпуса вибрирует на резонансной частоте, сильные вибрации наблюдаются также и у остальных стенок. Хотя мы анализировали панели корпуса как отдельные пластины, на практике они не разделены, а, напротив, прочно соединены друг с другом по углам корпуса. Возможно возникновение таких мод, которые «задействуют» сразу две и более стенки.

Тем не менее, предыдущие исследования поддерживают вывод, что частоты основных резонансов отдельных панелей наиболее критичны для корпуса в целом. На средних частотах (скажем, от 500 до 1000 Гц для исследованного нами корпуса) некоторые «смешанные» резонансы, затрагивающие более одной панели, несомненно, присутствовали, но их наличие было признано нестабильным.

Основные преимущества и недостатки фазоинверторов

К основным преимуществам фазоинверторов для сабвуферов в транспортных средствах можно отнести следующие:

1. Уменьшение уровня и показателей вибрации и искажений диффузора.
2. Более качественный, четкий и приятный для человеческого восприятия звук. Правда, относится это не к каждому жанру и типу композиций, а к определенным разновидностям музыки. Из-за воздушных потоков, поступающих прямо в отверстие вентиляции, звук будет напоминать небольшой, едва слышимый свист. Этот свист очень похож на тот, который получается, когда человек дует на горлышко пустой бутылки.

К основным преимуществам фазоинверторов для сабвуферов в автомобилях можно отнести следующие:

1. Звуки при воспроизведении композиции, которые получаются при помощи вентиляционных каналов, могут стать причиной причинения вреда, а не пользы, но это относится не ко всем видам музыки, а только к некоторым из них. Как было отмечено выше, фазоинверторы – это тот комплекс в общей акустической системе транспортного средства, который не сможет подойти под абсолютно любую музыку.
2. Фазоинвертор — это достаточно чувствительный вид корпуса, а в особенности его чувствительность распространяется на изменения в климате. Больше всего работа фазоинвертора зависит от таких климатических показателей, как температурные показатели, а также уровень и процент влажности.
3. Фазоинвертор и тип корпуса, как ни странно, способствует физическому переутомлению человека.
4. Из-за постоянного высокого давления внутри корпуса фазоинвертора система должна быть очень прочной. Все это говорит о том, что ее сложнее делать и продавать, а себестоимость входит в итоговый ценник.

Связанные материалы

Ламповые усилители. Методика расчета и конструирования. Климов Д.А….
Ламповые усилители. Методика расчета и конструирования. Климов Д.А., МРБ, 2002г. В книге изложены…

Создание акустических систем в домашних условиях. С.М. Афонин…
Создание акустических систем в домашних условиях. С.М. Афонин Издательство: Эксмо Год издания: 2008…

WinISD Pro — программа расчета акустических систем…
Предназначена для расчета акустических систем фазоинверторного и закрытого типа Эта программа…

Простой пробник-измеритель полевых JFET транзисторов…
Вот уж не думал, что придется развлекаться с полевыми транзисторами. Когда транзисторы попали в…

Высококачественные акустические системы и излучатели. Алдошина И. А., Войшвилло А. Г….
Алдошина И. А., Войшвилло А. Г. Высококачественные акустические системы и излучатели. — М.: Радио и…

LIMP Arta Software: измерение параметров Тиля-Смолла для начинающих…
В интернете много статей на тему измерения параметров динамических головок в домашних условиях, но…

Малогабаритный «военный» трансформатор 400 Гц в преобразователе напряжения из 12 в 220 Вольт…
Для уменьшения веса военной радиоаппаратуры применялась частота питающей сети 400 Гц. При этом…

Простой прибор для подбора пар мощных транзисторов…
Предельно простое, но удобное устройство для подбора пар кремниевых транзисторов средней и большой…

Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. Дьяконов В. П., Максимчук А. А., Ремнев А. М., Смердов В. Ю….
Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. Дьяконов В. П., Максимчук А. А., Ремнев А. М.,…

Coil32 v9.0 — программа для расчета катушек индуктивности…
Всем, кто занимался изготовлением (и ремонтом) приемников, передатчиков, акустических систем, ИБП,…

Transformer: программа расчета маломощного (до 500 Вт) силового трансформатора на частоте 50 Гц…
Предлагаю начинающим очень простую программулину для расчета силовых трансформаторов. Автор…

PepperShredder — Ламповый перегруз для гитары…
Это вольный перевод статьи с сайта www.tube-town.net. Примочка интересна тем, что для анода…