|
ЧАСТЬ 3
Главным достоинством закрытого ящика является его великолепная переходная характеристика (импульсный отклик), обеспечивающая получение натурального, упругого, незатянутого баса, а недостатком — большие искажения вблизи резонансной частоты оформленной головки.
Недостаток легко исправляется в ящике-фазоинверторе, но последний капризен в настройке и к тому же отвратительно ведет себя ниже частоты среза, полностью раздемпфируясь.
Существует множество методик расчета фазоинверторов, основанных на изначальном знании тех или иных параметров головки и преследующих те или иные цели. Учитывая, что наши возможности ограничены, мы представим самую простую методику, при грамотном использовании которой, однако, можно получить вполне приемлемые результаты.
Чтобы понять суть методики, кратко опишем принципы, положенные в ее основу.
Принцип 1. Исходные параметры динамической головки, используемые для расчета, должны быть общепонятными и доступными. В нашем случае это:
- полная добротность головки Qts;
- эквивалентный объем Vas (см. "AM" N 1 (24) 99, с. 141);
- собственная резонансная частота головки на открытом воздухе fs.
Перечисленные параметры указываются в паспорте головки, в ТУ, либо могут быть измерены согласно ГОСТ 16122-88.
Принцип 2. Цель стратегии расчета должна быгь одна, и она должна быть проста. Иначе запутаемся.
Наша цель - получить АЧХ, наиболее близкую к идеальной с точки зрения среднеквадратического отклонения. Заметим, что в зависимости от Qts эти АЧХ могут иметь как монотонный, так и колебательный характер.
Принцип 3. Нам придется смириться с тем, что у рассчитанной акустической системы может не все оказаться благополучно: и объем получиться излишним, и КПД - неважным и т.п.
Ho, это вовсе не означает, что наша методика расчета плоха. Просто исходный набор параметров головки (то есть численные значения Qts, Vas и fs) может быть не очень удачным для ее использования в оформлении "фазоинвертор".
Методика проста.
Первое. Существует единственная добротность головки, когда:
- требуемый объем ящика равен присоединенному Vв = Vfs;
- требуемая частота настройки фазоинвертора равна резонансной частоте головки fв = fs;
- полученная частота среза АЧХ акустической системы тоже равна резонансной частоте головки: fЗАЧХ = fs, = fв.
Эта добротность (Qts) примерно равна 0,39. АЧХ в этом случае имеет чисто баттервортовскую аппроксимацию, а расчет становится тривиальным.
Второе. Если Qts не равно 0,39, то интересующие читателя величины также могут быть вычислены с применением лишь логарифмической линейки:
Vв=Qts2,87*15Vas; fЗАЧХ=Qts-1,43*0,26fs; fв=Qts-0,92*0,42fs.
Нетрудно заметить, что, подставляя в эти формулы Qts = 0,39, получаем предыдущий тривиальный случай.
Надо иметь в виду, что наши формулы не учитывают многих параметров системы. Так, помимо добротности первой колебательной системы — головки (Qts) немалую роль играет добротность второй, именуемая добротностью потерь в корпусе Qt. На эту добротность наибольшее влияние оказывают так называемые "щелевые потери".
 |
Рис. 1. Изменение характера АЧХ
фазоинверсной системы при отклонении от учитываемого в расчетах
("оптимального") значения: а) расчетного объема Vв 6) расчетной
частоты настройки фазоинвертора fв в) собственной добротности Q,
(ошибки в измерении, например); г) имеющейся массы подвижной
системы Mms; д) имеющейся гибкости механического подвеса Ст.
Выбор стратегии построения фазоинверсной акустической системы, нацеленной на
получение максимально гладкой АЧХ, еще не гарантирует получения
требуемого результата. Некоторые важные параметры могут быть
заявлены или измерены недостаточно точно (например, масса
подвижной системы). Некоторые параметры, например такие, как
объем ящика или частота настройки фазоинвертора, могут быть
реализованы с погрешностями. В обоих случаях АЧХ отличается от
желаемой. Как отличается - показывают наши рисунки. Естественно,
от ожидаемого результата отклоняются и другие параметры,
например импульсный отклик |
Обратим внимание на рис. 1, мягко намекающий на возможные последствия ошибок в измерениях и расчетах.
Счастливый обладатечь головки громкоговорителя будет вдвойне счастлив, если Qts и Vas окажутся подходящими для изготовления фазоинвертора. На радостях он неминуемо допустит ошибку в выборе расчетного значения Qts, не учтя какой-нибудь мелочи, например того, что на электрическом входе низкочастотного звена многополоспой акустической системы стоит ФНЧ. Допустив в самом удачном случае 10% ошибки в Qts (например, взяв 0,42 вместо 0,38), автор более чем на 30% просчитается в определении объема, соорудив, например, 135-литровый комод с динамиком вместо 100-литрового. Конечно, имея природную смекалку и догадываясь о возможной ошибке, наш Кулибин будет лишь постепенно отрезать трубу фазоинвертора настраивая его на все более высокую частоту. Если он грамотно выполнит эту процедуру, ему удастся в известной степени исправить ошибку в определении Qts, скажем, в нашем случае чуть снизив fв, но идеальной АЧХ уже не будет.
На первый взгляд все выглядит весьма примитивно. Тиле приводит формулу, однозначно связывающую fв с параметрами фазоннвертора:
где Cо = 340 м/с — скорость звука в воздухе, Sv — площадь фазоинверсного отверстия, Lve — эффективная длина трубы, состоящая из собственно длины Lv и довеска Lvо = 0,825√Sv, образуемого за счет "краевых эффектов".
Анализ представленной зависимости показывает, что условию настройки удовлетворяет целое семейство труб, для которых Sv/Lve = const = Vв(2πfв/C0)2.
Снизу плошадь трубы ограничивается скоростью воздушного потока в ней, которая не должна превышать 4-5% от скорости звука, иначе турбулентность неизбежна. Слишком большие площади могут дать отрицательные значения Lv.
 |
| Рис. 2. Номограмма
расчета ящика-фазоинвертора. Например, если V= Vв = 200 л, f =
fв = 40 Гц, возможны варианты размеров трубы (диаметр d х длина
Lv): а) 15 см х 5 см; б) 20 см х 14 см; в) 30 см х 32 см |
В достаточно широком диапазоне изменений Sv и Lve при Sv / Lve = const можно считать, что изменения в функционировании фаэоинвертора происходят, но не отражаются радикально на звуке, оптимальным же считают вариант, когда Lv = 2√Sv.
При слишком большой длине трубы ( Lv>=C /fs ) в ней может зародиться стоячая волна. Это совсем не подарок и радикально портит звук.
А в остальном - все очень легко, и описанные формулы великолепно иллюстрируются номограммой для расчетов.
Пользоваться номограммой очень просто.
На линии X в логарифмическом масштабе нанесены значения Vв, на линии Y — в обратном порядке fв. Найдите "свои" точки на линиях и соедините их. Продолжите полученную прямую до пересечения с линией Z и поставьте перпендикуляр к линии Zв этой точке (красная линия на рис. 2). Все варианты у вас в кармане! Понятно что номограмму можно распространить вправо - плево - вверх - вниз, но наиболее здравые соотношения она охватывает. Отобрать из них те, которые удовлетворяют введенным ранее ограничениям и рекомендациям, не составит труда.
Любой сможет, вооружившись значениями Qts, Vas, fs, SD, x произвести необходимые вычисления.
Будет ли плодотворен конечный результат - покажет время.
Часть [1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Ирина АЛДОШИНА, Константин НИКИТИН, АудиоМагазин, март 1999, с сокращениями
|
