|
ЧАСТЬ 4
Несмотря на то, что многие уверены в возможности аналитического либо машинного расчета трансмиссионной линии (существует даже специальная программа TLBOXMOD), на деле проектирование ее - сплошная эмпирика. Впервые подобные конструкции упоминаются в изданиях 30-х годов, известны эксперименты Бэйли (A. R Bailey) с различными демпфирующими материалами. Так, например, Бэйли выяснил, что лучшими звукопоглощающими материалами являются стопроцентная длинноволокнистая шерсть плотностью около 10 кг/м3, декрон или стекловолокно. Понятно что сейчас, с появлением сверхновых материвлов этот список может быть расширен. Ряд критериев введен Бредбери (А. Т. Bradbury) в 1976 г. Эмпирикой пропитаны и измышления по поводу формы трубы. Замечено, что чистота и плотность баса и слушательское ощущение его натуральности в большой степени зависят от этой самой формы. Обычно площадь сечения трубы, несколько превышающая площадь диффузора, уменьшается очень постепенно и лишь за метр до выходного отверстия уменьшается более резко, до 40-75% от начальной. Этот метр, кстати, часто оставляют свободным от заполнения. Если сужать трубу в небольшой степени, подчеркивание басов увеличивается, но с окраской средних регистров бороться становится труднее. Доводка трансмиссионной линии всегда осуществляется на слух и, как показывает наш опыт прослушиваний, далеко не всегда удачно.
 |
| Рис. 1. Измерение модуля полного сопротивления громкоговорителя |
Дело дошло до измерения параметров Смолла — Тиле. Тем более что в описаниях импортных головок ничего, кроме "The Besl Quality and High Resolution", не вычитать, а в отечественных паспортах частенько можно прочитать Qts = 0.5±0.2" (?!). Подобная характеристика подойдет любой головке.
Проще всего измерить fs и Qts. Для этого собираем схему рис. 1.
Понятно, что в такой схеме реализуется режим генератора тока, и кривая V(f) с большой точностью повторит кривую |Zполн(f)| (рис. 2).
 |
| Рис. 2. |Zполн(f)| НЧ-головки. На постоянном токе значение модуля полного сопротивления минимально, имеет чисто активный характер и равно омическому сопротивлению звуковой катушки. По мере приближения к резонансной частоте fs |Zполн(f)| заметно возрастает, приближаясь к чисто активному Это означает, что ЭДС самоиндукции, наведенная в звуковой катушке, колеблющейся в магнитном поле, противодеиствует приложенному к ее выводам напряжению. Поэтому не следует удивляться, что протекающий в звуковой катушке ток на fs минимален: мы имеем дело со структурой, эквивалентной параллельному колебательному контуру. |
Особенно, если головка не дребезжит, ничего не касается (подвешена) или хотя бы устойчиво укреплена вдали от отражающих поверхностей. А уж где резонансная кривая, там и резонансная частота fs и добротность Оts=f1Uo/(f2-f1)VUm причем значения f1, f2, Uo, Um легко определить из рис. 2.
Чуть сложнее дело обстоит с Vas. Тут понадобится ящичек, желательно прочный и не очень маленький, объемом V.
Приладив (просто плотно прислонив) к нему головку (рис. 3), вновь измеряем fрез = fс.
Тогда Vas = Vс((fс/fs)^2 - 1). однако при условии, что ящик не очень большой и fс > 2fs, то есть Vas > Vc. Хотя, кстати, это условие не кажется мне столь уж принципиальным.
История исследования и разработок всего того, о чем мы еще не написали — VarioVent, лабиринт, полосовой резонатор, трансмиссионная линия и т.д.,— это история борьбы с недостатками фазоинвертора. Я видела и слышала плохие и хорошие фаэоинверторы, плохие и хорошие устройства, представленные в других оформлениях. Невероятно трудно решить комплексную задачу оптимального выбора акустического оформления (с технической, экономической, конъюнктурной точек зрения). Но иметь представление о научных подходах к решению этой задачи необходимо.
 |
| Рис. 3. Измерение эквивалентного объема |
VarioVent (по-русски — корпус с панелью акустического сопротивления, ПАС) — первая серьезная попытка избавиться от проблем закрытого ящика, не прибегая к трубе фазоинвертора.
У закрытого ящика есть одна большая проблема. Частота резонанса головки в нем fс заметно выше, чем fs, так как fс = fs(Vas/Vc + 1)0,5 - что легко видеть из предыдущей формулы, связываюшей эти параметры. И иа этой частоте головка может повести себя весьма недостойно — раскачаться в резонансе так, что потом проволоку от звуковой катушки будете с ушей сматывать.
Бороться с ушами ... можно, только снижая добротность колебательной системы на частоте резонанса. Наиболее целесообразно это делать, внося потери в упругую среду — скажем, плотно заполняя внутренность акустической системы волокнистым материалом.
Однако существует еще одни путь, аналогичным образом отражающийся на эквивалентной схеме устройства. Это панель акустического сопротивления. Она представляет собой плотный "сэндвич" из волокнистого материала толщиной в несколько сантиметров. Он закрывает отверстие в корпусе, которое теперь уже и не является фазоинверсным.
 |
| Рис. 4. Корпус с панелью акустического сопротивления |
Грубо говоря, у воздуха есть возможность просачиваться через войлок ПАС, правда, с большим "напрягом". Этот процесс и обеспечивает внесение в систему столь необходимых потерь (рнс. 4).
Корпус, как и в случае закрытого ящика, заполняется волокнистым материалом, но путь от головки до ПАС остается свободным.
Как правило, ПАС не рассчитывают, так как не имеют достоверной модели войлочного сэндвича. Объем акустической системы выбирается тот же, что был рассчитан для закрытого ящика.
Звучание при хорошо выполненной ПАС упругое, сочное, хотя бас далеко не так увесист, как при использовании фазоинвертора того же объема.
Лабиринт - еще один представитель устройств, созданных в порыве борьбы с резонансным характером закрытого ящика и фазоинвертора. Но с этим "зверем" нам придется познакомиться подробнее. Лабиринт и трансмиссионная линия — это такие акустические устройства, которые не могут быть описаны эквивалентной схемой с сосредоточенными параметрами, как описывается, например, фазоинвертор. Здесь становятся важными не только объем, но и линейные размеры устройства.
 |
| Рис. 5. Излучающая "четвертьволновая" труба |
Для начала рассмотрим трубу, для которой L >> d (рис. 5). С левой стороны у трубы есть поршень, правая сторона открыта.
Если, начиная с нулевой частоты, поршень колеблется все быстрее и быстрее, то отыщется частота f = Со/4L, на которой открытый конец трубы начнет активно излучать; здесь Со — скорость звука.
Действительно. Поршень двигается, создавая рядом с собой зону максимума звукового давления. У открытого конца трубы в любом случае давление равно нулю, но при L = Со/4f ("четвертьволновая труба") на открытом конце трубы образуется максимум колебательной скорости воздуха. Этот максимум позволяет устройству успешно отдавать энергию с открытого конца, что на языке акустиков будет означать следующее: диффузор на частоте резонанса (f= Со/4L) будет задемпфирован, задняя его стенка, обращенная к трубе, будет испытывать то же, что и задняя стенка диффузора головки, оформленной в фазоинвертор. Частота f должна настраиваться на резонанс головки (то есть длина L выбирается в зависимости от резонансной частоты головки), что, впрочем, характерно и для фазоинвертора.
 |
| Рис. 6. Акустический лабиринт. В отличие от традиционных акустических систем вся масса воздуха в лабиринте оказывается соколеблющейся с диффузором. Это эквивалентно снижению резонансной частоты головки |
Итак, читатель уже, наверное, понял, что корпус с лабиринтом (рис. 6) на резонансной частоте добивается того же результата, что и фазоинвертор, но другим путем.
Кстати, на подобном принципе основаны не только акустические системы. Кларнет, например, типичный представитель семейства четвертьволновых резонаторов. Тот конец, в который дуют, можно считать закрытым... Тот воздух, который продувают в кларнет, нужен для возбуждения колебаний "язычка", играющего роль поршня. Дальше все ясно. Полная противоположность кларнету — орган. Там есть трубы, где дуют наискосок в открытый конец. А противоположный конец — закрыт.
Что характерно, повелением на частоте резонанса сходство лабиринта и фазоинвертора ограничивается. Выше резонанса фазоинверторное отверстие оказывает на процессы все более и более ограниченное действие, труба же благополучно звучит на частотах 3Cо/4L, 5Cо/4L, 7Cо/4L и т. д.
Не знаю, как в кларнете, но в акустической системе типа "лабиринт" эти резонансы считаются побочными, и с ними борются традиционными методами, то есть демпфированием с помощью звукопоглощающих материалов.
Сравним лабиринт и фазоинвертор.
Во-первых. На частоте резонанса они схожи. Заранее трудно сказать, чей объем окажется меньше, фазоинвертора Vв = 15Vas * Qts2,87 или лабиринта VL = ndL. где d — диаметр диффузора, L=Cо/4f. Все зависит от параметров головки.
Во-вторых. Ниже резонанса оба "раздемнфируются". Причем фазоинвертор ведет себя явно хуже, это легко объяснить.
В-третьих. Выше резонанса фазоинвертор ведет себя все более похоже на закрытый ящик, а лабиринт — на задемпфированную на побочных резонансах трубу.
Неполное демпфирование (гашение) резонаисов на нечетных гармониках частоты настройки нередко приводит к окрашиванию звучания, кстати, крайне неприятному. Окончательное решение технологического и коммерческого вопроса в пользу фазоинвертора или лабиринта базируется на многих привходящих параметрах. Важными из них могут быть либо одни, либо другие, в зависимости от ситуации. Следует учитывать и тот факт, что сушестиуюг пристрастия: хочет, например, клиент лабиринт...
Если лабиринт еще поддается какому-то анализу и расчету, то в большинстве источников описания трансмиссионной линии содержат фразу типа: "Принцип действия трансмиссионной линии схож с таковым у лабиринта, хотя основные процессы не поддаются аналитическим методам анализа...".
Не буду это оспаривать. Есть разные методы. Но об одном сказать надо: большинство посвященных как лабиринту, так и трансмиссионной линии литературных нсточников,попавшихся нам при работе над статьей, друг другу противоречили.
Итак, отличия трансмиссионной линии от лабиринта следующие.
1. Площадь сечения трубы у трансмиссионной линии оказывается переменной - она максимальна в районе диффузора и постепенно спадает к порту (отверстию на противоположном конце трубы).
2.Внутренний объем трубы трансмиссионной линии довольно плотно заполняется волокнистым материалом. Помимо функции звукопоглощения на побочных резонансах заполнение позволяет укоротить трубу, так как резко снижает эффективную скорость звука. Многие считают, что трансмиссионная линия скорее эффективно борется с излучением задней стороны диффузора, нежели пытается использовать его, как это делает фазоинвертор.
Отличие трансмиссионной линии от лабиринта во многом условное, терминологическое. Оба устройства - представители одного и того же типа оформления. Субъективно звучание трансмиссионной линии может оказаться очень симпатичным. Эффективная борьба с резонансными явлениями при отсутствии (если повезет) среднечастотного окрашиватгая способствует созданию достоверного, не бубнящего звучания. Многие ассоциируют звучание трансмиссионной линии с "английским звуком". Действительно, именно в Англии популярность подобного рода акустических оформлений весьма велика. В отличие от Штатов, например. Лично мне хорошо выполненные трансмиссионные линии нравятся на симфонической музыке, особенно при наличии литавр и контрабасов пиццикато...
Далее - корпус типа "полосовой резонатор" и рупорные излучатели. И с басами будет покончено. По крайней мере с тем, где они живут.
Часть [1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Ирина АЛДОШИНА, Константин НИКИТИН, АудиоМагазин, апрель 1999, с сокращениями
|
