Проекты :: Акустика :: Отличные Басы - это просто.

Отличные Басы - это просто.01/08/2006

Домашнее применение Акустических систем требует от производителей изготовления все более миниатюрных АС с большим БАСом. Самые первые попытки запихать динамик в ящик в конце концов привели к успеху и громадному росту производства АС в закрытом ящике. Но эти ящики были очень большими и нижняя граничная частота динмика в таком оформлении сильно возрастала. Если сделать ящики еще меньше - то на аЧХ неминуемо вырастал горб и это будет мидбасовая АС с горбом на 100 герц = С-90 производства СССР.

Одним из способов "запихать" днамик с высокой добротностью в маленький ящик является специфическое применение резонатора Гельмгольца. Впервые такая вариация применения резонатора Гельмгольца была использована давно на западе и в старых отечественных радиолах Урал и Эстония. По сути это дополнительный пассивный резонатор. Воздух в горловине является колеблющейся массой, а объем воздуха в сосуде играет роль упругого элемента. Основная часть кинетической энергии колебаний оказывается сосредоточенной в горле резонатора, где колебательная скорость частиц воздуха имеет наибольшую величину. Частным сдучаем применения таого резонатора является введение дополнительных потерь трения на выходе горловины. Если увеличить потери в горле или уменьшить сечение горловины, такой резонатор становится режекторным (подавляющим) фильтром, поглощающим энергию внешних колебаний. Самым простым вариантом использования такого варианта резонаторов была перфорированная задняя стенка в ламповых радиолах. Она демпфировала высокодобротные динамики на частоте основного резонанса. В Эстонии 3 был впервые применено дополнительное демпфирование этого резонатора тканью. Это было первое Советское изделие с внешней АС и полноценной ПАС. Внутри этого агрегата стояло последовательно два 10" широкополоснных динамика 6ГДР-1 сопротивлением 1.2 ома каждый. Но какой бас и вообще звук выдает этот агрегат. И сегодня данное техничесое решение может быть отличным вариантом для изготовления среднечастотного звена трехполосных систем при использовании 8-10 дюймовых широкополосников с полной добротсностью 0.7-1. Вот вам и ПАС

Если сзади такого резонатора поместить камеру определенного обьема- это будет режекторный фильтр на определенных частотах, как было сделано в ламповой Эстонии и Симфонии стерео, где выкусывались 100 герц из сигнала - подавление фона лампового усилителя. Сегодня можно с легкостью делать таким образом широкополосное звено в трехполосных системах, ставя широкоплосник без фильтров в паралель с НЧ динамиком и ограничивая его снизу вот таким режекторным фильтром на нижней граничной частоте и заодно - резонансной частоте динамика. С тряпкой или без - это уже по вкусу и от параметров динамика зависит.

Однако есть еще одно очень интересное примененние такого резонатора Гельмгольца с тряпочным демпфированием. Это нагрузка для низкочастотной головки в АС.

В 1955 году английская компания GOODMANS INDUSTRIES, Ltd. Запатентовала "новое акустическое оформление для громкоговорителя".

И назвали его ARU Acoustic Resistance Unit или Акустическое сопротивление. Это по сути было так называемое в Совковой литературе "фазонверторное" оформление. В западной литературе данного термина не применяют - там используется термин Mass loaded и bass reflex cabinet:.. Правильнее наверное использовать термин с нагрузкой в виде резонатора Гельмгольца. Просто горловину порта резонатора Гельмгольца используют с введением дополнительных потерь на выходе из горловины и такой резонатор призван не излучать бас, а снижать резонансную частоту в оформлении и демпфировать подвижную систему на частоте основного резонанса.

И:: никакого мошенничества , но можно заработать на потребителях "таинственных" ARU. Однако это таинственное использование нового- старого резонатора Гельмгольца по сути дает возможность сегодня делать отличные АС закрытого типа (или вернее massloaded или bassreflex (язык не поворачивается назвать ФИ): со звучанием низов как в очень больших АС закрытого типа). Сегодня нет уже и самой компании Goodmans и динамики той поры редкость, да и параметров Тиля-Смолла производитель тогда не оглашал, ограничиваясь магнитной индукцией в зазоре и частотой основного резонанса. Но и одного динамика достаточно, чтобы восполнить этот пробел в информации с учетом вычислительно-измерительных возможностей современных радиолюбителей. Лучшие для того времени низкочастотники и широкополосные динамики имели мощнейший мотор, показатель BL более 10-30, и показатель полной добротности около 0.20 и резонансную частоту около 30 герц, мягкий компрессионный подвес. Эти динамики различных фирм использовались в практически одинаковых ящиках 7-8 кубических футов и все были нагружены подобными резонаторами Гельмгольца. Применение этого подхода позволяло сделать АС размерами примерно шириной 60, высотой 90, глубиной 40см. С нижней граничной частотой порядка 35-40 герц. Что было потом в мире аудио пока вспоминать не будем.. как дошли до полочных кАлонок с ФИ и нижней граничной частотой 20 герц:. типа мультимедиа Бум-Цаца - лучше поговорить отдельно, ни фазочастотные искажения, ни искажение спектра и формы сигнала не нормируется при изготовлении АС - АЧХ и КНИИ на синусе в 1 ватт - вот что главное в современных кАлонках. Это тоже ловкий трюк маркетинга.

Но вернемся к 12 дюймовым стандартам 60х годов. Если не задаваться проблемами достижения высокого уровня SPL и дрессировкой соседей, и ограничится разумными размерами акустических систем в рамках советских Электроник 100АС-063, то сегодня с очень высокой вероятностью успеха можно сделать отличные акустические системы, если не экономить на динамиках. Современная аудиопромышленность для автомобильного применения делает отличные длинноходовые динамики с мощными моторами. Задавшись целью, можно найти аналоги старых систем и среди профессиональных динамиков и динамиков для домашнего применения. Отличительной особенностью таких динамиков является большой линейный ход, высокая чувствительность и мощный мотор. Как правило и цена немаленькая - мощный мотор требует большого и дорогого магнита:

В литературе нет ни математического описания такого резонатора Гельмгольца с высокими потерями ни методики его расчетов. Поэтому данный подход не распространен среди радиолюбителей. Имеется много описаний конструкция 60х годов, где видно, что порт выполнен в виде набора щелевых или круглых вырезов в стенке АС. Общая площадь таких щелевых вырезов находится в пределах 10-50 процентов от эффективной площади излучения динамика и задемпфирована тканью с высокими потерями на трение волокон типа стеклоткани и хб. ткани или льна.

Никакие программы симуляции и моделирования поведения АС не закладывают в свои алгоритмы расчет и поведение таких резонаторов. В электрическом плане это сопротивление, которое подключается в параллель с динамиком и на кривой входного импеданса наблюдается снижение пика резонанса динамика и растягивание этого горба (если конечно настроить их на одну частоту).

Попробуем найти приблизительную методику расчета такого ПАС. Собственная частота резонатора Гельмгольца равна:
F - частота, Гц;
C0 - скорость звука в воздухе (340 м/с);
S - сечение отверстия, м2;
L - длина отверстия, м;
V - объем резонатора, м3.

Если выразить площадь отверстия через диаметр, раскрыть радикалы и сократить, получается выражение для определения диаметра отверстия:

Методика расчета предельно проста. Рассчитываем или измеряем частоту резонанса головки в закрытом корпусе этого объема. Затем рассчитываем на эту частоту Резонатор Гельмгольца , используя желаемую величину массы воздуха в этом резонаторе и толщину стенок АС, которая будет и стенками для резонатора. Желаемая величина воздуха - вот тут и есть видимо взаимосвязь площади ПАС с диаметром диффузора - в идеале как я понимаю, нам нужно запихать в резонатор воздух не менее чем максимально перемещаемый подвижной системой объем воздуха: С учетом геометрических размеров отверстий и толщины стенок корпуса. В теле такого резонатора будет масса воздуха, сопоставимая с массой перемещаемого подвижкой системой.. и предполагается или основываясь на экспериментальных данных, что эти массы как раз и эквивалентны при пощади ПАС около 10% от эффективной площади излучения диффузора. Далее, проводим расчет с учетом того, что мы хотим сделать такой резонатор набором отверстий заданного диаметра или щелей малых размеров. А вот потом уже начинается доводка напильником - корректировка на месте и количества таких минирезонаторов и подбор тряпки - дополнительных потерь в горловине порта по достижению минимума резонансной частоты и горба резонанса (совмещение резонансных частот и оптимизация потерь трения в тряпке). Тут все прикидки только примерные - и настраиваются руками.

Классическое применение такого Резонатора Гельмгольца-ПАС-aperiodic membrane-Variovent -ARU - называйте как хотите сегодня очень перспективно при изготовлении действительно качественных АС для себя, когда сложность конструкции и настройки с лихвой покрывается полученными результатами. Например? Например, это может быть высококачественный сабвуфер, это может быть многополосная АС или отдельное СЧ звено в многополоске. Это может быть и оформление для широкополосника - что с успехом доказала фирма Хелиум. И не случайно некоторые производители наигравшись с классическим в понимании Советского пользователя Фазоинвертором, смотрят снова на названия вариовент, апериодическая мембрана, и т.п. В автомобильной же технике данная вариация резонатора Гельмгольца просто дает потрясающие результаты. В принципе, программа BassBox 6 pro позволяет изменять потери в порте фазоинвертора. Вот примерно что получается при моделировании 12 дюймового динамика с параметрами старого Гудманс Аксиом 301 в ящике из их каталога 170 литров при этом примерные параметры Тиля - Смолла динамика:

Driver Properties
Name: Axiom 301
Type: Standard one-way driver
Company: Goodmans
No. of Drivers = 1
Fs = 30 Hz
Qms = 4.2
Vas = 176.8 liters
Cms = 0.762 mm/N
Mms = 36.94 g
Rms = 1.658 kg/s
Xmax = 11.6 mm
Xmech = 30 mm
P-Dia = 226.9 mm
Sd = 404.2 sq.cm
P-Vd = 0.469 liters
Qes = 0.21
Re = 15.57 ohms
Le = 0.6 mH
Z = 16 ohms
BL = 22.72 Tm
Pe = 100 watts
Qts = 0.2
no = 2.192 %
1-W SPL = 94 dB

Честно говоря, это конечно на глазок все сделано - нужно бы более точно параметры упругости подвеса знать и прочие параметры..., но что есть - то есть. (227мм эффективного диаметра - измерил у реального Гудманса 201) Как сказать программе про overhung намотки катушки и +-10мм линейного хода тоже не знаю.

В данном варианте как раз оптимум получается при суммарной площади отверстий 10% от эффективной площади излучения диффузора и толщине стенок АС 45мм. "ПАС" точно настроена на резонансную частоту динамика. Остальное не совсем понятно - как там регулировать потери в резонаторе и сэмулировать тряпку в данной программе и посмотреть на реальную кривую импеданса и полной добротности с учетом тряпочнонагруженного резонатора : видимо вручную при макетировании.

Параметры ящика: Высота 900, ширина 555 и глубина 35сантиметров. Можно увеличить в высоту, можно сделать золотое сечение и призмы - не важно: важно то, что Goodmans и Wharfedale в 60х годах еще до опубликования трудов Тиля и Смолла точно определяли требуемое и оптимальное оформление для динамиков 7 с копейками кубических футов и около 170 литров объема АС. Абсолютное соответствие конструкций 60 летней давности корпусов и современной программы моделирующей все на основе математических моделей электрических эквивалентов. На основе исходных данных в виде внутреннего объема, я нарисовал в программе BCAD чертежи Акустических систем для широкополосного динамика. НО это может быть и двух и трехполосная система. И с комбинированным басовиком (НЧ+ШП в параллель в одном ящике с разнесением резонансной частоты как это любили делать на Wharfedale в 50-60х годах)

Box Properties
Name:
Type: Vented Box
Shape: (optimum)
Vb = 170 liters
Fb = 32.04 Hz
F3 = 32.19 Hz
Fill = minimal
No. of Vents = 4
Vent shape = rectangle
Vent ends = two flush
Hv = 190 mm
Wv = 5 mm
Lv = 45 mm
QLv = 1

Безусловно, все отталкивается от исходных параметров динамика - но большой линейный ход, исходная резонансная частота около 30 герц и мощный мотор - это осознанная необходимость.

написал: Gajdar
Комментарии

ГД5-4-6-А  18/11/2010 15:25

Великолепно.

Это то, что я искал.

Автору благодарение.


Оставить сообщение
Имя:                                                        E-mail:
 

Сообщение

Антибот (введите 11*1*11, заменив "*" на "-"):