Как рассчитать фазоинвертор сабвуфера
Простая методика настройки фазоинвертора
«Колонкостроительством» я начал заниматься ещё в начале 80-х. Вначале это был просто «динамик в ящике», но затем, конечно, я принялся изучать влияния параметров ящика (и фазоинвертора) на звучание динамика.
Попав на этот автомобильный сайт, я увидел много «сабвуферостроителей», и был сильно поражён, что для подавляющего большинства это просто «динамик в ящике», и чем больше размер динамика и ящика, тем лучше. Да, в некоторой степени, для закрытого ящика это верно. Но никак не для фазоинвертора…
Фазоинвертор требует тщательной настройки. А что мы видим на практике? В качестве фазоинвертора люди монтируют канализационные трубы непонятной длины, делают «щелевые фазоинверторы» по образу: «по этим отличным размерам Петя делал», ставят при этом совсем другой динамик. Тот, кто не может сделать по нормальному – изготавливает закрытый ящик (и правильно делает!).
Конечно же, есть такие отличные программы для моделирования акустики, к примеру, JBL SpeakerShop. Но они потребуют от вас введения множества исходных параметров. И даже зная эти параметры, расхождение в реальности получится, просто большое (динамик окажется совсем другой, короб немного различается по размерам, наполнителя не знаем, сколько нужно, фазоинверторная труба немного другая и т.п.)
Есть простой метод для настройки фазоинвертора, при которой не потребуется знать правильные исходные данные для ваших динамиков, ящиков, а также не требуются сложные измерительные приборы или математические расчёты, а также не потребуются очень сложные измерительные приборы или же расчёты математические. Скажу проще, всё уже было давно продумано и проверено на практике!
Методика настройка фазоинвертора, даёт погрешность 5%. И существует более 30-ти лет. Я ей пользовался еще, будучи школьником.
Для начала, нужно разобраться, чем ящик с фазоинвертором отличается от закрытого ящика?
Каждый динамик, как механическая система, обладает собственной резонансной частотой. Выше этой частоты динамик звучит «довольно гладко», а вот ниже – уровень, создаваемого им звукового давления, падает. Причём падает со скоростью 12 дБ на октаву (т.е. в 4 раза на двукратное снижение частоты). За «нижнюю границу воспроизводимых частот» принято считать частоту, на которой уровень падает на 6 дБ (т.е. в 2 раза).
Установив динамик в ящик, его резонансная частота немного повысится, из-за того, что к упругости подвеса самого диффузора добавится упругость сжимаемого в ящике воздуха. Подъём резонансной частоты неминуемо «потянет за собой» вверх и нижнюю границу воспроизводимых частот. Чем меньше объём воздуха в ящике, тем выше его упругость, и, следовательно, выше резонансная частота. Отсюда и возникает желание «сделать ящик побо-о-о-ольше».
Сделать ящик «побольше» в некоторой степени можно не увеличивая его физические размеры. Для этого ящик заполняют демпфирующим материалом, например, ватой. Не будем вдаваться в физику этого процесса, но по мере увеличения количества такого наполнителя, резонансная частота динамика в ящике понижается (увеличивается «эквивалентный объём» ящика). Если же наполнителя будет слишком много, то резонансная частота начинает повышаться снова.
Опустим влияние размеров ящика на другие параметры, такие как добротность. Оставим это опытным «колонкостроителям». В большинстве практических случаев, из-за ограниченного пространства, объём ящика получается довольно близкий к оптимальному (мы же не строим колонки размером со шкаф). И смысл статьи, не загружать вас сложными формулами и расчётами.
Отвлеклись. Ну, с закрытым ящиком теперь всё ясно, а что же даёт нам фазоинвертор? Фазоинвертор – это «труба» (не обязательно круглая, может быть и прямоугольного сечения и узкая щель) причём определённой длины, которая совместно с объёмом воздуха в ящике обладает собственным резонансом. На этом «втором резонансе» поднимается звуковая отдача колонки. Необходимо выбрать частоту резонанса немного ниже частоты резонанса динамика в ящике, т.е. в той области, где у динамика начинается спад звукового давления. Таким образом, там, где у динамика начинается спад, возникает подъём, который в какой-то степени этот спад компенсирует, расширяя нижнюю граничную частоту воспроизводимых частот.
Кстати, ниже частоты резонанса фазоинвертора спад звукового давления будет круче, чем у закрытого ящика и составит 24 дБ на октаву.
Следовательно, фазоинвертор позволяет расширить диапазон воспроизводимых частот в сторону нижних частот. Так как же выбрать частоту резонанса фазоинвертора?
Если частота резонанса фазоинвертора будет выше оптимальной, т.е. она будет находиться близко к резонансной частоте динамика в ящике, то мы получим «перекомпенсацию» в виде выпячивающегося горба на частотной характеристике. Звучание станет бочкообразным. Если частоту выбрать чересчур низкую, то подъём уровня не будет чувствоваться, т.к. на низких частотах отдача динамика падает слишком сильно (недокомпенсировали).
Это очень тонкий момент – или фазоинвертор даст эффект, или не даст ничего, или, наоборот, испортит звучание! Частоту фазоинвертора необходимо выбирать очень точно! Но где взять эту точность в гаражно-домашней ситуации?
На самом деле, коэффициент соразмерности между частотой резонанса динамика в ящике и частотой резонанса фазоинвертора, в подавляющем большинстве реальных конструкций составляет 0,61 – 0,65, и если принять его равным 0,63, то погрешность составит не больше 5%.
Кому интересно почитать теорию рекомендую:
1. Виноградова Э.Л. «Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками», Москва, изд. Энергия, 1978
2. «Ещё о расчёте и изготовлении громкоговорителя», ж. Радио, 1984, №10
3. «Настройка фазоинверторов», ж. Радио, 1986, №8
Теперь перенесём теорию на практику – так нам ближе.
Как же измерить резонансную частоту динамика в ящике? Как известно, на резонансной частоте, «модуль полного электрического сопротивления» (Impedance) звуковой катушки возрастает. Проще говоря – сопротивление возрастает. Если для постоянного тока оно составляет, к примеру, 4 Ома, то на резонансной частоте оно вырастет до 20 — 60 Ом. Как это измерить?
Для этого, последовательно с динамиком нужно включить резистор номиналом на порядок выше собственного сопротивления динамика. Нам подойдёт резистор номиналом 100 – 1000 Ом. Кстати, измеряя напряжение на этом резисторе, мы можем оценивать «модуль полного электрического сопротивления» звуковой катушки динамика. На частотах, где сопротивление динамика будет высокое – напряжение на резисторе будет наименьшим, и наоборот. Так, а чем измерить?
Абсолютные значения нам не важны, нам нужно лишь найти максимум сопротивления (минимум напряжения на резисторе), частоты сравнительно низкие, поэтому можно воспользоваться обычным тестером (мультиметром) в режиме измерения переменного напряжения. А где взять источник звуковых частот?
Конечно, в качестве источника лучше использовать генератор звуковых частот… Но оставим это профессионалам. Проще всего создать компакт-диск с записанными треками звуковых частот, созданный в какой-либо компьютерной программе, например, CoolEdit или Adobe Audition. Даже я, имея измерительные приборы дома, создал CD на 99 треков, по несколько секунд каждый, с рядом частот от 21 до 119 Гц, с шагом 1 Гц. Очень удобно! Переключаешь треки – меняешь частоту. Частота равна номеру трека + 20. Довольно просто!
Процесс измерения резонансной частоты динамика в ящике выглядит следующим образом: «затыкаете» отверстие фазоинвертора (куском фанеры и пластилином) включаете CD на воспроизведение, устанавливаете приемлемую громкость, и, не изменяя её, «прыгаете» по трекам и находите трек, на котором напряжение на резисторе будет минимально. Всё – теперь частота вам известна.
Кстати, параллельно, измеряя резонансную частоту динамика в ящике, вы можете подобрать оптимальное количество наполнителя для вашего ящика! Постепенно добавляя количество наполнителя, смотрите изменение резонансной частоты. Находите то оптимальное количество, при котором резонансная частота будет минимальная.
Зная значение «резонансной частоты динамика в ящике с заполнителем» легко найти оптимальную резонансную частоту фазоинвертора. Просто-напросто умножьте её на 0,63. К примеру, получили резонансную частоту динамика в ящике 62 Гц – следовательно, оптимальная частота резонанса фазоинвертора будет примерно 39 Гц.
Теперь «открываем» отверстие фазоинвертора, и, изменяя длину трубы (тоннеля) или её сечение, настраиваем фазоинвертор на требуемую частоту. Как это сделать?
Да с помощью того же резистора, тестера и CD! Только нужно не забывать, что на частоте резонанса фазоинвертора, наоборот, «модуль полного электрического сопротивления» катушки динамика падает до минимума. Поэтому, искать вам нужно не минимум напряжения на резисторе, а, наоборот максимум – первый максимум, который находится ниже частоты резонанса динамика в ящике.
Конечно, частота настройки фазоинвертора будет отличаться от требуемой. И поверьте – очень сильно… Обычно, в сторону низких частот (недокомпенсация). Для повышения частоты настройки фазоинвертора нужно укорачивать тоннель, либо увеличивать площадь его поперечного сечения (диаметр). Делать это нужно понемногу, по полсантиметра…
Примерно так будет выглядеть в области нижних частот модуль полного электрического сопротивления динамика в ящике с оптимально настроенным фазоинвертором:
Вот, и вся методика. Очень просто, и в то же время, даёт довольно правильный результат.
Как рассчитать ФИ(фазоинвертор).Пособие для новичков 2
Приветствую всех, кто читает эту статью.По просьбам некоторых товарищей продолжаю тему с расчетами.Раз сказал, что напишу, то делаю)До сего момента не было времени да и порой желания писать.Но это всё небольшое отступление.Перейдем непосредственно к расчетам.Итак, начнем.
Повторюсь, В ПРОГРАММЕ МЫ РАССЧИТЫВАЕМ ЧИСТЫЙ ОБЪЕМ КОРПУСА, А ЭТО ЗНАЧИТ БЕЗ УЧЕТА ОБЪЕМА САМОГО ДИНАМИКА, ТО ЕСТЬ К ОБЪЕМУ КОТОРЫЙ МЫ ПОЛУЧИМ В ПРОГРАММЕ НУЖНО ПРИБАВИТЬ И ОБЪЕМ САМОГО ДИНА.
Нам нужны:
1)Прога JBL SpeakerShop,опять повторюсь, что может наблюдаться некорректная работа программы на ОС, таких как Vista и 7
2)Основные характеристики дина, а именно Vas, Fs и Qts(если есть и другие, то конечно же вводим и их)
В первую очередь нужно поставить галочку около значка «автомобиль», с этого момента мы начинаем учитывать передаточную функцию салона, короче говоря, мы строим ящик для авто.
Далее нажимаем в верхней строке кнопку File затем New Design и получаем это окошко
Здесь и вводим все параметры, которые есть для нашего динамика.Основные три я подчеркнул.
Вводим, в моем случае это дин Ural as-d12.3
После ввода параметров нажимаем Accept
Видим следующее.
Нас интересует область, выделенная красным, это область ФИ
Программа выдает нам параметры Optimum, внизу этого столбца есть кнопка Plot, нажимаем ее.
Получаем график АЧХ, здесь не все так просто с «идеальным» АЧХ, как я писал в ЗЯ, тут зависит от Ваших предпочтений и желаний, для SPL на АЧХ характерен горб на определенной частоте, для более меломанского короба, нужно стараться выровнять АЧХ и тем самым убрать этот страшный и ненужный порой горб, и сделать короб более универсальным.Но следует учесть, что и настройку короба программа в оптимальном варианте считает сама, а это нам не нужно.
Такой график получился в моем случае
Если график, который у Вас получился устраивает, то далее переходим к расчету порта.Порт высчитывается так:Sp = (0.7 x Sd x Xmax x F) /1000
Sp — площадь порта, кв.см
Sd — площадь диффузора, кв.см
Xmax — максимальный ход диффузора в одну сторону, мм
F — частота настройки порта
Если нет, то продолжаем дальше.Нажимаем на Сustom и видим это окошко
Красным выделено поле, в котором уточняется, будете ли Вы заполнять короб материалом, и 4 варианта-нет, минимальное заполнение, среднее и максимальное.
Желтое поле-объем корпуса, который мы можем менять
Синее-частота настройки, здесь мы и выбираем желаемую настройку короба
Зеленое-нижний диапазон частот, с которого короб начнет отыгрывать, зависит от частоты настройки короба
Сделаем короб, близкий к универсальному с настройкой в 38 Гц, методом проб и ошибок строим нужный нам график АЧХ, объем при этом у меня вышел 45 литров
Сверху обведены данные короба который мы строим, т.е. его объем 45 литров ЧИСТЫМИ, частота настройки, и частота с которой короб начнет играть без потерь.В нашем случае короб начнет играть от 33 и до 54-55Гц, вполне универсально.
Далее переходим к постройке порта.Жмем сверху Bоx затем Vent
Нас интересует область, выделенная желтым, то есть область Custom.Синим отмечено количество портов.Так как есть 2 варианта ФИ щель и труба, то программа предоставляет нам право выбора.Если мы используем трубу, то нам нужно поставить галочку в зеленом квадрате, этим мы выбираем порт представленный трубой.
С нее и начнем.
Я выбрал 1 порт, значит ставлю цифру 1 в поле, обведенное желтым, затем ставлю галочку на Diameter, этим я выбрал трубу, и в поле, обведенное синим, ввожу диаметр трубы в сантиметрах, возьмем 10см говнотрубу.
И программа автоматически выдает мне длину трубы на 29 см.
Для ФИ с трубой вроде всё и готово.Думаю объем сможете высчитать, т.к. это формулы еще со школы.КСТАТИ, ОБЪЕМ ПОРТА ТОЖЕ НУЖНО УЧИТЫВАТЬ ПРИ ПОСТРОЕНИИ, ТО ЕСТЬ В НАШЕМ СЛУЧАЕ К 45 ЛИТРАМ ПРИБАВЛЯЕМ 4 ЛИТРА ОБЪЕМА ДИНАМИКА И ПЛЮС 2.3 ЛИТРА ОБЪЕМ ПОРТА.ИТОГО 51.3 ЛИТРА.А ТАМ УЖ ПОДГОНЯЙТЕ ПОД СВОЙ БАГАЖНИК И ДИАМЕТР ДИНА.
Теперь разберемся с щелевым портом.
Здесь я тоже выбираю 1 порт, и ставлю галочку уже на Area, этим выбираем щелевой порт.Затем в первом поле, где мы раньше вводили диаметр трубы, вводим площадь порта, для 45 думаю 140 кв.см будет достаточно.И программа выдает нам длину уже 56 см.В этом случае грязный объем короба выходит=45+4+объем порта около 7.8 литра=56.8 литров.
АЧХ меняться от вида порта не будет, с помощью кнопки Cursor, правее от кнопки Clear, вы можете пробежаться по графику и посмотреть начало, пик и конец АЧХ, в нашем случае пик выходит на 44 Гц.
Ну вот вроде и всё рассказал.За дополнениями, отзывами и пожеланиями обращайтесь в комменты.Ну и по традиции кое-что уточню:
1)Это пособие для новичков, т.е. не все нюансы учтены, но для обычной системы всё устроит, потому что профи умеют считать и сами)))
2)Вы можете следовать моим советам, а можете нет, всё на Вашей ответственности и совести.
Как рассчитать ФИ(фазоинвертор).Пособие для новичков 2
Приветствую всех, кто читает эту статью.По просьбам некоторых товарищей продолжаю тему с расчетами.Раз сказал, что напишу, то делаю)До сего момента не было времени да и порой желания писать.Но это всё небольшое отступление.Перейдем непосредственно к расчетам.Итак, начнем.
Повторюсь, В ПРОГРАММЕ МЫ РАССЧИТЫВАЕМ ЧИСТЫЙ ОБЪЕМ КОРПУСА, А ЭТО ЗНАЧИТ БЕЗ УЧЕТА ОБЪЕМА САМОГО ДИНАМИКА, ТО ЕСТЬ К ОБЪЕМУ КОТОРЫЙ МЫ ПОЛУЧИМ В ПРОГРАММЕ НУЖНО ПРИБАВИТЬ И ОБЪЕМ САМОГО ДИНА.
Нам нужны:
1)Прога JBL SpeakerShop,опять повторюсь, что может наблюдаться некорректная работа программы на ОС, таких как Vista и 7
2)Основные характеристики дина, а именно Vas, Fs и Qts(если есть и другие, то конечно же вводим и их)
В первую очередь нужно поставить галочку около значка «автомобиль», с этого момента мы начинаем учитывать передаточную функцию салона, короче говоря, мы строим ящик для авто.
Далее нажимаем в верхней строке кнопку File затем New Design и получаем это окошко
Здесь и вводим все параметры, которые есть для нашего динамика.Основные три я подчеркнул.
Вводим, в моем случае это дин Ural as-d12.3
После ввода параметров нажимаем Accept
Видим следующее.
Нас интересует область, выделенная красным, это область ФИ
Программа выдает нам параметры Optimum, внизу этого столбца есть кнопка Plot, нажимаем ее.
Получаем график АЧХ, здесь не все так просто с «идеальным» АЧХ, как я писал в ЗЯ, тут зависит от Ваших предпочтений и желаний, для SPL на АЧХ характерен горб на определенной частоте, для более меломанского короба, нужно стараться выровнять АЧХ и тем самым убрать этот страшный и ненужный порой горб, и сделать короб более универсальным.Но следует учесть, что и настройку короба программа в оптимальном варианте считает сама, а это нам не нужно.
Такой график получился в моем случае
Если график, который у Вас получился устраивает, то далее переходим к расчету порта.
Порт высчитывается так: Sp = (0.7 x Sd x Xmax x F) /1000
Sp — площадь порта, кв.см
Sd — площадь диффузора, кв.см
Xmax — максимальный ход диффузора в одну сторону, мм
F — частота настройки порта
Если нет, то продолжаем дальше.Нажимаем на Сustom и видим это окошко
Красным выделено поле, в котором уточняется, будете ли Вы заполнять короб материалом, и 4 варианта-нет, минимальное заполнение, среднее и максимальное.
Желтое поле-объем корпуса, который мы можем менять
Синее-частота настройки, здесь мы и выбираем желаемую настройку короба
Зеленое-нижний диапазон частот, с которого короб начнет отыгрывать, зависит от частоты настройки короба
Сделаем короб, близкий к универсальному с настройкой в 38 Гц, методом проб и ошибок строим нужный нам график АЧХ, объем при этом у меня вышел 45 литров
Сверху обведены данные короба который мы строим, т.е. его объем 45 литров ЧИСТЫМИ, частота настройки, и частота с которой короб начнет играть без потерь.В нашем случае короб начнет играть от 33 и до 54-55Гц, вполне универсально.
Далее переходим к постройке порта.Жмем сверху Bоx затем Vent
Нас интересует область, выделенная желтым, то есть область Custom.Синим отмечено количество портов.Так как есть 2 варианта ФИ щель и труба, то программа предоставляет нам право выбора.Если мы используем трубу, то нам нужно поставить галочку в зеленом квадрате, этим мы выбираем порт представленный трубой.
С нее и начнем.
Я выбрал 1 порт, значит ставлю цифру 1 в поле, обведенное желтым, затем ставлю галочку на Diameter, этим я выбрал трубу, и в поле, обведенное синим, ввожу диаметр трубы в сантиметрах, возьмем 10см говнотрубу.
И программа автоматически выдает мне длину трубы на 29 см.
Для ФИ с трубой вроде всё и готово.Думаю объем сможете высчитать, т.к. это формулы еще со школы.КСТАТИ, ОБЪЕМ ПОРТА ТОЖЕ НУЖНО УЧИТЫВАТЬ ПРИ ПОСТРОЕНИИ, ТО ЕСТЬ В НАШЕМ СЛУЧАЕ К 45 ЛИТРАМ ПРИБАВЛЯЕМ 4 ЛИТРА ОБЪЕМА ДИНАМИКА И ПЛЮС 2.3 ЛИТРА ОБЪЕМ ПОРТА.ИТОГО 51.3 ЛИТРА.А ТАМ УЖ ПОДГОНЯЙТЕ ПОД СВОЙ БАГАЖНИК И ДИАМЕТР ДИНА.
Теперь разберемся с щелевым портом.
Здесь я тоже выбираю 1 порт, и ставлю галочку уже на Area, этим выбираем щелевой порт.Затем в первом поле, где мы раньше вводили диаметр трубы, вводим площадь порта, для 45 думаю 140 кв.см будет достаточно.И программа выдает нам длину уже 56 см.В этом случае грязный объем короба выходит=45+4+объем порта около 7.8 литра=56.8 литров.
АЧХ меняться от вида порта не будет, с помощью кнопки Cursor, правее от кнопки Clear, вы можете пробежаться по графику и посмотреть начало, пик и конец АЧХ, в нашем случае пик выходит на 44 Гц.
Ну вот вроде и всё рассказал.За дополнениями, отзывами и пожеланиями обращайтесь в комменты.Ну и по традиции кое-что уточню:
1)Это пособие для новичков, т.е. не все нюансы учтены, но для обычной системы всё устроит, потому что профи умеют считать и сами)))
2)Вы можете следовать моим советам, а можете нет, всё на Вашей ответственности и совести.
Расчёт и настройка фазоинвертора акустической системы
Как правильно спроектировать фазоинвертор? Какой должна быть частота резонанса фазоинвертора? Какими должны быть длина и диаметр? Онлайн калькулятор размеров тоннеля фазоинвертора.
Фазоинвертор (с точки зрения акустики) – это порт (труба, щель и т. д.) в корпусе акустической системы, обеспечивающий расширение воспроизводимого НЧ – диапазона за счёт резонанса этого порта на частоте более низкой, чем резонансная частота динамика.
Использование фазоинверторного типа даёт возможность не только расширить нижний частотный диапазон закрытого ящика, но и повысить коэффициент полезного действия. Тоннель фазоинвертора может выполняться различной формы и размещаться – на любой поверхности колонки.
При разработке акустической системы крайне важно правильно выполнить расчёт фазоинверторного короба, так как от этого зависит не только диапазон воспроизводимых частот, но и качество всего звука в целом.
Давайте индифферентно отнесёмся к многообразию теоретических аспектов, описывающих физику процессов в данном типе акустики, а сразу ответим на вопрос: «А почему, собственно?». Такой вопрос может возникнуть у энтузиаста, который рассчитал размеры фазоинвертора по известной формуле из умной книжки и убедился в её несостоятельности в процессе неудачного практического опыта!
Напрягаться сильно не придётся, потому как синьор Жан-Пьеро Матараццо (авторитетный специалист в области профессиональной акустики) уже помог нам разобраться в этом актуальном вопросе.
Вот что уважаемый итальянский специалист-акустик написал в статье «Теория и практика фазоинвертора»:
Рис.1 Конструкции фазоинверторов с тоннелем в виде трубы
Одним из наиболее часто встречающихся пожеланий в электронной почте автора является – привести «магическую формулу», по которой читатель ACS мог бы сам рассчитать фазоинвертор. Это, в принципе, нетрудно. Фазоинвертор представляет собой один из случаев реализации устройства под названием «резонатор Гельмгольца» (Рис.1 а). Частоту настройки резонатора Гельмгольца (или фазоинвертора, что одно и то же) можно рассчитать по формуле:
где: Fb – частота настройки (Гц), с – скорость звука (344 м/с), S – площадь сечения тоннеля (кв. м), L – длина тоннеля (м), V – объем ящика (куб. м), π = 3,14.
Эта формула действительно магическая, в том смысле, что настройка фазоинвертора не зависит от параметров динамика, который будет в него установлен. Объём ящика и размеры тоннеля частоту настройки определяют раз и навсегда. Всё, казалось бы, дело сделано.
Приступаем.
Пусть у нас есть ящик объёмом 50 л. Мы хотим превратить его в корпус фазоинвертора с настройкой на 50 Гц. Диаметр тоннеля решили сделать 8 см. По только что приведённой формуле частота настройки 50 Гц получится, если длина тоннеля будет равна 12,05 см. Аккуратно изготавливаем все детали, собираем их в конструкцию, как на Рис.1 б), и для проверки измеряем реально получившуюся резонансную частоту фазоинвертора.
И видим, к своему удивлению, что она равна не 50 Гц, как полагалось бы по формуле, а 41 Гц. В чем дело и где мы ошиблись? Да нигде. Наш свежепостроенный фазоинвертор оказался бы настроен на частоту, близкую к полученной по формуле Гельмгольца, если бы он был сделан, как показано на Рис.1 в). Этот случай ближе всего к идеальной модели, которую описывает формула: здесь оба конца тоннеля «висят в воздухе», относительно далеко от каких-либо преград. В нашей конструкции один из концов тоннеля приближается к стенке ящика. Для воздуха, колеблющегося в тоннеле, это небезразлично, из-за влияния «фланца» на конце тоннеля происходит как бы его виртуальное удлинение. Фазоинвертор окажется настроенным так, как если бы длина тоннеля была равна 18 см, а не 12, как на самом деле.
Казалось бы, если тоннель полностью разместить снаружи ящика, Рис1.а) – справа, у нас получается резонатор Гельмгольца в чистом виде. Однако на практике и тут существует эмпирическая зависимость «виртуального удлинения» тоннеля в зависимости от его размеров.
Для круглого тоннеля, один срез которого расположен достаточно далеко от стенок ящика (или других препятствий), а другой находится в плоскости стенки, это удлинение приблизительно равно 0,85D.
Теперь, если подставить в формулу Гельмгольца все константы, ввести поправку на «виртуальное удлинение», а все размеры выразить в привычных единицах, окончательная формула для длины тоннеля диаметром D, обеспечивающего настройку ящика объёмом V на частоту Fb, будет выглядеть так:
Здесь частота Fb – в герцах, объем V – в литрах, а длина L и диаметр D тоннеля – в миллиметрах, как нам привычнее.
Геометрические размеры тоннеля имеют свои ограничения. 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 Ds, максимальный ход диффузора Xmax и минимальный диаметр тоннеля Dmin выражаются в дюймах. Частота настройки фазоинвертора – как обычно, в герцах.
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 ещё и склонностью к так называемым «органным резонансам», частота которых намного выше частоты настройки фазоинвертора и которые возбуждаются в тоннеле турбулентностями при больших скоростях потока.
Когда расчётная 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 аналогичной площади, причём размещать его не посреди передней стенки корпуса, как на Рис.2 а), а вплотную в одной из боковых стенок, как на Рис.2 б).
Рис.2 Конструкции фазоинверторов с щелевыми тоннелями
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.2 б), получается примерно на 15% короче, чем при конструкции, как на Рис.2 а).
Щелевой фазоинвертор, в принципе, менее склонен к органным резонансам, чем круглый, но, чтобы обезопасить себя ещё больше, я рекомендую устанавливать внутри тоннеля звукопоглощающие элементы, в виде узких полосок фетра, наклеенных на внутреннюю поверхность тоннеля в районе трети его длины.
Дальнейшего снижения длины тоннеля можно добиться использованием фазоинверторов конической, экспоненциальной форм, а также формы в виде песочных часов. Поскольку подобные технологии конструктивно сложны и не нашли широкого распространения в радиолюбительской практике, то и рассматривать их в рамках данной статьи мы не станем. А лучше сдобрим пройденный материал парой онлайн считалок, позволяющих рассчитать трубчатые и щелевые фазоинверторы без излишнего напряга, калькулятора и деревянных счёт.
Но сначала зададимся резонным вопросом: а на какую резонансную частоту следует настраивать фазоинвертор?
Ответ очень прост – на оптимальную частоту. Если частота резонанса фазоинвертора будет выше оптимальной, т. е. она будет находиться близко к резонансной частоте динамика в закрытом ящике, то мы получим на АЧХ выпячивающий горб, вследствие чего звучание будет бочкообразным.
Если частоту выбрать чересчур низкой, то подъём НЧ уровня не будет чувствоваться, т. к. на этой частое отдача динамика окажется слишком слабой и усиливать окажется нечего.
Таким образом – частоту резонанса фазоинвертора следует выбрать немногим ниже частоты резонанса динамика в закрытом ящике, т. е. в той области, где у динамика происходит некоторый спад звукового давления. Этот спад компенсируется подъёмом фазоинвертора, что, в конечном итоге, приведёт к расширению нижней границы воспроизводимых частот.
В большинстве реальных конструкций – частота резонанса фазоинвертора составляет 0,61. 0,65 от частоты резонанса динамика в закрытом ящике.
КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ДИАМЕТРА И ПЛОЩАДИ СЕЧЕНИЯ ТОННЕЛЯ ФАЗОИНВЕРТОРА
Диаметр тоннеля – величина, имеющая практический смысл только для фазоинверторов круглого сечения Площадь сечения – характеризует как трубчатые, так и щелевые фазоинверторы.
Рассчитаем длину тоннеля фазоинвертора по объёму ящика, резонансной частоте фазоинвертора и диаметру/ площади сечения тоннеля:
РАСЧЁТ ДЛИНЫ ТОННЕЛЯ ФАЗОИНВЕРТОРА
Посчитанная длина тоннеля верна как для цилиндрических фазоинверторов, так и для щелевых фазоинверторов, находящихся на значительном расстоянии от стенки. Если щелевой фазоинвертор расположен вплотную к одной из стенок, как на Рис.2 б), то его длину следует укоротить на 15%.