Сабвуфер своими руками

• 
• 

Подробности

Категория: Статьи

Опубликовано 03.06.2014 13:12

Просмотров: 3097

Часть 1 - Вступление

Не знаю, что двигает людей делать сабвуры и акустику, наверно на это есть несколько причин:

1) Экономия денег стоящий саб будет стоить не меньше 300$

2) Наверное самая важная причина, на мой взгляд: т.к. Саб делаешь сам – то можно его рассчитать и сделать максимально правильно и тем самым достигнуть высоких звуковых качеств. Ведь не факт, что даже дорогая бытовая техника имеет самые высокие технические характеристики, зачастую производители их просто завышают, так же имеет место применение более дешевых компонентов для снижения себестоимости и т.д. и т.п.

3) Желание сделать своими руками и потом гордится результатами проделанной работы

 

Прежде чем приступить к самостоятельной постройке сабвуфера, нужно определиться, для каких целей он нужен – просто для домашнего кинотеатра для озвучки фильмов, прослушивании музыки или для того и другого. Также надо учитывать характеристики акустической системы в связке с которой он работает.

Например, если сабвуфер вам нужен по большому счету, чтобы компенсировать недостатки Вашей недорогой стереосистемы, то возможно Вас устроит вариант недорогого и относительно компактного сабвуфера. А если у Вас серьезная акустика, то Вам нужен более качественный сабвуфер, бюджет постройки которого будет соответственно больше.

Также нужно учитывать и мощность существующей акустической системы – мощность сабвуфера должна быть примерно полтора-два раза выше.

По поводу воспроизводимого частотного диапазона. Считается, что человек слышит звуки в диапазоне 20-20000 Гц. Качественная стереосистема должна воспроизводить диапазон частот 40-20000Гц. А сабвуфер по определению (от ангийсокго SubWoofer, Sub – под, ниже и Woofer – низкочастотный (НЧ) динамик, т.е. динамик, громкоговоритель воспроизводящий частоты ниже НЧ) должен воспроизводить звук еще на ниже. Из приведенной ниже таблицы распределения звукового низкочастотного диапазона видно, что даже качественная акустика не охватывает нижнею часть диапазона, т.е нижний бас, а выполнять эту задачу как раз и должен сабвуфер

 

Деление звукового НЧ диапазона

 

Качественный сабвуфер в идеале должен охватывать частотный диапазон от 25 до 160-200Гц. Но моделей сабвуферов способных воспроизвести звук с нижней границей 20Гц очень мало и стоят они очень дорого. Нормальный сабвуфер должен иметь нижнюю воспроизводимую границу не выше 30Гц.

Еще возвращаясь к цели назначения сабвуфера, не следует заблуждаться, что качественный и мощный сабвуфер может иметь компактные габариты, такие как у многих недорогих домашних кинотеатров: сабвуфер объемом меньше 20л и 5 миниатюрных пластиковых колонок (саттелитов). Такая акустическая система 5.1 предназначена для просмотра кино со озвучиванием далекого от качественного. В ней саттелиты зачастую оснащены одним небольшим широкополосным динамиком, воспроизводящих диапазон в основном от 100-150Гц до 16-18кГц, т.е. диапазон значительно сужен по сравнению с необходимым 40Гц-20кГц. Сабвуфер кроме выполнения своего прямого предназначения – воспроизведения низкочастотных звуковых эффектов (взрывов, ударов, раскатов грома и т.п.) вытягивает низы которые не вытягивают сателлиты.

Не существует компактных моделей с густым и сочным басом. Те же модели, которые по сравнению с другими имеют небольшие размеры, теряют в громкости и качестве звука. Качественный сабвуфер имеет достаточно большие размеры, как правило не менее 50л, достаточно большой низкочастотый динамик и большой вес. Применение динамиков большого диаметра обусловлено тем, что динамик с диафрагмой (рабочей частью динамика, которая своим колебательным движением приводит в движение воздух и создает звуковые волны) большой площади приводит в движение большее количество воздуха и более эффективен, к тому же большие динамики имеют большую чувствительность.

 

Итак с чего начать? Прежде всего с низкочастотного динамика. Если его нет, это даже хорошо, т.к. можно подобрать наиболее подходящий.

 

Рассмотрим два возможных варианта:

1. Если у Вас уже есть динамик, то нужно измерить его электро-механические характеристики или параметры Тиля-Смолла.

После чего выполнить при помощи специальных программ расчеты характеристик будущего сабвуфера, и если эта головка подходит для сабвуфера, наконец приступить к его изготовлению.

 

2. Если у Вас нет еще динамика, то присматриваем несколько динамиков, находим или берем у продавца их параметры Тилля-Смола. Рассчитываем характеристики сабвуферов для всех динамиков и принимаем решение какой динамик выбрать.

После покупки динамика обязательно самостоятельно измеряем его параметры Тиля-Смолла, ведь указанные производителем характеристики в большинстве случаев могут отличаться от фактических. Особенно это правило обязательно для динамиков производства СССР (яркий пример - популярный динамик 75-ГДН имеет колоссальный разброс параметров). Потом уже выполняем расчет сабвуфера и его сборку.

 

Основные электромеханические параметры динамиков

 

Для выбора динамика необходимо знать как можно больше его электромеханических параметров. Минимум данных это так называемые параметры Тиля-Смолла:

 

- Резонансная частота динамика Fs

- Полная добротность Qts

- Эквивалентный объем Vas

 

Если же вы не знаете хотя бы одного из этих параметров, или у вас нет возможности измерить их, то не имеет смысла браться за этот динамик – ничего толкового в результате не получится. Также для постройки хорошего сабвуфера не пытайтесь найти готовые решения и чертежи сабвуферов, к сожалению таковые можно найти в Интернете.

 

 

Резонансная частота Fs

Резонансная частота - это частота резонанса динамика без какого-либо акустического оформления т.е. в открытом пространстве. Как и любая система, динамик имеет частоту собственного резонанса. На ней амплитуда сигнала усиливается резонансом динамика. Из-за резонанса в звуке появляются искажения. Она так и измеряется - динамик подвешивают в воздухе на возможно большем расстоянии от окружающих предметов, так что теперь его резонанс будет зависеть только от его собственных характеристик - массы подвижной системы и жесткости подвески.

Бытует мнение, что чем ниже резонансная частота, тем лучше выйдет сабвуфер. Это верно только отчасти, для некоторых конструкций излишне низкая частота резонанса - помеха. Для ориентира: низкая - это 20 - 25 Гц. Ниже 20 Гц - редкость. Выше 40 Гц - считается высокой, для сабвуфера.

 

Полная добротность. Qts

Добротность - соотношение упругих и вязких сил, существующих в подвижной системе динамика вблизи частоты резонанса. Подвижная система динамика во много сродни подвеске автомобиля, где есть пружина и амортизатор. Пружина создает упругие силы, то есть накапливает и отдает энергию в процессе колебаний, а амортизатор - источник вязкого сопротивления, он ничего не накапливает, а поглощает и рассеивает в виде тепла. То же самое происходит при колебаниях диффузора и всего, что к нему прикреплено. Высокое значение добротности означает, что преобладают упругие силы. Это - как автомобиль без амортизаторов. Достаточно наехать на камешек и колесо начнет прыгать, ничем не сдерживаемое. Прыгать на той самой резонансной частоте, которая присуща этой колебательной системе. Применительно к громкоговорителю это означает выброс частотной характеристики на частоте резонанса, тем больший, чем выше полная добротность системы. Самая высокая добротность, измеряемая тысячами - у колокола, который в результате ни на какой частоте, кроме резонансной звучать не желает, благо еще, что этого от него никто и не требует.

Популярный метод диагностики подвески машины покачиванием - не что иное как измерение добротности подвески кустарным способом. Если теперь привести подвеску в порядок, то есть прицепить параллельно пружине амортизатор, накопленная при сжатии пружины энергия уже не вся вернется обратно, а частично будет загублена амортизатором. Это - снижение добротности системы.

Теперь опять вернемся к динамику. С пружиной у динамика все, вроде бы, ясно. Это - подвеска диффузора. А амортизатор? Амортизаторов - целых два, работающих параллельно. Полная добротность динамика складывается из двух: механической и электрической. Механическая добротность определяется главным образом выбором материала подвеса, причем в основном - центрирующей шайбы, а не внешнего гофра, как иногда полагают. Больших потерь здесь обычно не бывает и вклад механической добротности в полную не превышает 10 - 15%. Основной вклад принадлежит электрической добротности. Самый жесткий амортизатор, работающий в колебательной системе динамика - это ансамбль из звуковой катушки и магнита. Будучи по своей природе электромотором, он как и полагается мотору, может работать как генератор и именно этим и занят вблизи частоты резонанса, когда скорость и амплитуда перемещения звуковой катушки - максимальны. Двигаясь в магнитном поле, катушка вырабатывает ток, а нагрузкой для такого генератора служит выходное сопротивление усилителя, то есть практически - ноль. Получается такой же электрический тормоз, каким снабжены все электрички. Там тоже при торможении тяговые двигатели заставляют работать в режиме генераторов, а нагрузка их - батареи тормозных сопротивлений на крыше. Величина вырабатываемого тока будет, естественно, тем больше, чем сильнее магнитное поле, в котором движется звуковая катушка. Получается, что чем мощнее магнит динамика, тем ниже, при прочих равных, его добротность. Но, конечно, поскольку в формировании этой величины участвуют и длина провода обмотки, и ширина зазора в магнитной системе, окончательный вывод только на основании размера магнита было бы делать преждевременно. Низкой считается полная добротность динамика меньше 0,3 - 0,35; высокой - больше 0,5 - 0,6.

Чем выше добротность, тем больше амплитуда колебаний возле частоты резонанса и тем больше искажений звука. От добротности динамика зависит поведение на резонансной частоте всей системы. Если добротность системы ниже 0,7, то бас выигрывает в четкости, но частью диапазона придется пожертвовать. Когда же добротность системы выше указанного значения, удается получить еще несколько герц, но в ущерб качеству: на АЧХ образуется горб, да и четкость баса страдает.

 

Эквивалентный объем. Vas

Это объем при котором упругость воздуха в ящике та же, что и у подвеса динамика. Большинство современных головок громкоговорителей основано на принципе "акустического подвеса". Концепция акустического подвеса заключается в установке динамика в такой объем воздуха, упругость которого сопоставима с упругостью подвеса динамика. При этом получается, что в параллель к уже имеющейся в подвеске пружине поставили еще одну. Эквивалентным объемом будет при этом такой, при котором вновь появившаяся пружина равна по упругости уже имевшейся. Величина эквивалентного объема определяется жесткостью подвеса и диаметром динамика. Чем мягче подвес, тем больше будет величина воздушной подушки, присутствие которой начнет беспокоить динамик.

То же происходит с изменением диаметра диффузора. Большой диффузор при одном и том же смещении будет сильнее сжимать воздух внутри ящика, тем самым испытывая большую ответную силу упругости воздушного объема. Именно это обстоятельство зачастую определяет выбор размера динамика, исходя из имеющегося объема для размещения его акустического оформления. Большие диффузоры создают предпосылки для высокой отдачи сабвуфера, но требуют и больших объемов. У эквивалентного объема интересные родственные связи с резонансной частотой, без осознания которых легко промахнуться. Резонансная частота определяется жесткостью подвеса и массой подвижной системы, а эквивалентный объем - диаметром диффузора и той же жесткостью.

В результате возможна такая ситуация: предположим, имеется два динамика одинакового размера и с одинаковой частотой резонанса. Но только у одного из них это значение частоты получилось вследствие тяжелого диффузора и жесткой подвески, а у другого - наоборот, легкого диффузора на мягком подвесе. Эквивалентный объем у такой парочки при всей внешней схожести может различаться очень существенно, и при установке в один и тот же ящик результаты будут драматически различны.

 

Часть 2 - Основные типы акустического оформления

 

Теперь рассмотрим три основных типа оформления корпусов (ящиков, боксов), используемых в акустических системах (колонках, громкоговорителях), в т.ч. и в сабвуферах (как одного из типов АС, а точнее НЧ АС).

Но для начала немного о предназначении и функции какого бы то ни было ящика. Акустическая головка излучает звук не только "вперед" но и назад, при этом фронтальная и тыловая звуковые волны противоположны по фазе. В связи с этим, существует термин "акустическое замыкание" при котором волны с обеих сторон диффузора складываются и (если они противоположны по фазе) гасят друг друга. В этом случае в идеале вы вообще ничего не услышите, на практике же звук будет, но очень далеким от оригинала.

Ящик акустической системы, позволяет это замыкание ликвидировать и придать звуку требуемые характеристики по мощности и частоте.

 

Закрытый ящик (ЗЯ) - sealed box.

Это наиболее простой в изготовлении тип акустического оформления АС. Колебания в таком ящике находятся в закрытом объеме и в конечном итоге гасятся. Но поскольку звуковая волна это энергия, то затухая она превращаются в тепло. И хотя количество этого тепла невелико оно все же оказывает влияние на характеристики акустической системы. (теплея воздух расширяется и повышает жесткость системы). Для предотвращения этого эффекта ЗЯ заполняют изнутри звукопоглощающим материалом, который, поглощая звук поглощает и тепло. Повышение температуры воздуха становится намного меньше и динамику "кажется" что позади него существенно больший объем чем на самом деле. На практике таким способом удается добиться увеличения "акустического" объема ящика по сравнению с геометрическим на 15-20%.

При всей простоте этой конструкции она обладает многими достоинствами.

Во-первых, простота расчета характеристик. Здесь есть всего один параметр - объем.

Во-вторых, во всем диапазоне частот колебания диффузора сдерживаются упругой реакцией воздушного объема. Это существенно снижает вероятность перегрузки динамика и его механических повреждений. Не знаю, насколько утешительно это звучит, но у заядлых любителей баса динамики в закрытых ящиках, бывает, горят, но практически никогда не "выплевываются".

В-третьих, при грамотном выборе параметров головки и объема для нее закрытый ящик не имеет себе равных в области импульсных характеристик, в значительной мере определяющих субъективное восприятие басовых нот.

Естественный вопрос теперь - так в чем же подвох? Если все так хорошо, зачем нужны все остальные типы акустического оформления? Подвох один-единственный. К.П.Д. У закрытого ящика он – наименьший по сравнению с любым другим типом акустического оформления. При этом, чем меньше нам удастся сделать объем ящика, при сохранении этого же рабочего частотного диапазона, тем меньше будет его эффективность. Нет более ненасытной твари, в смысле подводимой мощности, чем закрытый ящик малого объема, поэтому-то динамики в них, как и было сказано, хоть и не выплевываются, но горят нередко.

 

Фазоинвертор (ФИ) - vented box.

Фазоинвертор - следующий по распространенности тип акустического оформления. ФИ более гуманен по отношению к излучению тыловой стороны диффузора. В фазоинверторе часть энергии, которая в закрытом ящике "ставится к стенке" используется в мирных целях. Для этого внутренний объем ящика сообщается с окружающим пространством тоннелем, заключающим в себе некоторую массу воздуха. Величина этой массы выбирается таким образом, чтобы, в сочетании в упругостью воздуха внутри ящика создать вторую колебательную систему, получающую энергию от тыльной стороны диффузора и излучающую ее куда нужно и в фазе в излучением диффузора. Такой эффект достигается в не очень широком диапазоне частот, от одной до двух октав, но в его пределах к.п.д. существенно возрастает.

Помимо более высокого к.п.д. фазоинвертор обладает еще одним важнейшим достоинством - вблизи частоты настройки значительно уменьшается амплитуда колебаний диффузора. Это может на первый взгляд показаться парадоксом - как наличие здоровенной прорехи в корпусе громкоговорителя может сдержать движение диффузора, но, тем не менее, это - факт жизни. В своем рабочем диапазоне фазоинвертор создает для динамика совершенно тепличные условия, причем точно на частоте настройки амплитуда колебаний минимальна, а большая часть звука излучается тоннелем. Допустимая подводимая мощность здесь максимальна, а искажения, вносимые динамиком - наоборот, минимальны. Выше частоты настройки тоннель становится все менее и менее "прозрачным" для звуковых колебаний, за счет инерции заключенной внутри него воздушной массы, и громкоговоритель работает как закрытый. Ниже частоты настройки происходит обратное: инерция тоннеля постепенно сходит на нет и на самых низких частотах динамик работает практически без нагрузки, то есть как будто его вынули из корпуса. Амплитуда колебаний быстро возрастает, а вместе с ней и риск выплевывания диффузора или повреждения звуковой катушки от удара о магнитную систему. В общем, если не предохраняться, поход за новым динамиком становится реальной перспективой.

Средством предохранения от таких неприятностей, помимо осмотрительности в выборе уровня громкости, служит использование фильтров инфранизких частот (сабсоников). Отрезая часть спектра, где все равно никакого полезного сигнала не содержится (ниже 20-25Гц), такие фильтры не дают диффузору идти в разнос с риском для собственной жизни и Вашего бумажника.

Фазоинвертор существенно более капризен к выбору параметров и настройке, поскольку выбору, под конкретный динамик, подлежат уже три параметра: объем ящика, поперечное сечение и длина тоннеля. Тоннель очень часто делают так, чтобы у уже готового сабвуфера можно было регулировать длину тоннеля, меняя частоту настройки.

 

Полосовой громкоговоритель -bandpass.

–Третий тип сабвуфера, довольно часто используемый в автоустановках (хотя и реже, чем два предыдущих) - полосовой громкоговоритель, он же бэндпасс (bandpass, БП). Если закрытый ящик и фазоинвертор требует использования– фильтров верхних частот, то полосовой, как и вытекает из названия - объединяет в себе фильтры верхних и нижних частот. Простейший полосовой громкоговоритель - одинарный 4-го порядка (single vented). Он состоит из закрытого объема, т.н. задней камеры и второго, снабженного тоннелем, как у обычного фазоинвертора (передняя камера). Динамик установлен в перегородке между камерами так, что обе стороны диффузора работают на полностью или частично замкнутые объемы - отсюда и термин "симметричная нагрузка".

Бэндпасс 6-го порядка (показан на правом рисунке) также состоит из двух камер, только теперь каждая камера оснащена своим тоннелем или как еще говорят портом или ФИ. Каждая камера имеет свою частоту настройку ФИ, т.е. различные по размерам тоннели.

Из традиционных конструкций полосовой громкоговоритель, в любом варианте - чемпион по эффективности. При этом эффективность прямо связана с шириной полосы пропускания. Частотная характеристика полосового громкоговорителя имеет вид колокола. Путем выбора соответствующих объемов и частоты настройки передней камеры, можно построить сабвуфер с широкой полосой пропускания, но ограниченной отдачей, то есть колокол будет низким и широким, а можно - с узкой полосой и очень высоким к.п.д. в этой полосе. Колокол при этом вытянется в высоту.

Бандпасс - капризная штука в расчете и самая трудоемкая в изготовлении. Поскольку динамик закопан внутри корпуса, приходится идти на ухищрения по сборке ящика так, чтобы наличие съемной панели не нарушало жесткости и герметичности конструкции. Импульсные характеристики тоже не из лучших, в особенности при широкой полосе.

Чем же это компенсируется? Прежде всего, как говорилось - высочайшим к.п.д. Во-вторых - тем, что весь звук излучается через тоннель, а динамик полностью закрыт. При компоновке такого сабвуфера открываются немалые возможности для установки его в автомобиль. Достаточно найти небольшое местечко на стыке багажника и салона, где может разместиться жерло тоннеля - и путь мощнейшим басам открыт. Специально для таких установок фирма JLAudio, например, выпускает гибкие пластмассовые рукава-тоннели, которыми она предлагает соединять выход сабвуфера с салоном. Вроде шланга пылесоса, только толще и жестче.

Узнать какой тип акустического оформления выбрать для Вашего динамика поможет приведенная ниже таблица. Смотрите также справочную страницу Выбор акустического оформления

 

Критерии выбора типа оформления

 

 

Преимущества и недостатки различных типов акустических оформлений

 

Для домашних акустических систем специалисты советуют выбирать закрытые сабвуферы, как менее капризные, выдающие глубокий бас, либо фазоинверторные. Бэндпассы популярны среди автолюбителей в виду большого КПД и мощности и защищенности динамика скрытого внутри корпуса. Еще один параметр, на который необходимо обратить внимание при выборе сабвуфера – это мощность, которая должна соотноситься с мощностью фронтальных акустических систем. Мощность усилителя сабвуфера рекомендуется рассчитывать так, чтобы она в полтора раза превосходила мощность акустической системы. Такой баланс приводит к повышению качества звучания.

Итак, сделаем вывод: наиболее подходящий для домашних акустических систем считается закрытый или или фазоинверторный сабвуфер мощностью 150Вт и диапазоном воспроизводимых частот 30 – 180Гц.

 

Часть 3 - Измерение параметров головок – параметров Тиля-Смолла

 

Статью о том как измерить параметры Тиля-Смолла читайте здесь

В статье изложены:

 

1) Три способа измерения основных параметров Тиля-Смолла:

- Fs – Частоты собственного резонанса головки, Гц;

- Qts – добротности динамика и ее составляющих электрической и механической (акустической) добротности Qes, Qms

 

2) Два способа измерения эквивалентного объема головки Vas:

- метод добавочной массы;

- метод добавочного объема.

 

3) Измерение дополнительных параметров:

- Re - сопротивление обмотки головки постоянному току;

- Rmax - сопротивление обмотки головки на резонансной частоте Fs;

- Cms - относительная жесткость;

- Sd – эффективная излучающая площадь диффузора

- Lе – индуктивность звуковой катушки динамика

 

Выводы

 

На основании найденных параметров и можно сделать некоторые выводы:

1. Если резонансная частота динамика выше 50Гц, то он имеет право претендовать на работу в лучшем случае как мидбас. О сабвуфере на таком динамике можно сразу забыть.
2. Если резонансная частота динамика выше 100Гц, то это вообще не низкочастотник. Можете использовать его для воспроизведения средних частот в трехполосных системах.
3. Если добротность головки Qts > 0,3 (оптимально 0,7) то этот динамик предназначен для работы в закрытых ящиках.

Если добротность головки Qts≈0,2-0,5– (оптимально - 0,39) то этот динамик предназначен для работы в ФИ ящиках.

4. Если соотношение Fs/Qts у динамика составляет менее 50-ти, то этот динамик предназначен для работы исключительно в закрытых ящиках. Если больше 100 - исключительно для работы с фазоинвертором или в бандпассах. Если же значение находится в промежутке между 50 и 100, то тут нужно внимательно смотреть и на другие параметры - к какому типу акустического оформления динамик тяготеет. Лучше всего для этого использовать специальные компьютерные программы, способные смоделировать в графическом виде акустическую отдачу такого динамика в разном акустическом оформлении. Правда при этом не обойтись без других, не менее важных параметров - Vas, Sd, Cms и L.

 

Полученных в результате всех этих измерений данных достаточно для дальнейшего расчета акустического оформления низкочастотного звена достаточно высокого класса.

 

Также параметры головок можно измерить при помощи программы JBL SpeakerShop. Программа позволяет упростить процедуру измерения, взяв на себя все вычисления.

 

Часть 4 - РАСЧЕТ КОРПУСА

 

Исходными данными для расчета корпуса сабвуфера или НЧ корпуса АС являются электромеханические параметры головки или параметры Тиля-Смолла.

Цель расчета корпуса:

● моделирование и получения удовлетворительных графиков амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), фазово-частотной характеристики (ФЧХ) и групповой задержки;

● выбор акустического оформления;

● определение внутреннего объема корпуса;

● определение размеров порта ФИ для ФИ и бэндпасс оформления.

 

Для расчетов рекомендую использовать достаточно простые и неплохие программы: JBL SpeakerShop и WinISD.

К JBL SpeakerShop имеется хорошая инструкция на русском языке, которая содержит не только информацию по использованию программы, но и много нужной информации по проектированию НЧ колонок и выбору акустического оформления. Настоятельно рекомендую почитать.

Разработчики WinISD выпустили две версии программы: WinISD 0.44 и WinISD Pro Aplha. Первая – упрощенная, требующая минимума исходных данных (параметров головки), а вторая – профессиональная, требующая дополнительных данных головки. Отмечу, что pro-версия еще отличается глюками.

Для проверки, расчеты лучше выполнять в JBL SpeakerShop и WinISD. Результаты не должны иметь больших расхождений.

Работа в обеих программах начинается с ввода исходных данных: либо загрузка параметров из базы динамиков программы, либо ввода параметров своего динамика и ввода его параметров.

Далее работа становится более удобней и наглядней в JBL SpeakerShop, т.к. одновременно можно видеть результаты для 4 типов акустического оформления: закрытого типа, фазоинверторного типа, бэндпасса и пассивного излучателя. Причем для ЗЯ и ФИ имеется по два варианта расчета – оптимальный, рекомендованный программой и custom – на вкус пользователя. В WinISD такой возможности нет – там придется с несколькими проектами одновременно, например, ЗЯ и ФИ.

JBL SpeakerShop позволяет строить шесть графиков различных характеристик:

1) график нормализованной амплитудной характеристики (часто называемый частотной характеристикой или амплитудной характеристикой или амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ));

2) график амплитудной характеристики при подаче на вход сигнала 2,83 В;

3) график характеристики максимальной звуковой мощности;

4) график характеристики сопротивления звуковой катушки;

5) график фазовой характеристики;

6) график групповой задержки.

 

WinISD позволяет строить 4 графика:

1) график АЧХ;

2) график чувствительности SPL

2) график фазовой характеристики;

3) график групповой задержки.

 

В WinISD есть удобная опция – возможность изменения формы графиков при помощи мышки, при этом мы видим какими становятся параметры ящика: объем, размер ФИ.

 

Для построения качественного НЧ бокса достаточно работы с тремя графиками:

1) График амплитудно-частотной характеристики (АЧХ, Gain, Normalize Amplitude Response)

2) график фазовой характеристики;

3) график групповой задержки.

 

NormalizedAmplitudeResponseGraph (график нормализованной амплитудной характеристики, АЧХ)

График нормализованной амплитудной характеристики показывает, как будет звучать громкоговоритель в определённом корпусе.

Для ЗЯ и ФИ оформлений в идеале график АЧХ должен быть таким:

Это один из лучших вариантов, частота воспроизводимых частот у нашего саба начинается практически с 25 Гц, и заканчивается за 500ГЦ, то есть низкий диапазон частот мы отыграли с 25 Гц весь. Основной принцип построения графика – получить идеально-ровную АЧХ, что бы график не выходил за 0Дб не в одну ни в другую сторону, в крайнем случае допускается максимальный перепад графика в 3дБ. Начало воспроизводимого диапазона принято считать на уровне –3дБ, это так называемая частота F3. Поэтому еще одним требованием к графику АЧХ является получением минимального значения F3, т.е. максимально расширить график влево, т.е. к началу отсчета частоты. В этом примере F3 примерно равна 20Гц – идеальный случай, ведь для хорошего саба нужна нижняя частота ниже 40Гц.

Всё что будет иметь уровень ниже –3дБ будет практически не слышно, а всё что будет выше 3 дБ будет очень сильно выделяться по мощности. Именно поэтому задача заключается в получении ровного графика АЧХ на уровне 0 дБ.

А вот пример неудачного графика, кривая лилового цвета сильно задрана на 6 дБ вместо допустимых 3 дБ в диапазоне 100-200Гц.

В чем заключается разница между ЗЯ и ФИ видно из нижеприведенного графика.– ЗЯ обозначен желтым цветом, а ФИ – красным.

Дело в том, что отличительной особенность ЗЯ оформления является плавное восхождение графика от начала отсчета частоты, в отличие от ФИ, где график имеет более крутой подъем. Чтобы устранить уж слишком затяжной подъем графика АЧХ ФИ, т.е. сделать его похожим на ФИ график, применяют специальный корректор сигнала, который называется корректор Линквица, о нем речь пойдет далее.

 

Оформление бэнд-пасс, отличается тем что график в этом случае ограничен с двух сторон, опять таки нам нужно сделать его ровным относительно 0 дБ, и при этом как можно больший промежуток частоты захватить.

Пример ровного и хорошего результата синенький график и плохой пример зелененького цвета

Именно потому, что график АЧХ бэнд-пасса ограничен с двух сторон, т.е. не будет слышно НЧ слева от ––3Дб и ВЧ справа –3дБ, бэндпасс еще называют полосовым фильтром – он обрезает НЧ снизу и ВЧ сверху.

 

PhaseResponseGraph (график фазовой характеристики)

Фазовая характеристика очень похожа на характеристику групповой задержки. Она показывает разницу во времени между звуковым сигналом, поступающим на громкоговоритель, и звуком, воспроизводимым громкоговорителем/корпусом. Однако, вместо выражения этого значения во временных единицах (миллисекундах), как на графике звуковой задержки), фазовая характеристика выражается в градусах (углах фазы). Буквально говоря, фазовая характеристика представляет собой разницу между фазой входного сигнала и фазой выходного сигнала.

Фаза представляет собой синусоиду, поворачивающуюся на 360 градусов за один полный цикл или длину волны. Если данный синусоидальный сигнал подается на громкоговоритель и звучание воспроизводится громкоговорителем в корпусе без задержки, фазовая характеристика должна быть 0– (ноль градусов), потому что фаза входного и выходного сигнала точно совпадает. Если синусоидальный сигнал, воспроизводимый громкоговорителем, имеет задержку на пол-волны, на данной частоте фазовая характеристика должна быть 180–. В этом случае синусоида, воспроизводимая громкоговорителем,– будет инвертирована, она будет отрицательной, когда синусоидальный сигнал на входе будет положительным. Это очень важно при разделении сигнала для подачи на другой громкоговоритель, потому что два разных громкоговорителя, имеющие разницу в фазе в 180–, будут влиять друг на друга, что приведет к пропаданию сигнала на определенных частотах.

Идеально, когда нет никакой разницы в фазе (нет задержки) между разными частотами. При этом график будет представлять собой ровную горизонтальную линию. Обычно угол фазовой характеристики увеличивается с увеличением значения частоты. Конструкция закрытого корпуса имеет фазовый сдвиг до 180–, в то время как корпуса с фазоинвертором или пассивным излучателем имеют фазовый сдвиг до 360–. Корпус для воспроизведения полосы частот 4-го порядка имеет фазовый сдвиг до 360–, в то время как 6-го порядка имеет фазовый сдвиг до 540–.

График фазовой характеристики имеет фиксированную вертикальную шкалу от 0 до 360–.

 

GroupDelayGraph (график групповой задержки)

График групповой задержки показывает разницу во времени (задержку) между звуковым сигналом, воспроизводимым громкоговорителем и входным сигналом, подаваемым на громкоговоритель. Идеально, когда нет никакой разницы во времени (нет задержки) между разными частотами. При этом график будет представлять собой ровную горизонтальную линию. Обычно характеристика групповой задержки падает с увеличением значения частоты. График имеет фиксированную вертикальную шкалу от 0 до 18 миллисекунд.

 

В итоге, после получения удовлетворительных графиков, имеем искомые данные для построения корпуса сабвуфера – тип акустического оформления, внутренний объем корпуса и размеры ФИ (для ФИ и бэнндпасс оформления).

 

Часть 5 - КОНСТРУИРОВАНИЕ КОРПУСА

 

Выделим и рассмотрим этапы конструирования корпуса сабвуфера:

1. Общие сведения и требования к конструкции корпуса

2. Материалы для корпуса

3. Выбор формы и размеров корпуса

4. Выбор места расположения динамика

5. Выбор места расположения ФИ для ФИ корпусов

6. Сборка корпуса

7. Звукоизоляция или демпфирование

8. Отделка готового корпуса

 

Для получения от акустической системы высококачественного звучания ее необходимо не только правильно рассчитать, но и тщательно изготовить. Здесь приведены рекомендации, которые позволят избежать наиболее часто встречающихся ошибок, способных свести на нет все расчеты.

Корпус необходим для улучшения звучания низкочастотного динамика. Основная задача корпуса - это изоляция фронтальной звуковой волны, возникающей при движении мембраны сабвуфера вперед, от обратной (задней) волны, возникающей при движении мембраны в обратную сторону. Без корпуса эти две волны, встречаясь, будут гасить друг друга (сдвиг по фазе 180 градусов) и бас получится слабым и неглубоким. Корпус должен быть достаточно крепким и виброустойчивым, иначе его вибрация, вызванная обратной волной динамика, будет генерировать частоты, которые придадут нежелательную окраску звуковой картине.

Конструирование любого корпуса представляется одним из важных аспектов разработки любой низкочастотной системы. Если бы Вы заглянули внутрь высококачественной домашней акустической системы, то Вы бы обратили внимание, с какой тщательностью и вниманием сконструирован корпус. Самый лучший динамик не будет звучать хорошо в плохо построенном корпусе. Основные критерии, которые следует учитывать при конструировании - это герметизация, придание жесткости, и звукоизоляция (демпфирование).

Герметизация. В любом акустическом оформлении следует избегать каких-либо щелей и отверстий, корпус должен быть герметичным. Отверстия или щели приводят к акустическому "короткому замыканию", вследствие чего воспроизведение низких частот резко ухудшается.

Придание жесткости. При недостаточной жесткости корпуса его поверхность гнется (вибрирует) под действием работающего динамика, и приводит к появлению линейных искажений звука, т.е. все посторонние паразитные призвуки которые издаются не динамиком, а элементами конструкции корпуса. Это происходит потому, что для изгиба стенок корпуса требуется энергия, которая забирается у выходного сигнала акустической системы. Хорошей аналогией этому может служить машина, у которой прокручиваются колеса, поскольку мощность мотора больше, чем способность шин держаться за дорожное покрытие. Это приводит к потрясающей демонстрации мощи, но мало способствует движению автомобиля вперед.

Демпфирование. Демпфирование полезно при разработке корпуса для предотвращения отражения звуковых волн обратно на динамик. Корпус, который проектируется, обязательно должен иметь звукоизоляцию. Этому аспекту конструирования зачастую не придают значения, но он может оказать положительный эффект на звучание.

 

Материалы для корпуса сабвуфера

Теоретически материал корпуса может быть любым, главное, чтобы он отвечал основным требованиям – обеспечение жесткости и герметичности, был достаточно плотным и прочным. Наиболее популярными материалами являются ДСП (древесно-стружечная плита), OSB (ориентированная стружечная плита), многослойная фанера.

Для того чтобы обеспечить жесткость корпуса сабвуфера необходимо применять материал стенок достаточно большой толщины – рекомендовано 20мм, для небольших корпусов объемом до 40л допустимо использовать материал толщиной 16мм. Панель на которой будет крепится динамик следует выполнить в 1,5-2 раза толще остальных стенок.

Если вы не можете найти материал нужной толщины, то можно сделать стенки из двух более тонких слоев, склеив их между собой клеем ПВА или герметиком и стянув саморезами. Неплохим вариантом для гашения вибраций корпуса будет изготовление панелей корпуса не просто из двух тонких слоев, а с добавлением другого более вязкого и упругого и в тоже время плотного материала между ними, например линолеума. В этом случае, во избежание отслаивания и дребезжания, необходимо изготовить такие стенки корпуса с особой тщательностью: хорошо проклеить все слои герметиком или клеем для этих материалов и стянуть саморезами с достаточно плотным шагом – сеткой не более 10х10см.

Лучшим выбором можно считать плиты OSB – они имеют высокую плотность, механическую прочность и хорошую влагостойкость.

ДСП также является хорошим материалом. Следует выбирать сорта максимальной плотности (весить они будут соответственно тяжелее). Можно использовать как ламинированные так и неламинированные листы. Корпуса из неламинированного ДСП следует окрашивать (предварительно прошпаклевав шпатлевкой по дереву), чтобы предотвратить разбухание из-за влаги. Использование ламинированного ДСП может быть оправдано в связи с тем, что не нужно отделывать корпус, но ламинированная поверхность внутри корпуса – не есть хорошо, придется выполнить тщательную оклейку войлоком.

Многослойная фанера. Существует большое количество сортов фанеры, многие из которых не приемлемы для конструирования корпуса акустической системы. Обычная фанера недостаточно плотная и будет давать искажения звука. Многослойная (12 слоев) фанера из корабельной древесины или русской березы является отличным материалом для постройки небольших корпусных систем. Данная фанера достаточно плотная и легче древесностружечной (ДСП) и средней плотности древесноволокнистой плиты средней плотности (MDF).

 

Выбор формы и размеров корпуса

Форма корпуса не влияет на качество звучания сабвуфера, как материал, из которого он сделан. Форма и соотношение сторон корпуса имеют значение для СЧ диапазона. Если посмотреть ассортимент сабвуферов от авторитетных фирм, то пожалуй, "кубик" (или близкая к нему форма) будет одним из самых популярных.

Вообщем, рекомендуется прежде всего плясать от эстетических соображений будущего бокса.

Если для ЗЯ боксов выбор формы достаточно прост, то для ФИ, размеры ящика придется выбирать отталкиваясь от длины ФИ. При этом нужно учитывать, что расстояние от края (конца) ФИ до стенки внутри бокса должно быть не менее диаметра ФИ. Нередко бывают случаи, когда длина ФИ– слишком большая, выходов из такой ситуации несколько:

● использования ФИ не прямой, а изогнутой формы, например, изогнутого под 90 градусов – можно применить канализационную трубу (колено) и т.п.;

● расположение ФИ снаружи бокса, либо частично снаружи, если конечно такая эстетика вас устроит;

● уменьшение диаметра ФИ, ведь диаметр и длина ФИ взаимосвязаны – чем меньше диаметр, тем меньше длина. Но уменьшать диаметр нужно осторожно, при недостаточном диаметре ФИ из-за малой пропускной способности воздушного потока ФИ начнет вносить линейные искажения в виде хлопков или посвистывания.

Для определения минимальных размеров ФИ в JBL SpeakerShop выбираем в меню –Box– пункт –Vent–(CTRL+V)– и в появившемся окне нажимаем кнопку –MinimumSize–. Программа вычислит минимальный диаметр ФИ в поле Dv, который как раз и нельзя уменьшать, во избежание появления искажений вносимых портом ФИ. Зато можно ввести большее округленное значение или больший диаметр трубы, которая у Вас есть под рукой, и программа посчитает Вам длину ФИ в поле Lv.

Если вместо значения длины ФИ появилась надпись –tooshort–, значит у Вас слишком маленькая длина ФИ, увеличиваем ее за счет уменьшения диаметра ФИ.

В программе WinISD можно оперировать только с диаметром ФИ. Появление красного значения –Ventmach– означает слишком малый диаметр ФИ, сообщение –Tooshort– аналогично JBL SS означает слишком короткий ФИ

 

Определившись с формой саба можно определить его размеры. Чтобы сделать чертеж с размерами всех стенок необходимо знать внутренний объем корпуса, который мы рассчитали при помощи программ и будет примерно равен эквивалентному объему динамика. Следует учесть, что внутренние размеры ящика будут больше за счет того, что внутренний объем ящика должен увеличиться на объем всех внутренних элемнтов, таких как: динамик (вернее его большая часть), ФИ, распорки, ребра жесткости, вообщем всё что будет внутри корпуса и будет занимать место, вернее объем, а точнее заполнять собой место вместо воздуха. Внутренний объем измеряется в литрах, напомню 1л=1дм³, т.е. 10х10х10см. Чтобы найти внутренний объем ящика в литрах перемножьте внутренние размеры в дециметрах.

 

Выбор места расположения динамика

Теперь по поводу расположения динамика. Практика показывает, что равноудаленность динамика от стенок вызывает наибольшую вибрацию корпуса и максимальное воздействие отраженных волн на динамик. Обратные звуковые волны от мембраны динамика одновременно достигают всех стенок корпуса и отражаясь от них, одновременно воздействуют на динамик. Из всех вариантов наилучшим является тот, при котором, расстояния от динамика до всех стен короба различное, т.е. динамик расположен не симметрично по центру панели. Обратные волны достигают стенок корпуса и динамика не одновременно, тем самым их нежелательное влияние на динамик сводится к минимуму. Частотная характеристика сабвуфера улучшается.

Наиболее распространенны сабвуферы с расположением динамика спереди. В этом случае, думаю всё понятно – звук излучается вперед, как это принято в АС. Для защиты диффузора динамика необходимо использовать защитный экран – так называемый –гриль–, представляющий собой тонкую металлическую сетку либо экран из акустически прозрачной ткани.

Реже встречаются сабвуферы с расположением динамика в днище корпуса, при этом звук излучается в пол и нужно учесть особенности такого расположения: корпус должен стоять достаточно высоко от пола (не менее 10см), чтобы иметь рабочее пространство и покрытие пола под сабом должно иметь хорошую отражающую способность. Т.е. саб должен стоять на гладком паркетном, бетонном или линолеумном полу, а не на ковре. В этом варианте расположения головки необходимость гриля отпадает.

 

Выбор места расположения ФИ для ФИ корпусов

Большой разницы, при расположении внизу, вверху, сзади ФИ наблюдаться не будет. Но, как всегда есть некоторые нюансы, которые нужно учесть:

● для оптимальной работы ФИ, он должен иметь перед собой некое рабочее расстояние, свободное от мебели, диванов, стен и т.д., равно как и внутри бокса: срез края ФИ должен быть как минимум на расстоянии одного диаметра от ближайшей стенки;

● если ФИ малой площади или же он тонкий, то он может свистеть, шипеть, дребезжать, т.е. давать нелинейные искажения, и если поставить его назад, это, соответственно будет меньше слышно, нежели его поставить на морде;

● размещая ФИ ближе к полу, тем самым приближаем отражающую поверхность (пол) и это дает некоторый выигрыш в эффективности его работы, точно такая же история и с расположением динамика;

● конструктивно, "правильный" порт получается, обычно довольно длинным, поэтому физически по некоторым габаритным размерам ящика не проходит.

 

В любом случае, рекомендуется располагать динамик и ФИ поближе к полу (естественно, так, что-бы его случайно не повредить ногой или шваброй)

 

Сборка корпуса

Итак повторим. Материал корпуса должен обеспечивать жесткость панелей, особенно той, на которой смонтирован(ы) динамик(и). Наиболее подходящие материалы: ДСП, OSB, фанера, ДВП. Чем больше размеры корпуса и мощность головки, тем толще должен быть материал корпуса. Для сабвуферов толщина панелей под динамики должна быть не меньше 15 мм.

 

Соединение стенок или панелей корпуса выполняется при помощи деревянных брусков сечением не менее 20х20мм, здесь принцип тот же – чем мощнее и больше тем мощнее и больше элементы конструкции корпуса. Бруски крепятся к стенкам изнутри коруса при помощи клея ПВА (он должен быть достаточно качественным т.е. густым) и саморезов по дереву с достаточно плотным шагом - не более 10см. Помимо брусков, панели можно еще стянуть мебельными болтами - конфирмантами.

 

–Жесткость панелей можно увеличить при помощи дополнительных распорок между противоположными стенками или ребер жесткости в виде прикрепленных к панели брусков. Сечение брусков также зависит от размеров корпуса и выбирается не менее 25-30мм.

В больших корпусах вместо распорок и ребер жесткости можно использовать переборки из ДСП или фанеры толщиной 8-12мм, представляющие собой внутренние стенки с большими отверстиями, как показано на рисунке ниже.

Панель на которой будет крепится динамик следует выполнить в 1,5-2 раза толще остальных стенок, так как она ослаблена отверстием под динамик и испытывает наибольшие вибрации.

Для обеспечения герметичности панели и связующие элементы устанавливают на клею и крепят шурупами или винтами, а после высыхания клея стыки герметизируют изнутри силиконом, эпоксидной смолой или герметиком. Для заделки щелей на стыке панелей можно использовать смесь древесных опилок с клеем.

Головки громкоговорителей, если в их конструкции не предусмотрено посадочное уплотнение, следует устанавливать через уплотняющую прокладку из губчатой резины или резиновой трубки.

Диаметр отверстия для головки должен быть равен диаметру диффузора с учетом гофра, чтобы исключить возможность касания гофром панели во время работы. Диффузор головки при установке на наружной панели необходимо защитить грилем. Неплохо также защитить порт или туннель фазоинвертора от попадания посторонних предметов, что особенно актуально при установке сабвуфера в багажнике автомобиля. Крепление головок осуществляется при помощи винтов, шурупов или шпилек. Головки не следует притягивать к корпусу слишком сильно, чтобы не вызвать перекос диффузородержателя и подвижной системы и не увеличить вибрации.

При установке фазоинвертора необходимо обеспечить герметичность стыка трубы и панели.

 

Звукоизоляция или демпфирование

Для звукоизоляции корпусов может быть использованы несколько материалов. Одним из них является жидкий шумо- и виброизоляционный материал от фирмы CAE под названием VB-1, поставляемый в аэрозольных баллонах. VB-1 распыляется на внутренние поверхности стенок корпуса слоем толщиной 1-2мм.

Еще можно использовать войлок (тот из которого делают валенки) либо синтепон. Не стоит путать эту процедуру с той, которая применяется для возмещения ущерба от маломерных корпусов. Сущность в том, что если какой-либо корпус покрыт изнутри некоторой формой звукоизоляции, такой как стекловолокно или подобный материал, корпус покажется большим для динамика в силу изменения эффективной податливости. Это другая форма демпфирования. Когда на маломерных корпусах используется данная форма демпфирования, коэффициент податливости корпуса теоретически увеличивается на 25%. Следует помнить, что при демпфировании фазоинверсных корпусов фазоинвертор (вентиляционный канал) не должен быть загорожен демпфирующим материалом. Минимальное расстояние от конца порта фазоинвертора до поверхности стенки корпуса либо до демпфирующего материала должно быть не меньше половины диаметра ФИ.

 

Для отделки готового корпуса можно использовать самый разнообразный материал: шпон, краска, самоклеющаяся пленка, плотная ткань (очень популярен карпет среди автолюбителей), кожа.

Если корпус сделан из ДСП, ОСБ или фанеры, то его можно покрасить, для этого нужно предварительно обработать наждаком, зашпаклевать, еще раз ошкурить, прогрунтовать и покрасить.

Если корпус выполнен из ламинированного ДСП, то его легко обклеить самоклеющейся пленкой.

Для подключения сабвуфера к усилителю на задней стенке нужно установить панель с винтовыми зажимами, внутри корпуса соединить панель с динамиком акустическим кабелем (сечением не менее 1,5мм²) пайкой.

Готовый сабвуфер нужно установить четыре на готовых шипа или сделать их самому из строительных отвесов.

Под шипы нужно подложить медные монеты.

• < Назад
• Вперёд >