Тут описується як створити акустичну систему своїми руками.
Введення
Останнім часом стало чути дуже багато питань про динаміки та сабвуфери. Переважна більшість відповідей можна отримати на перших трьох сторінках будь-якої книги, написаної професіоналами. Матеріал адресований в першу чергу початківцям, ледачим ;) і сільським самодельщикам, підготовлений на основі книг І. А. Алдощиной, В. К. Іоффе, почасти Эфрусси, журнальних публікацій у Wireless Worrld , АМ (трохи) особистого досвіду . НЕ використовувалася інформація з Інтернету і ФИДОнета. Матеріал жодним чином не претендує на повноту висвітлення проблеми, а являє собою спробу пояснити на пальцях ази акустики.
Найчастіше питання звучить приблизно так: "знайшов динамік, що з ним робити?" або "Товариш, а говорять такі сабвуфери бувають?". Тут ми розглянемо тільки один варіант вирішення цієї проблеми: По наявному динаміку зробити ящик , з оптимальними параметрами на НЧ, наскільки це можливо. Цей варіант сильно відрізняється від задачі заводського конструктора - натягнути нижню частоту системи до необхідної по ТУ величини.
Питання-відповідь
Q: Знайшов з нагоди великий динамік без розпізнавальних знаків. Як дізнатися, чи можна зробити з нього сабвуфер?
A: Потрібно виміряти його T/S параметри. На підставі цих даних приймати рішення про вигляді НЧ оформлення.
Q: Що таке T/S параметри?
A: Мінімальний набір параметрів для розрахунку НЧ оформлення, запропонований Тиллем і Смоллом:
Q: Як виміряти T/S параметри?
A: Для цього потрібно зібрати схему генератора (можна використовувати звукову карту комп'ютера), вольтметра, резистора і досліджується динаміка. Динамік підключається до виходу генератора з вихідним напругою кілька вольт через резистор опором близько 1 кОм.
1. Знімаємо V(F)=АЧХ опору динаміка в області резонансу. Динамік повинен під час цього вимірювання перебувати у вільному просторі(далеко від відбивних поверхонь) . Знаходимо опір динаміка на постянном струмі (згодиться), записуємо частоту резонансу в повітрі Fs (це та частота, на якій показання вольтметра максимальні :) , показання вольтметра Uo на мінімальній частоті (ну наприклад 10 Гц) і Um на частоті резонансу Fs.
2. Знаходимо частоти F1 і F2, в яких крива V(F) перетинається з рівнем V=SQRT(Vo*Vm).
3. Знаходимо Qts=SQRT(F1*F2)*SQRT(Uo/Um) / (F2-F1) це повна добротність динаміка, можна сказати, найважливіша величина.
4. Для знаходження Vas потрібно взяти невеликий закритий яшик обсягу Vc, з отвором трохи меншим діаметра дифузора. Щільно притулити динамік до отвору і повторити вимірювання. Від цих вимірювань знадобиться резонансна частота динаміка в корпусі Fc.
Знаходимо Vas=Vc*((Fc/Fs)^2-1). Ця методика написана в Аудіо Магазині №4 за 99 рік. Є й інші, коли вимірюються механічні параметри головки, маса, гнучкість і т. п.
Q: У мене тепер є параметри динаміка, що з ними робити?
A: Кожен динамік при проектуванні заточується під певний вид акустичного оформлення. Щоб дізнатися, під що саме, подивимося на добротність.
Правильніше буде сортувати головки не по добротності, а за величиною Fs/Qts. Наведу по пам'яті, хочеться формули прораховувати.
Пружність, м'ясистість, сухість та ін. подібні характеристики звуку, видаваного басової колонкою, в чому визначаються перехідною характеристикою системи, утвореної динаміком, нч оформленням і навколишнім середовищем. Щоб у цій системі не було викиду на імпульсною характеристикою, її добротність повинна бути менше 0,7 для систем з випромінюванням однією стороною динаміка (закриті і фазоінвертори) і 1,93 для двосторонніх систем (оформлення типу екран і відкритий ящик)
Q: Де почитати про відкрите оформлення?
A: Відкриті ящики та екрани-найпростіший тип оформлення. Переваги: простота розрахунку, відсутність підвищення резонансної частоти (від розмірів екрану залежить тільки вигляд частотної характеристики), майже незмінна добротність. Недоліки : великий розмір передньої панелі. Досить грамотні і прості розрахунки цього виду оформлення можна знайти у В. К. Іоффе, М. В. Лизунков. Побутові акустичні системи, М., Радіо і зв'язок . 1984. Так і в старих Радіо напевно є примітивні радиолюбительские розрахунки.
Q: Як розрахувати закритий ящик?
A: Оформлення "закритий ящик" буває двох типів, нескінченний екран і компресійний підвіс. Попадання в той чи інший розряд залежить від співвідношення гнучкість підвісу динаміка і повітря в ящику, позначається альфа (до речі кажучи, першу можна поміряти, а другу порахувати і змінити з допомогою заповнення ). Для нескінченного екрану співвідношення гнучкість менше 3, для компресійного підвісу більше 3-4. Можна в першому наближенні вважати що головки з більшою добротністю заточені під нескінченний екран, з меншою-під компресійний підвіс. Для наперед взятого динаміка закритий корпус типу нескінченний екран має більший обсяг, ніж компресійний ящик. (Взагалі кажучи, коли є динамік, то оптимальний корпус під нього має однозначно певний обсяг . Помилки, що виникли при вимірюванні параметрів і розрахунках, можна в невеликих межах поправити за допомогою заповнення). Динаміки для закритих корпусів мають потужні магніти і м'які підвіси на відміну від головок для відкритих ящиків. Формула для резонансної частоти динаміка в оформленні об'ємом V Fс=Fs*SQRT(1+Vas/V),а наближена формула, що зв'язує резонансні частоти і добротності головки в корпусі (індекс "с") та у відкритому просторі (індекс "s") Fc/Qtc=Fs/Qts
Іншими словами, є можливість реалізувати необхідну добротність акустичної системи єдиним способом, а саме вибором обсягу закритого ящика. Яку добротність вибрати? Люди , які не чули звучання натуральних музичних інструментів, зазвичай вибирають колонки з добротністю більше1,0. У колонок з такою добротністю (=1.0) найменша нерівномірність частотної характеристики в області низьких частот (а при чому тут звук?), досягнута ціною невеликого викиду на перехідній характеристиці. Максимально гладка АЧХ виходить при Q=0.7, а повністю апериодичная імпульсна характеристика при Q=0.5. Номограми для розрахунків можна взяти у вищенаведеній книзі.
Q: У статтях про колонки часто зустрічаються слова типу "апроксимация за Чебышеву, Баттерворту" і т. п. Яке це має відношення до колонок?
A: Акустична система являє собою фільтр верхніх частот. Фільтр може бути описаний передатною характеристикою. Передатну характеристику завжди можна підігнати під відому функцію. В теорії фільтрів використовують кілька типів степеневих функцій, названих по імені математиків, першими обсосавшими ту або іншу функцію. Функція визначається порядком(максимальним показником ступеня, тобто H(s)=a*S^2/(b2*S^2+b1*S+b0) має другий порядок) і набором коефіцієнтів a і b (від цих коефіцієнтів можна потім перейти до значень реальних елементів електричного фільтра, або електромеханічним параметрами.) Далі, коли мова буде йти про апроксимації передатної характеристики полінома Баттерворта або Чебишева або ще чимось іншим, це треба розуміти так, що поєднання властивостей динаміка і корпусу (або ємностей і індуктивностей в електричному фільтрі) вийшло таким, що з найбільшою точністю частотну і фазову характеристики можна підігнати під той чи інший поліном. Найбільш гладкою частотна характеристика виходить, якщо її можна апроксимувати поліномом Баттерворта. Чебышевская апроксимація характеризується волнообразой частотною характеристикою, та більшою довжиною робочого ділянки (за Гостом до -14 дБ) в область нижчих частот.
Q: Який вид апроксимації вибрати для фазоінвертора?
A: Отже перед будівлею простого фазоінвертора потрібно знати об'єм ящика і частоту настройки фазоінвертора(труби, отвори, пасивного радіатора). Якщо в якості критерію вибрати найбільш гладку АЧХ( а це не єдино можливий критерій), то вийде наступна табличка А) Qts < 0,3 -найбільш еластичною буде крива квазитретьего порядку Б) Qts = 0,4 - краще описується баттервортовскими кривими В) Qts> 0,5 - доведеться допустити хвилі на АЧХ, за Чебышеву. У випадку А) фазоінвертор налаштовується на 40-80% вище частоти резонансу У випадку Б)-на частоту резонансу, У випадку В) нижче частоти резонансу. Крім того, в цих випадках буде і різний об'єм корпусу.. Для того, щоб знайти точні частоти настройки, треба взяти вихідні формули, достатньо громіздкі для того, щоб приводити їх тут. Тому відсилаю зацікавлених в АудиоМагазин за 1999 рік, після цього лікнепу там вже можна буде розібратися, чи в книги Алдошиной. І навіть статті Эфрусси в Радіо за 69 рік згодяться.
Висновок
Якщо після прочитання всього цього у Вас ще залишилося бажання щось склепати самому, то можна взяти в Інтернеті якусь програмку (типу WinspeakerZ) і розрахувати все це самому, пам'ятаючи про те, що з Р.. цукерочку не зробити. Не слід захоплюватися зниженням частоти зрізу, ні в якому разі не потрібно намагатися компенсувати спад АЧХ підсилювача. АЧХ може трохи і вирівняється, а ось звук збагатиться масою гармонік і субгармонік. Навпаки, кращі результати, в сенсі приємності для вуха, можна досягти примусово загубив на вході РОЗУМ самі нижчі частоти, тобто частоти нижче частоти зрізу НЧ колонки. Ще одне зауваження, що стосується фазоинверторов, помилка в налаштування частоти резонансу фазоінвертора на 20% призводить до сплеску або спаду АЧХ на 3 дБ.
Так, трохи не забув сказати про сабвуфери, які насправді смугові резонатори. Добротність динаміків для них повинна бути ще нижче. Найпростіший бандпасс теж піддається розрахунку, але на цьому моя люб'язність закінчується.
Публікація: www.cxem.net