Заряджаємо...
"Потім став вважати обсяг скрипкової коробки, і робота ця була довга і захоплююча. ...Обсяг можна зменшити - скрипка засипит, почне глухо бубоніти. Якщо збільшити - пронизливо завизжит, баси стануть тьмяним і слабкими...", А. А. Вайнер Р. А. Вайнер, "Візит до Мінотавра".
Контекст
У попередній частині нашої розмови з'ясувалося, ніж хороші різні типи акустичного оформлення і чим погані. Здавалося б, тепер "цілі ясні, за роботу, товариші.." Не тут-то було. По-перше, акустичне оформлення, яке не встановлено власне динамік - лише з тій чи іншій ступенем ретельності зібрана коробка. А часто і зібрати її не можна, поки не буде визначено, який динамік опиниться в неї встановлений. По-друге, і в цьому головна потіха в проектуванні і виготовленні автомобільних сабвуферів - характеристики сабвуфера небагато стоять поза контекстом характеристик, хоча б основних, автомобіля, де він буде працювати. Є ще і третє. Мобільна акустична система, однаково пристосована для будь-якої музики - рідко досягається ідеал. Грамотного установника можна дізнатися зазвичай з того, що, "знімаючи показання" з клієнта, замовляє аудиоустановку, він просить принести зразки того, що клієнт буде слухати на замовленої ним системі після її завершення.
Як видно, чинники, що впливають на рішення - дуже багато і звести все до простих і однозначним рецептами немає ніякої можливості, що і перетворює створення мобільних аудиоустановок в заняття сильно споріднена мистецтву. Але деякі загальні орієнтири намітити все ж можна.
Цифра
Боязких, ледачих і гуманітарно утворених поспішаю попередити - формул практично не буде. Доки можливо, спробуємо обійтися навіть без калькулятора - забутим методом усного рахунку.
Сабвуфери - єдина ланка автомобільної акустики, де вимірювання гармонії алгеброю - справа небезнадежное. Прямо скажу - без розрахунку спроектувати сабвуфер просто немислимо. Як же вихідних даних для розрахунку виступають параметри динаміка. Які? Та вже не ті, якими вас гіпнотизують в магазині, будьте впевнені! Для розрахунку, навіть самого приблизного, характеристик низькочастотного гучномовця потрібно знати його електромеханічні параметри, яких - тьма. Це і резонансна частота, і маса рухомої системи, і індукція в зазорі магнітної системи і ще по меншій щонайменше два десятки показників, зрозумілих і не дуже. Засмучені? Не дивно. Так само засмучені виявилися років близько двадцяти тому два австралійця - Річард Смолл і Невіл Тіль. Вони запропонували замість гір цифірі використовувати універсальний і досить компактний набір характеристик, що увічнив, цілком заслужено, їх імена. Тепер, коли ви побачите в описі динаміка таблицю, озаглавлену Thiel/Small parameters (або просто T/S) - ви знаєте, про що йдеться. А якщо такий таблиці ви не знайдете - переходьте до наступного варіанту - цей - безнадійний.
Мінімальний набір характеристик, які вам знадобиться з'ясувати - це:
- Власна резонансна частота динаміка Fs
- Повна добротність Qts
- Еквівалентний об'єм, Vas.
Власна частота - частота резонансу динаміка без будь-якого акустичного оформлення. Вона так і вимірюється - динамік підвішують в повітрі на можливо більшій відстані від навколишніх предметів, так що тепер його резонанс буде залежати тільки від його власних характеристик - маси рухомої системи і жорсткості підвіски. Існує думка, що чим нижче резонансна частота, тим краще вийде сабвуфер. Це вірно лише частково, для деяких конструкцій занадто низька частота резонансу - перешкода. Для орієнтиру: низька - це 20 - 25 Гц. Нижче 20 Гц - рідкість. Вище 40 Гц - вважається високою, для сабвуфера.
Повна добротність
Добротність в даному випадку - не якість виробу, а співвідношення пружних і в'язких сил, існуючих в рухомий системі динаміка поблизу частоти резонансу. Рухлива система динаміка у багато схожа на підвісці автомобіля, де є пружина і амортизатор. Пружина створює пружні сили, то є накопичує і віддає енергію в процесі коливань, а амортизатор - джерело в'язкого опору, він нічого не накопичує, а поглинає і розсіює у вигляді тепла. Те ж саме відбувається при коливаннях дифузора і всього, що до нього прикріплене. Високе значення добротності означає, що переважають пружні сили. Це - як автомобіль без амортизаторів. Досить наїхати на камінчик і колесо почне стрибати, нічим не стримувана. Стрибати на тій самій резонансної частоті, яка притаманна цій коливальній системі.
Стосовно до гучномовцю це означає викид частотної характеристики на частоті резонансу, тим больий, чим вище повна добротність системи. Сама висока добротність, яка вимірюється тисячами - у дзвони, який в результаті ні на якій частоті, крім резонансної звучати не бажає, добре ще, що від цього нього ніхто і не вимагає.
Популярний метод діагностики підвіски машини погойдуванням - не що інше як вимірювання добротності підвіски кустарним способом. Якщо тепер призвести підвіску в порядок, тобто причепити паралельно пружині амортизатор, накопичена при стисканні пружини енергія вже не вся повернеться назад, а частково буде втрачена амортизатором. Це - зниження добротності системи. Тепер знову повернемося до динаміку. Нічого, що ми туди-сюди ходимо? Це, кажуть, корисно...З пружиною у динаміка все, начебто, зрозуміло. Це - підвіска дифузора. А амортизатор? Амортизаторів - цілих два, що працюють паралельно.
Повна добротність динаміка складається з двох: механічної та електричної. Механічна добротність визначається головним чином вибором матеріалу підвісу, причому в здебільшого - центруючої шайби, а не зовнішнього гофра, як іноді вважають. Великих втрат тут зазвичай не буває і внесок механічної добротності в повну не перевищує 10 - 15%. Основний внесок належить електричної добротності. Самий жорсткий амортизатор, який працює в коливальній системі динаміка - це ансамбль з звукової котушки і магніту. Будучи за своєю природою електромотором, він як і покладається мотору, може працювати як генератор і саме цим і зайнятий поблизу частоти резонансу, коли швидкість і амплітуда переміщення звукової котушки - максимальні. Рухаючись в магнітному полі, котушка виробляє струм, а навантаженням для такого генератора служить вихідний опір підсилювача, тобто практично - нуль. Виходить такий же електричний гальмо, яким забезпечені всі електрички. Там теж при гальмуванні тягові двигуни змушують працювати в режимі генераторів, а навантаження їх - батареї гальмівних опорів на даху.
Величина виробленого струму буде, природно, тим більше, чим сильніше магнітне поле, у якому рухається звукова котушка. Виходить, що чим могутніше магніт динаміка, тим нижчеза інших рівних, його добротність. Але, звичайно, оскільки у формуванні цієї величини беруть участь і довжина проводу обмотки, і ширина зазору в магнітній системі, остаточний висновок тільки на підставі розміру магніту було б робити передчасно. А попередній - чому ні?...
Базові поняття - низькою вважається повна добротність динаміка менше 0,3 - 0,35; високою - більше 0,5 - 0,6.
Еквівалентний об'єм
Більшість сучасних головок гучномовців засноване на принципі "акустичного підвісу". У нас їх іноді називають "компресійними", що неправильно. Компресійні головки - це зовсім інша історія, пов'язана із застосуванням у ролі акустичного оформлення рупорів.
Концепція акустичного підвісу полягає у встановленні динаміка в такий об'єм повітря, пружність якого порівнянна з пружністю підвісу динаміка. При цьому виходить, що в паралель до вже наявної в підвісці пружині поставили ще одну. Еквівалентним об'ємом буде при цьому такий, при якому веновь з'явилася пружина дорівнює за пружності вже наявної. Величина еквівалентного обсягу визначається жорсткістю підвісу і діаметром динаміка. Чим м'якше підвіс, тим більше буде величина повітряної подушки, присутність якої почне турбувати динамік. Те ж відбувається зі зміною діаметра дифузора. Великий дифузор при одному і тому ж зміщенні буде сильніше стискати повітря всередині скриньки, тим самим відчуваючи велику відповідну силу пружності повітряного об'єму.
Саме ця обставина часто визначає вибір розміру динаміка, виходячи з наявного обсягу для розміщення його акустичного оформлення. Великі дифузори створюють передумови для високої віддачі сабвуфера, але вимагають і більших обсягів. Аргумент з репертуару кімнати наприкінці шкільного коридору "а у мене більше" тут треба застосовувати обережно.
У еквівалентного обсягу цікаві родинні зв'язки з резонансною частотою, без усвідомлення яких легко промахнутися. Резонансна частота визначається жорсткість підвісу і масою рухомої системи, а еквівалентний об'єм - діаметром дифузора і тієї ж жорсткістю.
В результаті можлива така ситуація. Припустимо, є два динаміка однакового розміру і з однаковою частотою резонансу. Але тільки в одного з них це значення частоти вийшло внаслідок важкого дифузора і жорсткої підвіски, а в іншого - навпаки, легкого дифузора на м'якому підвісі. Еквівалентний об'єм у такої парочки при всій зовнішній схожості може розрізнятися дуже істотно, і при установці в один і той же ящик результати будуть драматично різні.
Отже, встановивши, що означають життєво важливі параметри, почнемо нарешті вибирати судженого. Модель буде така - вважаємо, що ви визначилися, на основі, скажімо, матеріалів попередньої статті цієї серії, з типом акустичного оформлення і тепер треба вибрати для нього динамік з сотень альтернатив. Освоївши цей процес, зворотний, тобто вибір відповідного оформлення під вибраний динамік, дасться вам без праці. У сенсі - майже без праці.
Закритий ящик
Як було сказано в наведеній статті, закритий ящик - найпростіше акустичнское оформлення, але далеко не примітивне, навпаки, має, особливості в автомобілі, ряд найважливіших переваг перед іншими. Популярність його в мобільних додатках анітрохи не згасає, тому з нього і почнемо.
Що відбувається з характеристиками динаміка при установці в закритий ящик? Це залежить від однієї-єдиної величини - обсягу скриньки. Якщо обсяг настільки великий, що динамік його практично не помічає, ми приходимо до варіанту нескінченного екрану. На практиці така ситуація досягається, коли обсяг скриньки (або іншого замкнутого обсягу, що знаходиться позаду дифузора, а простіше кажучи, що там приховувати - багажника автомобіля) перевищує еквівалентний об'єм динаміка втричі або більше. Якщо таке співвідношення виконується, резонансна частота і повна добротність системи залишаться практично такими ж, якими вони були у динаміка. А значить - їх і вибирати треба відповідно.
Відомо, що акустична система буде володіти найбільш гладкою частотною характеристикою при величині повної добротності, дорівнює 0,7. При менших значеннях поліпшуються імпульсні характеристики, але спад частотки починається досить високо по частоті. При великих - частотна характеристика набуває підйом поблизу резонансу, а перехідні характеристики дещо погіршуються. Якщо ви орієнтуєтеся на класичну музику, джаз або акустичні жанри - оптимальним вибором буде кілька передемпфированная система з добротністю 0,5 - 0,7. Для більш енергійних жанрів не зашкодить підкреслення низів, яке досягається при добротності 0,8 - 0,9. І нарешті, любителі репу відтягнутися по повній програмі, якщо система буде володіти добротністю, рівній одиниці або навіть вище. Значення 1,2 треба, мабуть, визнати граничним для будь-якого жанру, претендує на музикальність.
Треба ще мати на увазі, що при встановленні сабвуфера в салоні машини відбувається підйом низьких частот, починаючи з певної частоти, обумовленої розмірами салону. Типові значення для початку підйому АЧХ 40 Гц для великої машини, на зразок джипа або міні-вена; 50 - 60 для середньої, начебто вісімки або "корейко"; 70 - 75 для маленької, з Таврію.
Тепер ясно - для установки в режимі нескінченного екрану (або Freeair, якщо вас не бентежить, що останнім назва запатентовано Stillwater Designs) потрібен динамік з повною добротністю не нижче 0,5, а то й вище і резонансною частотою ніяк не нижче герц так 40 - 60, в залежності від того, у що будете ставити. Такі параметри, як правило, означають досить жорсткий підвіс, тільки це і рятує динамік від перевантаження в умовах відсутності "акустичної підтримки" з боку закритого об'єму. Ось приклад - фірма Infinity випускає серії Reference і Kappa варіанти одних і тих же головок з індексами br (bass reflex) і ib (infinite baffle).
Параметри Тіля-Смолла, наприклад, у десятидюймовой Reference розрізняються так:
Параметр T/S 1000w.br 1000w.ib Fs 26 Гц 40 Гц Qts 0,28 0,77 Vas 83 л 50 лВидно, що варіант ib за резонансної частоти та добротності - готовенький для роботи "як є", а і судячи по частоті резонансу і за еквівалентним об'ємом - ця модифікація набагато жорсткіше інший, оптимізованої для роботи в фазоинверторе, а, значить, більш імовірно виживе в нелегких умовах Freeair.
А що станеться, якщо, не звернувши уваги на маленькі буковки, ви заженете в ці умови схожий, як дві краплі води динамік з індексом br? А ось що: з-за низької добротності частотна характеристика почне завалюватися вже на частотах близько 70 - 80 Гц, а нічим не стримувана "м'яка" головка буде себе відчувати дуже незатишно на нижньому краю діапазону, причому перевантажити її там - простіше простого.
Отже, домовились:
Для застосування в режимі "нескінченного екрану" треба вибирати динамік з високою повною добротністю (не менше 0,5) і резонансною частотою (не нижче 45 Гц), уточнивши ці вимоги в залежності від переважного типу музичного матеріалу і розміру салону.
Тепер про "небесконечном" обсязі. Якщо поставити динамік обсяг, зіставний з його еквівалентним об'ємом, система набуде характеристики, істотно відрізняються від тих, з якими в цю систему з'явився динамік. Насамперед при встановлення в закритий обсяг зросте резонансна частота. Жорсткість-то збільшилася, а маса - залишилася колишньою. Зросте і добротність. Судіть самі - приставивши в допомогу жорсткості жорсткість підвісу невеликого, тобто непіддатливого повітряного об'єму, ми тим самим як би поставили другу пружину, а амортизатор залишили старий.
З зменшенням обсягу добротність системи та її резонансна частота ростуть однаково. Значить, якщо ми побачили динамік з добротністю, скажімо, 0,25, а хочемо мати систему з добротністю, скажімо, 0,75, то резонансна частота теж збільшиться втричі. А яка вона там динаміка? 35 Гц? Так значить, у правильному, з точки зору форми частотної характеристики, обсязі вона виявиться 105 Гц, а це, знаєте, вже не сабвуфер. Значить - на підходить. Ось бачите, і калькулятор не знадобився. Дивимося іншого. Резонансна частота 25 Гц, добротність 0,4. Виходить система з добротністю 0,75 і частотою резонансу десь близько 47 Гц. Цілком гідно. Спробуємо тут же, не відходячи від прилавка, прикинути, якого обсягу знадобиться ящик. Написано, що Vas = 160 л (або ж 6 cu.ft, що більш ймовірно).
(Тут би написати формулу - вона простенька, але не можна - обіцяв). Тому для розрахунків біля прилавка дам шпаргалку: скопіюйте і покладіть в гаманець, якщо купівля басового динаміка входить в плани вашого шопінгу:
Резонансна частота і добротність зростуть в Якщо обсяг ящика становить від Vas 1,4 рази 1 1,7 рази 1/2 2 рази 1/3 3 рази 1/8У нас - приблизно вдвічі, так що виходить ящичок об'ємом 50 літрів - 60. Забагато буде....Давайте наступний. І так далі.
Виходить, що для того, щоб вийшло мислиме акустичне оформлення, параметри динаміка мало того, що повинні знаходитися в якомусь певному коридорі значень, але ще й бути ув'язані між собою.
Цю ув'язку досвідчені люди звели в показник Fs/Qts.
Якщо величина Fs/Qts становить 50 або менше, динамік народжений для закритого ящика. Необхідний обсяг ящика при цьому буде тим менше, чим нижче Fs або чим менше Vas.
За зовнішніми даними "природжених затворників" можна дізнатися з важким дифузорами і м'яким підвісів (що дає низьку резонансну частоту), не дуже великим магнітів (щоб добротність була не дуже низькою), довгим звуковим котушок (оскільки хід дифузора у динаміка, що працює в закритому ящику, може досягати досить великих значень).
Фазоінвертор
Інший тип популярного акустичного оформлення - фазоінвертор, при всьому гарячому бажанні біля прилавка порахувати не можна навіть приблизно. Але прикинути придатність для нього динаміка - можна. А про розрахунок ми взагалі будемо говорити окремо.
Резонансна частота системи цього типу визначається вже не однієї тільки резонансною частотою динаміка, але і налаштуванням фазоінвертора. Це ж відноситься і до добротності системи, яка може істотно змінюватися зі зміною довжини тунелю навіть при незмінному обсязі корпусу. Оскільки фазоінвертор може бути, в відміну від закритого ящика, налаштований на частоту, близьку або навіть нижче, ніж у динаміка, власній резонансній частоті головки "дозволено" бути вище, ніж у попередньому випадку. Це означає, що при вдалому виборі, більш легкий дифузор і, як наслідок, поліпшення імпульсних характеристик, ніж фазоінвертор потребує, оскільки його "вроджені" перехідні характеристики не з кращих, гірше, ніж у закритого ящика, принаймні. Зате добротність бажано мати можливо нижче, не більше 0,35. Зводячи це в той же показник Fs/Qts, формула вибору динаміка для фазоінвертора виглядає просто:
Для роботи в фазоинверторе підходять динаміки, у яких показник Fs/Qts становить 90 і більше.
Зовнішні ознаки фазоинверсной породи: легкі дифузори і потужні магніти.
Бандпассы (зовсім коротко)
Смугові гучномовці, при всіх своїх гучних переваги (це в сенсі найбільшої ефективності, в порівнянні з іншими типами) - найбільш складні у розрахунку та виготовленні, а узгодження їх характеристик з внутрішньої акустикою автомобіля при недостатньому досвіді може перетворитися в справжнісіньке пекло, тому з цим видом акустичного оформлення краще йти по камінчиках і скористатися рекомендаціями виробників динаміків, хоч це і зв'язує руки. Однак, якщо руки все ж знаходяться в развязанном стані і сверблять спробувати: одиночних бандпассов підходять практично ті ж динаміки, що і для фазоинверторов, а для подвійних або квазиполосовых - вони ж або, що більш бажано, головки з показником Fs/Qts рівним 100 і вище.
Як все це розрахувати вже відійшовши від прилавка - наступного разу.
Автор: Андрій Елютин, АвтоЗвук; Публікація: www.avtozvuk.com, www.cxem.net