17 апреля 2019
Введение
Множество книг и журнальных статей было написано на предмет дизайна корпусов низкочастотников, многие профессиональные установщики разрабатывали свои собственные заказные проекты, экспериментируя с различными типами корпусов и комбинаций динамик/корпус. Все это привнесло элемент загадочности и «магии» в проектирование корпусов низкочастотников для автомобильных аудиосистем.Кое-кто может сказать, что в проектировании хорошего корпуса для динамика нет ничего загадочного, но мы с этим не согласимся. Действительно, в большей части здесь все научно обоснованно, но всегда присутствует капля магии, удачи, искусства - называйте это, как хотите, - которая создаст именно ту комбинацию сабвуфера, низкочастотника и корпуса, которая превзойдет все ожидания. Но сначала, конечно, надо узнать, что же все-таки ожидает получить покупатель. Что интересует его в первую очередь - качество звука или уровень звукового давления? Музыку какого жанра он слушает? Что он предпочитает: некоторый подъем АЧХ в районе где-то около 80 Гц, чтобы акцентировать партию басового барабана в своей любимой роковой или танцевальной композиции, или естественный легкий спад с хорошо выраженными субнизкими частотами, чтобы выявить все великолепие звучания оркестра? Так как каждый покупатель имеет свой собственный музыкальный вкус, отличный от других, и свои собственные предпочтения, мастерство разработчиков динамиков автомобильных аудиосистем (не обязательно сабвуферов) в том и состоит, чтобы создать систему, которая осчастливит владельца. Это может оказаться не тот тип системы, который вы хотели бы иметь в своем автомобиле. Искусство разработчика акустических систем состоит не только в том, чтобы узнать, какой звук хорош, а в том, чтобы узнать, какой звук хорош для слуха данного покупателя.

Зачем нужен корпус?
Первый вопрос заключается в том, почему необходимо помещать динамик в корпус.Волны звукового давления возникают как впереди, так и позади конуса динамика во время его движения. Тыловые волны находятся в противофазе к фронтальным волнам и, следовательно, гасят одна другую, если появляется возможность наложения волн. Здесь может помочь монтаж динамика на большой доске, но чтобы полностью исключить возможность наложения тыловых волн на фронтальные, требуется полностью изолировать тыловые волны от фронтальных, и поэтому мы конструируем корпус „ для динамика, Предположим, что мы сконструировали абсолютно герметичный корпус, тогда фронтальные и тыловые волны никоим образом не встретятся. Такой тип закрытого корпуса называется «бесконечный акустический экран».
Закрытый корпус задерживает воздух позади динамика и использует возрастание давления при движении диффузора для управления или «демпфирования» этого движения. Если вы раздвинете пальцы и слегка надавите на конус вуфера, то вы почувствуете, как он сопротивляется давлению вашей руки. Некоторые вуферы сопротивляются давлению сильнее других, это зависит от жесткости подвеса динамика,
При разработке автомобильного сабвуфера производитель должен учитывать величину воздушного давления, которое будет возникать позади диффузора после установки динамика. Если производитель подвешивает динамик не жестко (ожидая, что он будет установлен в корпус), а установщик монтирует его на задней панели так, что все пространство багажника оказывается под ним (что обычно называется монтажом «без корпуса», хотя это не вполне правильно с технической точки зрения), то предельно допустимая мощность динамика будет ниже, чем рассчитывал производитель, так как в этом случае давление позади динамика будет слишком незначительно, чтобы остановить диффузор при слишком большом линейном ходе (слишком большой амплитуде).
С другой стороны, если производитель подвесит динамик слишком жестко (ожидая, что динамик будет инсталлирован «без корпуса»), а установщик смонтирует его в маленьком, полностью изолированном корпусе, то комбинация жесткой подвески и значительного воздушного демпфирования значительно затруднит движение диффузора усилителем, таким образом, система станет менее эффективной и будет функционировать значительно ниже своих потенциальных возможностей. Также существует опасность, что может выйти из строя звуковая катушка.
В общем, сабвуфер может быть предназначен для монтажа в закрытом корпусе или для одного из прочих перечисленных вариантов установки, каждый из которых допускает потерю части давления, создающегося позади диффузора. Некоторые сабвуферы спроектированы с жесткой подвеской, так что они могут использоваться без каких-либо специальных корпусов. Вместо этого они монтируются напротив «звукопоглощающей перегородки» ба-гажника за задним сиденьем или под задней деревянной полкой. Так как эта перегородка или задняя полка изолируют пространство багажника от пассажирского салона, они действуют как довольно хорошие «бесконечные экраны», а жесткая подвеска будет компенсировать недостаток демпфирования воздушного давления позади конуса.
Несколько хороших конкурентоспособных автомобилей доказали, что такой тип «простой» системы низкочастотников может работать очень хорошо, но особенно хороших результатов можно достичь, только если установщик очень хорошо поработает, чтобы добиться того, что багажник автомобиля будет полностью изолирован, а панели тщательно демпфированы с помощью динамата (Dynamat) или другого звукопоглощающего материала с аналогичными свойствами. Следовательно, это не такая простая операция, как может показаться сначала. Чаще бывает проще сконструировать корпус и не беспокоиться об изоляции и демпфировании целого багажника.

Типы корпусов
Из трех наиболее популярных типов корпусов низкочастотников наиболее простым является закрытый тип или «бесконечный экран», так как он наименее сложный. Двумя другими наиболее часто встречаемыми альтернативами являются фазоинверторный и «полосовой» типы корпуса. Каждый из них имеет свои преимущества и свои недостатки посравнению с закрытым корпусом.

Основным недостатком системы фазоинверторного типа является наличие точки чуть ниже резонансной частоты системы, в которой порт уже не работает как «клапан давления» и, следовательно, воздух вырывается изнутри совершенно бесконтрольно. Это «разгружает» динамик, что означает две вещи: во-первых, что управление мощностью ниже резонансной частоты системы или «частоты перехода» будет значительно слабее, и во-вторых, что амплитудно-частотная характеристика быстро спадает, так как происходит некоторое срезание баса.
В наиболее распространенных полосовых корпусах имеются два отсека, и динамик монтируется на перегородке между двумя отделениями корпуса, таким образом, он полностью спрятан внутри корпуса. Одна камера является закрытой, а вторая - фазоинверторной, что позволяет звуку от динамика найти выход. При тщательной проработке конструкции порта он может использоваться для фильтрации более высоких частот, чем сабвуферные, и это приводит к снижению гармонических искажений. Требуется только простой пассивный фильтр нижних частот, и даже можно использовать систему без каких-либо дополнительных фильтров. Воздушное давление по обе стороны диффузора динамика обеспечивает очень хорошее управление системой и, следовательно, дает быстрое, аккуратное вос-произведение низких частот.
Системы полосового типа являются чрезвычайно эффективными (они обеспечивают достаточно большую громкость при маленьких размерах корпуса), но, так же как и системы фазоинверторного типа, они «разгружаются» при частоте ниже резонансной. Величина давления по обе стороны диффузора динамита требует от вмонтированного вуфера очень тщательной разработки и высокого качества исполнения, в противном случае он долго не прослужит.
Многие установщики сходятся во мнении, что закрытые корпуса звучат лучше всех других типов благодаря небольшой крутизне спада частотной характеристики, которая характеризует скорость затухания выходного сигнала. Из-за описанного выше эффекта работы порта при частотах ниже частоты перехода АЧХ фазоинверторных и полосовых систем при низких частотах спадает очень быстро. Закрытые корпуса являются наилучшими для тех пользователей, которые хотят получить естественное звучание басов (особенно при прослушивании классической музыки) и не возражают против того, чтобы выделить достаточное место в машине для корпуса динамика. Также закрытый корпус является наилучшим вариантом, если вы хотите скомпоновать систему для получения чрезвычайно высокого уровня звукового давления по типу тех систем, которые используются в соревнованиях по SPL. Но самое хорошее соотношение эффективность/минимальный размер корпуса все же имеет система фазоинверторного типа, которая является наилучшей и по большинству других характеристик.
Компьютерное проектирование
Конечно, можно проектировать сабвуферные системы с помощью бумаги, ручки и калькулятора, но это весьма утомительно, особенно если речь идет о самых передовых конструкциях. В частности, то время, которое займет расчет оптимального корпуса для конкретного автомобиля, может оказаться потраченным впустую, так как это может оказаться не самый лучший вариант из возможных, и впоследствии вам придется рассчитывать другой. Это очень трудоемко и существенно сокращает возможность экспериментирования с вариантами конструкции на бумаге перед началом практического осуществления проекта.В настоящее время существует множество хороших компьютерных программ, которые дают возможность разработчику испробовать многие варианты «на экране», прежде чем сделать окончательный выбор. При подготовке данного технического руководства мы пользовались двумя программами, созданными компанией Harris Technologies, расположенной в штате Мичиган, США. Первая - это пакет программ для разработки систем низкочастотников под называнием BassBox™ (текущая версия 5.1), а вторая - это пакет программ для разработки кроссовера, называемая X over 2.0. Обе они работают в среде Microsoft® Windows™ и являются очень полезным, мощным, профессиональным инструментом разработчика, и, что немаловажно, сравнительно дешевым. На момент написания этого руководства обе программы в США стоили вместе около US$130. Программа BassBox, кроме того, была снабжена буклетом с замечательной инструкцией (однако, только на английском языке), полной полезных советов по разработке систем низкочастотников.
Альтернативным пакетом программ, который является несколько менее мощным, но чрезвычайно выгодным в материальном отношении - всего $25 (плюс еще $4 за доставку и вручение вне пределов США) - это BoxPlot Рика Карлсона (Rick Carlson), который также работает в среде Microsoft® Windows™. Демонстрационную версию можно получить в Web- сайте Рика по сети Internet. Эта программа является замечательной альтернативой пакету BassBox, если вы новичок в разработке корпусов низкочастотников или в пользовании компьютером, так как она содержит небольшое число опций и, следовательно, не так сложна в использовании. А так как она предлагается в виде условно-бесплатного программного продукта (то есть вы можете попробовать программу в работе бесплатно и должны будете оплатить ее, только если будете продолжать ею пользоваться), то ваши наиболее энергичные покупатели могут заинтересоваться ею, попробовать поработать и затем купить ее. Они даже могут впоследствии с удовольствием поделиться с вами отличными проектами корпусов, которые им удастся разработать!
Хотя хорошая компьютерная программа берет на себя значительную часть тяжелой работы по разработке систем низкочастотников и/или кроссоверной сети для всей системы динамиков, вы все-таки не будете знать, насколько хороша эта система, пока не воплотите ее м жизнь и не включите. Компьютерные программы чрезвычайно полезны, так как могут подлости вас к оптимальному проекту в кратчайшие сроки, но они не могут гарантировать точный результат. Она полагается на точный ввод в компьютер параметров динамиков. На практике же параметры динамиков могут различаться в зависимости даже от даты выпуска. Более того, на окончательное звучание будут влиять и такие факторы, как конкретная конструкция корпуса, материалы, из которых он будет сделан, тип автомобиля, в который он будет установлен и т. п. Подгонка звучания системы динамиков к акустическим условиям конкретного автомобиля - это весьма интересная тема, которую мы обсудим в другом раз- доле данного руководства.
Введение в теорию
Нам необходимо дать краткий обзор принципов проектирования систем низкочастотников, так как хотя компьютер и может выполнить большую часть этой работы за нас, мы все же должны хоть немного представлять, как же он рассчитывает идеальный корпус для конкретного динамика. Значительная часть дальнейшей информации почерпнута нами из руководи та, прилагаемого к пакету программ проектирования динамиков BoxPlot, и публикуется здесь с любезного разрешения Рика Карлсона. Введение, написанное Риком, довольно информативно и не перегружено сложными техническими подробностями. Мы его слегка подредактировали, чтобы оно отвечало требованиям данного руководства, но оно полностью является работой Рика, и мы благодарны автору за разрешение воспользоваться этой информацией.Конструирование динамиков вначале развивалось как своего рода искусство, а сейчас оно л большей степени стало наукой, хотя и сохранило небольшой элемент «магии». Когда разработчики очень мало знали о теории проектирования корпусов динамиков, они могли создать как хорошие, так и плохие конструкции, основанные на одной из теорий. Причем плохие появлялись гораздо чаще, чем хорошие. Лучшие проекты создавались путем проб и ошибок. За эти годы мы значительно продвинулись в плане изучения механизма взаимодействия корпуса и динамика.
Так как в принципе возможно создать очень много различных типов корпусов динамиков, мы рассмотрим проектирование и конструирование одного из наиболее популярных - корпуса с портом фазоинвертора. Существует много других проектов, понятных лишь специалистам, таких как, например, низкочастотный лабиринт, но они очень редко используются в автомобилях из-за их размеров и сложности. Корпуса закрытого типа в общем случае зна-чительно проще проектировать (за решение этой задачи можно взяться даже без помощи компьютера, в отличие от корпусов фазоинверторного типа) и существует множество книг, содержащих запутанные вычисления (смотрите Приложение В. Рекомендуемая литература). Мы сконцентрируемся на корпусах с фазоинвертором и на технических подробностях, связанных с их конструированием, большинство из которых можно также применить и к другим типам корпусов.
А.Н. Тиэль (A.N. Thiele) и Р.Н. Смолл (R.N. Small) смогли снять ореол «черной магии» с проектирования динамиков. Путем моделирования динамика и его корпуса в виде электрической схемы и использования методов анализа электрических цепей они смогли составить несколько уравнений. Из этой системы уравнений они вывели несколько принципов, которые и перевели проектирование великолепно звучащих корпусов из области магии в область науки. В модели учитывались все важнейшие факторы, которые влияют на общее представление о фазоинверторном корпусе громкоговорителя. Результатом их работы стало то, что они назвали «согласованием». Согласование - это комбинация параметров громкоговорителя и корпуса, в результате которой возникает конкретная амплитудно-частотная характеристика. Тиэль и Смолл разработали таблицы согласований, которые сузили неисчислимое множество комбинаций параметров громкоговорителя и корпуса до нескольких легко выполнимых комбинаций.
Основные понятия
В дальнейшем мы будем употреблять некоторые термины, и хорошо было бы объяснить их здесь и сейчас. Если вы изучали теорию электрических цепей, тогда некоторые из этих терминов будут вам знакомы.Q (Qts, Qms, Qes, QL) *
Обозначение Q применяется для определения коэффициента качества (Quality Factor) - величины, указывающей на то, насколько хорошо демпфирована резонансная система. Чем ниже значение величины Q, тем лучше демпфирована резонансная система, и наоборот, высокое значение величины Q означает, что система не демцфирована. Понятия Низкое Q (Low Q) и Высокое Q (High Q) зависят от остальных параметров системы. Например, если мы говорим о Qts (что означает общее Q), тогда 0,2 - это низкое значение, а 0,7 - высокое. Если мы говорим о Q7 (величина, применяемая для обозначения потерь на утечку из корпуса), тогда 3 - это низкое значение, а 15 - высокое. Различные Q-параметры громкоговорителя являются одними из самых важных величин при определении общих характеристик и типа корпуса для конкретного автомобиля.
Упругость подвеса
Упругость подвеса - это величина, характеризующая упругость крепления диафрагмы динамика. Она обычно выражается в терминах объема воздуха, который имеет эквивалентную податливость (упругость), и обычно обозначается ‘Vas’. Податливость - это параметр, который определяет окончательный объем корпуса. Этот параметр может варьироваться даже у различных образцов одного и того же динамика.
Сопротивление(Re)
Сопротивление - это обычное электрическое сопротивление звуковой катушки при постоянном токе. Сопротивление звуковой катушки вместе с сопротивлением проводов и коэффициентом демпфирования усилителя составляют общее электрическое значение Q акустической системы. Сопротивление звуковой катушки и сопротивление проводов для постоянного тока можно измерить с помощью омметра или цифрового мультиметра (DMM).
Импеданс
Импеданс - это эквивалент сопротивления, но для переменного тока. Сопротивление измеряется при постоянном токе, что означает постоянное состояние напряжения или тока. Импеданс измеряется при переменном напряжении или токе. У большинства автомобильных динамиков паспортным является величина «номинального импеданса» в 4 Ом, при этом имеется в виду то, что свободно можно назвать средним импедансом громкоговорителя в заданном диапазоне рабочих частот. Так как импеданс громкоговорителя изменяется в зависимости от частоты, то номинальное значение - это только ориентир. Реальный импеданс изменяется от низких величин, чуть больше сопротивления при постоянном токе, до сотен Ом. В любом случае импеданс будет всегда больше сопротивления.
Настройка
Под настройкой подразумевается процесс регулировки параметров корпуса для достижения заданных значений. Маловероятно, что сделанный корпус будет сразу же правильно настроен. Для настройки корпуса длина порта и размеры корпуса должны быть приведены в соответствие с расчетными данными. Необходимые регулировки определяются с помощью выполнения простых измерений характеристик готовой системы. Подробнее об этом мы расскажем далее.
ДБ
Знак «дБ» обозначает децибел, что составляет 1/10 от бела. «дБ» используется для выражения относительных изменений в напряжении или мощности. В отношении корпуса динамика - это измеряемый уровень звукового давления. Для вычисления параметров мощности, которую в акустике всегда обозначают буквой ‘W’, формула определения изменения децибел следующая: 10*log(W2/W1), где W1 и W2 - это мощность при двух различных частотах. Для коэффициента звукового давления формула имеет следующий вид: 20*log(Р2/Р1), где Р1 и Р2 - это уровень звукового давления при двух различных частотах. После определения величины дБ к характеристикам системы добавляется параметр «уровень в дБ».
Особого интереса заслуживает отметка -ЗдБ. Это точка, в которой выходной уровень спадает на 3 дБ по отношению к эталонному значению. (Эталонный уровень обычно устанавливается в 0 дБ на какой-то более высокой частоте.) Значение 3 дБ означает сокращение наполовину (или удвоение) выходной мощности, и поэтому точка -ЗдБ иногда называется «точкой половинной мощности». Это точка, в которой большинство людей замечают изменение амплитудно-частотной характеристики.

Чтение графиков
На что следует обратить внимание, когда компьютерная программа выводит на плоттер амплитудно- частотную характеристику системы динамиков? Что делает одну кривую АЧХ лучше другой? Ответ на этот вопрос: «смотря чего вы хотите добиться».Большинство людей, говоря о хорошем звучании динамика, имеют в виду точность, естественность воспроизведения звука. Точность означает плоскую амплитудно-частотную характеристику, которая распространяется до таких низких частот, до каких только возможно, и которая достигается только тщательно отрегулированной системой. В большинстве случаев графики амплитудно-частотных характеристик рисуются с частотой по горизонтальной оси и выходной акустической мощностью по вертикальной. Когда говорят, что амплитудно-частотная характеристика «плоская», имеется в виду, что график АЧХ очень слабо отклоняется вверх и вниз от эталонного уровня 0 дБ. Мы уже упоминали работы Тиэля и Смолла, в которых излагается концепция согласования. Каждое согласование имеет свою кривую АЧХ, характерную для моделируемого электрического фильтра. Согласование, показанное на рисунке 1.1, известно, как фильтр Баттерворта (Butterworth) четвертого порядка, или для краткости В4. Известно, что эта амплитудно-частотная характеристика имеет плоскую «полосу пропускания» и хорошую переходную характеристику. Полоса пропускания означает все, что выше «частоты среза». Частота среза - это частота, мри которой амплитудно-частотная характеристика начинает резко спадать. Обычно это точка -ЗдБ, но эта величина может изменяться в зависимости от конкретного согласования.

В некоторых случаях идеально плоскую АЧХ получить невозможно, или частота среза будет слишком высока. Для некоторых динамиков точное согласование в результате дает амплитудно-частотную характеристику, показанную на рисунке 1.2. Хотя она не совсем «плоская», но вполне приемлемая, так как отклонения от эталонного уровня исчисляются всего несколькими дБ. Эта кривая известна как амплитудно-частотная характеристика фильтра Чейшева (Cheyshev) четвертого порядка, или для краткости С4. Этот тип АЧХ обычно встречается у динамиков с высоким Qts.

Еще один достаточно часто встречающийся тип амплитудно-частотной характеристики показан на рисунке 1.3. Он известен как квази-фильтр Баттерворта (Butterworth) третьего порядка, или для краткости QB3. Этот тип АЧХ обычно встречается у динамиков с низким Qts. Эти три типа амплитудно-частотных характеристик известны как серия QB3-B4-C4 и впервые были опубликованы Тиэлем. Амплитудно-частотная характеристика, которую вы получите, зависит от Qts динамика. Если динамик имеет Qts меньше, чем 0,383, тогда АЧХ будет типа QB3. Если динамик имеет Qts, равную 0,383, тогда АЧХ будет типа В4. Если динамик имеет Qts больше, чем 0,383, тогда АЧХ будет типа С4. Обратите внимание, что изменение от одной амплитудно-частотной характеристики к другой постепенное и графики АЧХ, приведенные здесь, являются только примерами различных амплитудно-частотных характеристик. Названия АЧХ на самом деле не столь важны и приводятся здесь только для ознакомления.
Запомните, что АЧХ с большими пиками и провалами известна как недемпфированная характеристика, которая всегда означает, что пострадает «переходная характеристика». Переходная характеристика - это способность динамика откликаться на неожиданные короткие единичные всплески, такие как барабанная дробь. При недемпфированной АЧХ звучание будет непрозрачным, гулким, так как динамик продолжает движение, даже когда электрический сигнал пе-рестает поступать. Имейте в виду, что «плоская» характеристика всегда лучше (кроме тех случаев, когда вы стараетесь создать новый тип звучания).

Полосовой корпус создать гораздо труднее, чем простой корпус с фазоинвертором, потому что он имеет помимо порта еще две камеры, которые надо спроектировать. Сам динамик не виден снаружи корпуса, и его диффузор напрямую не излучает никакого звука. Весь акустический выход идет через порт. Полосовой корпус имеет АЧХ, принципиально отличающуюся от АЧХ корпуса с фазоинвертором. Она имеет спад в области низких частот аналогично фазоинверторному корпусу, но она также имеет спад и в области высоких частот. Именно поэтому такой корпус называют полосовым. Такой корпус дает выходной сигнал только в конкретном диапазоне частот. На рисунке 1.4 показано, на что похожа типичная полосовая АЧХ. Обратите внимание, что на участке приблизительно от 25 Гц до 105 Гц она плоская. Выше и ниже этих частот АЧХ спадает со скоростью 12 дБ/окт. Пунктирная линия на этом графике указывает уровень точки -3 дБ.
Полосовой корпус, так же как и корпус фазоинверторного типа, может давать плохой звук. На рисунке 1.5 показана недемпфированная полосовая АЧХ. Обратите внимание, что АЧХ уже не плоская, по обоим ее краям имеются пики величиной примерно в 4 дБ. Таким образом, этот корпус демонстрирует плохую переходную характеристику и звучит очень гулко. Хотелось бы еще поработать в данном направлении, чтобы больше извлечь из этого проекта, но амплитудно-частотная характеристика такого типа потребует слишком большой тыловой камеры и невероятно маленькой фронтальной камеры. Кроме того, этот тип корпуса не обеспечивает необходимой мощности в области низких частот.

Однако, будучи более сложными в разработке, полосовые корпуса все же остаются фаворитами у энтузиастов автомобильных аудиосистем, так как они демонстрируют более высокую эффективность (высокий выход), чем закрытые корпуса эквивалентного объема, и они не требуют фильтра нижних частот для удаления более высоких частот. Можно найти компромиссное решение между шириной частотного диапазона и эффективностью.
Полосовой корпус также имеет тенденцию вызывать больше резонансов в салоне автомобиля, чем корпуса с более широким диапазоном частот. Вряд ли это полосовых корпусов, скорее всего, причиной является желание установщика добиться более высокого уровня звучания, чем могут обеспечить корпуса закрытого или фазоинверторного типов. Конечно, в некоторых случаях именно этот эффект и требуется.
Параметры корпуса
По большей части параметры динамика не могут быть изменены, и поэтому разработчики систем низкочастотников могут варьировать только параметры корпуса. Корпус является, в основном, настраиваемой системой и должен быть отрегулирован для соответствия выбранному согласованию. В этом случае необходимо рассмотреть несколько основных параметров корпуса.Н: Коэффициент настройки
Коэффициент настройки - это отношение частоты настройки корпуса (Fb) к резонансной частоте динамика (Fsb). Например, если динамик без корпуса имеет резонансную частоту 30 Гц, а коэффициент настройки равен 2, тогда частота настройки корпуса будет 60 Гц.
H=Fb/Fsb
Частота настройки и нижняя тонка 3 дБ обычно находятся довольно близко к такой частоте, хотя существует много исключений. Имейте в виду, что резонансная частота динамика (Fs) изменяется при помещении его в корпус, следовательно, Н тоже изменится. Новая резонансная частота «в корпусе» (Fsb) используется для окончательного подсчета Н.
Параметр Н используется также в связи с полосовыми корпусами для указания коэффициента демпфирования. В некоторых статьях этот параметр называют ‘S’, но какой бы символ не использовался, он, по сути, определяет форму выходной характеристики. Это отношение амплитуды пика на выходе при высокой и низкой резонансных частотах к амплитуде середины диапазона.
Альфа
Альфа - это отношение упругости динамика Vas к объему корпуса. Например, если динамик имеет Vas в 10 кубических футов, а согласование требует, чтобы альфа равнялась 3, тогда объем корпуса должен быть равен 10/3 или 3,33 куб. фута. Надо иметь в виду, что действительное значение Vas для конкретного устройства может несколько отличаться от заявленных характеристик, поэтому корпус надо сделать на 10-20% больше вычисленных значений.
Для полосового корпуса параметр альфа устанавливает лишь объем тыловой камеры. Объем фронтальной камеры определяется параметром Н и параметрами задающего устройства и никак не связан с параметром альфа.
Q7, QL (добротность)
Q7 - это Q, возникающее из-за утечки воздуха из корпуса. Это значение невозможно измерить до того, как корпус будет полностью готов, поэтому сначала решили использовать обозначение 7. Идеальный корпус фазоинверторного типа будет иметь очень высокое Q (15). А корпус с утечкой будет иметь очень низкое Q (3). В корпусе с фазоинвертором предполагается только одно отверстие - порт. Других источников утечки воздуха, кроме отверстия порта, не должно быть, т.к. они снижают значение Q настраиваемой системы, что приводит к изменению результирующей амплитудно-частотной характеристики, и обычно самым нежелательным образом.
Для достижения высоких значений Q корпус должен быть полностью герметичен за исключением отверстия порта. Рекомендуется сделать силиконовые шайбы по всем швам внутри корпуса. Фронтальная доска динамика также должна быть изолирована силиконовыми шайбами перед установкой. А также сам динамик должен быть смонтирован с силиконовыми шайбами по всему периметру.
Построение низкочастотной системы
Процедура, описанная здесь, несомненно, не является последним словом в этом вопросе, но она хороша для начала. Во-первых, определим ваши цели. Под этим мы подразумеваем установление некоторых границ того проекта, который вы хотите осуществить. Имеются в виду такие вещи, как максимальная цена, максимальный размер, количество времени, затрачиваемое на этот проект (все это обычно диктуется финансовым состоянием покупателя), имеющиеся в наличии компоненты системы (среднечастотник, твитер), мощность усилителя и т. п. Вы должны установить реально выполнимые значения окончательной АЧХ, максимального уровня звукового давления и эффективности и т. д. Если, например, в автомобиле есть место объемом только 1 кубический фут, то покупатель не должен ожидать характеристику ниже 20 Гц при уровне звукового давления 130 дБ!После того как основные цели будут изложены на бумаге, включите свой компьютер и загрузите вашу любимую программу по проектированию корпусов низкочастотников, такую как Boxplot или BassBox. Предположим, что вы заранее занесли все необходимые параметры динамика для моделей Phase Linear, тогда вы можете приступать к поиску такой комбинации динамик/корпус, которая дает результаты, наиболее близкие к требуемым. Если амплитудно-частотная характеристика выглядит хорошо и корпус имеет подходящие размеры, тогда просмотрите другие параметры, такие как диаметр отверстия порта, длина порта и максимальный уровень звукового давления. Внимательно проверяйте размер корпуса, так как для некоторых устройств точное согласование достигается, когда размер корпуса меньше размера динамика, или наоборот, окончательный размер корпуса будет с большой кар-тотечный шкаф.
Параметры отверстия фазоинвертора также очень важны. Иногда необходимая величина порта может превышать площадь поверхности, на которой оно должно располагаться, или требуемая длина вентиляционного отверстия может превышать глубину корпуса.
Некоторые общие указания для разработки корпусов
• Не делайте его кубической формы. Куб имеет очень плохой резонанс на одной частоте. Резонансную частоту можно рассчитать, исходя из размера самой длинной стороны.
• Не делайте каких-либо двух габаритных размеров одинаковыми. Не делайте высоту такой же, как ширина, а ширину такой же, как глубина. Каждый раз, когда две размерности оказываются одинаковыми, возникающий резонанс становится более отчетливым.
• Убедитесь, что отверстие фазоинвертора может уместиться на фронтальной поверхности корпуса. Отверстие порта не обязательно должно быть направлено вперед, но куда бы оно ни было направлено, убедитесь, что там имеется достаточно места.
• Используйте несколько фазоинверторных отверстий, если одно получается слишком большим. Фазоинверторные отверстия с диаметром больше 200 мм надо по возможности разделять на два или больше маленьких отверстий. Обратите внимание, что два порта диаметром 100 мм не эквивалентны одному фазоинверторному отверстию с диаметром 200 мм ровной длины. Фазоинверторное отверстие должно пропускать одинаковый общий объем воздуха. Программа Boxplot позволяет вычислить правильный размер нескольких фазоинверторных отверстий.
• Избегайте случаев, когда длина порта равняется толщине корпуса, другими словами, когда получается просто отверстие в панели корпуса. Оно не будет работать, как настоящий физоинвертор, потому что там не будет столба воздуха, действующего как резонатор Гельмгольца (основной принцип работы корпуса фазоинверторного типа). В принципе, такое фазоинверторное отверстие способно работать, но это потребует гораздо более тщательной настройки.
• Процедура настройки может потребовать регулировки объема корпуса. Довольно трудно будет увеличить объем корпуса после того, как он полностью сделан, поэтому корпус надо сделать на 10-20% больше с учетом скреплений и настройки. Необходимо предварительно рассчитать объем, занимаемый динамиком, а объем отверстия порта вычисляется с помощью формулы:
V = 3.1415*r2*L
• Сделайте фазоинверторное отверстие таким, чтобы его легко можно было подрегулировать. При настройке корпуса иногда требуется изменить длину порта, поэтому лучше сразу сделать отверстие более длинным.
• Убедитесь, что корпус достаточно глубок для фазоинверторной трубы. Если фазоинверторная труба оказывается слишком длинной, возможно, лучшим выходом из положения будет прямоугольный изгиб трубы. Фазоинверторная труба должна отстоять от задней стенки корпуса хотя бы на расстояние одного своего диаметра, но не менее чем на 75 мм.
Конструкция корпуса
Наиболее подходящим - сравнительно недорогим и достаточно плотным - материалом для использования в качестве панелей для корпуса является древесноволокнистая плита (MDF) средней плотности толщиной 18 мм. Существует несколько различных сортов ДВП, отличающихся в основном плотностью. Дешевых слоистых видов ДВП-плит следует избегать, так же как и низкосортных материалов. Отдайте предпочтение мелкозернистым материалам.Если корпус очень большой, используйте ДВП толщиной 25 мм. Если основным требованием является портативность системы низкочастотника (чтобы освободить место в багажнике для багажа), тогда используйте высококачественную фанеру. Из березовой фанеры толщиной 18 мм получится хороший корпус, но он будет дороже, чем из ДСП. Проблема заключается в том, что фанера стандартных сортов может содержать пустоты (пустотелые участки) внутри слоев, что приводит к резонансу корпуса.
Не жалейте клея и винтов для дерева при сборке корпуса. Наличие распорок во всех углах значительно упрощает скрепление корпуса винтами. Все отверстия для винтов должны быть просверлены заранее, чтобы избежать расслаивания дерева, и отзенкованы снаружи. После того как винт плотно установлен на место, залейте его сверху «пластической древесиной» так, чтобы он не был виден, какое бы покрытие корпуса не использовалось. Будьте осторожны при пользовании электроотверткой, не перекрутите винт; учтите, что ДВП - это материал особой плотности, винт не будет легко входить в дерево, и поэтому головка винта может отломиться.

Крестовые распорки надо использовать для любой большой неукрепленной панели. При этом постарайтесь разделить поверхность на неодинаковые участки во избежание резонанса. Например, не устанавливайте крепление точно в центр большой панели, сдвиньте его в сторону.
Наиболее удачным в большинстве случаев является крепление распорками в форме «X». Распорки должны быть прочно прикреплены к каждой панели, так же как и друг к другу в центре корпуса. Этот метод предохраняет стенки от вибрации тем, что скрепляет их вместе даже лучше, чем индивидуальное укрепление каждой из стенок, например, с помощью расчалок. Смотрите рис. 2.1.
После того как корпус будет собран, проложите силиконовые прокладки по всем внутренним швам, чтобы убедиться, что нет утечки воздуха. Соединения по наружной стороне корпуса также надо герметизировать. Отражательная доска, работающая как плоский экран, обычно делается съемной, чтобы в дальнейшем ее можно было при необходимости изменить, но это может служить причиной утечки воздуха. Используйте пенный герметик, который применяется для уплотнения вокруг дверей и окон, - между досками и панелями, а через каждые 10-20 см крепите винтами. Замазка действует даже лучше, но она существенно усложняет демонтаж отражательной доски в дальнейшем.
Отражательная доска действительно должна быть хорошо закреплена, так как в ней имеются, как минимум, два больших отверстия: одно для динамика и остальные (одно или больше) для фазоинверторных отверстий, которые, скорее всего, ухудшают ее структуру. Динамик сам по себе обеспечивает жесткость конструкции, но обычно требуется дополнительное крепление между динамиком и портом фазоинвертора, кроме случаев с очень маленьким корпусом и/или очень толстым акустическим экраном.
Корпус можно покрасить или покрыть одним из множества материалов, включая автомобильное покрытие, винилом или кожей. Перед окончательной отделкой убедитесь, что деревянная поверхность достаточно гладкая, так как любые неровности будут видны через винил или кожу гораздо отчетливее, чем на деревянной поверхности. Это одна из мелочей, которая может испортить впечатление от очень хорошей работы. Покрытие хорошо применять, когда надо скрыть дефекты поверхности или для защиты при транспортировке в багажнике, однако сейчас уже немодно использовать для корпусов систем покрытия.
Динамик можно защитить с помощью решетки. При использовании только мягких материалов не может быть обеспечена необходимая мера защиты, поэтому в зависимости от размера динамик должен быть укреплен пластиковой или металлической решеткой.
Корпус с фазоинвертором должен быть облицован акустическим изолятором только вдоль стенок, а не заполнен им, как корпус закрытого типа. Облицовка помогает гасить резонанс и отражение внутри корпуса. Используйте по нескольку дюймов на каждой стенке, так как слишком сильное заполнение будет заметно влиять на Vas системы. Оригинальные демпфирующие материалы, такие как динамат, могут очень эффективно сокращать резонанс панелей и препятствовать возникновению стоячих волн.
Настройка системы
Большинство любителей-энтузиастов, а также многие профессиональные установщики считают, что работа завершена после того, как они разработали и смонтировали систему пизкочастотника, но для того, чтобы получить те характеристики, для которых и была создана эта система, необходимо еще ее настроить. Под настройкой имеется в виду измерение кривой импеданса динамика, помещенного в корпус, и вычисление нескольких новых значений, таких как Н, Альфа и QL. С этими значениями регулировка может быть выполнена как для объема корпуса, так и для длины фазоинверторного отверстия, или для обеих величин, чтобы достигнуть точной регулировки системы.Перед тем как будет выполнена окончательная настройка, динамик нужно «прогреть», то ость в течение нескольких часов слушать музыку на низком уровне мощности. Параметры устройства в некоторых случаях могут измениться в течение первых нескольких часов работа акустической системы. Для этого необязательно помещать ее в корпус, но будьте осторожны, убедитесь, что не произошло повреждения системы во время интенсивного движения конуса. Сохраняйте низкий уровень мощности.
Если вы пользуетесь одной из двух компьютерных программ по разработке системы низкочастотника, рекомендованных в данном руководстве, то в инструкции, прилагаемой к этим программам, вы можете найти разделы, посвященные настройке системы. Программе ВаssBox мы уделили особенное внимание, поскольку она дает информацию о настройке как пассивных излучателей, так и «активных» динамиков. Там шаг за шагом описана процедура
тестирования громкоговорителей, заключающаяся в точном подсчете величин всех важнейших параметров громкоговорителя. Вам понадобится точный генератор сигналов, частотомер, вольтметр и омметр. Программа Boxplot, хотя и не такая мощная, все же оказала нам значительную помощь, и мы будем сейчас обсуждать необходимые измерения при настройке системы с помощью Boxplot (или вручную).
Проверка настроенной частоты
Существует два способа проверки резонансной или «настроенной» частоты системы. Для обоих методов потребуется либо использование генератора сигналов, подсоединенного ко входу усилителя, что позволяет качать частоту и считывать настроенную частоту со шкалы, либо вы можете использовать тестовый компакт-диск, такой как тестовый диск ‘Му Disk’ Sheffield Lab/Autosound 2000 (номер в каталоге Sheffield Lab 10045-2-Т), который записывает индивидуальные низкие частоты (трек 59).Полое простой способ - это послать низкочастотный сигнал через низкочастотный динамик и устанавливать громкость до тех пор, пока вы можете наблюдать движение конуса динамики (иногда для наблюдения за движением диафрагмы динамика помогает фокусировка на логотипе торговой марки, или можно поместить небольшую клейкую метку в центре пылезащитного колпачка). Начните с частоты приблизительно 120 Гц и затем постепенно снижайте, наблюдая за движением конуса. Если частота снижается, вы достигнете точки, в которой вам покажется, что движение конуса прекратилось. Это происходит при резонансной частоте.
Для более точного метода вам понадобится вольтметр переменного тока и сопротивление 1000 Ом (2 Вт или более). Подключите резистор так, чтобы сигнал проходил через него от усилителя к динамику (рис. 2.2). Установите пробники вольтметра по обе стороны от резистора и измерьте напряжение (Т1). Регулируйте выходной уровень до тех пор, пока вольтметр не зафиксирует напряжение 10-20 В. Медленно качайте или понижайте частоту, начиная с частоты приблизительно 120 Гц и до достижения максимального напряжения на вольтметре, измеряющем напряжение динамика (Т2), - это и будет точка настроенной частоты.
Проверка импеданса динамика
Полезно знать действительное значение настроенной частоты системы, это значение можно сравнить с Fb, вычисленным нашим компьютером, чтобы увидеть, насколько близко мы подошли к требуемому значению. Если значения совпадают или очень близки, а система звучит хорошо, то вы можете считать работу законченной на этой стадии. Однако то, что настроенная частота близка к вычисленному значению Fb, еще не означает, что кривая АЧХ будет той, что вычислялась вначале. Для построения действительной кривой АЧХ нашей системы и получения информации, необходимой для «настройки» объема корпуса или фазоинверторного отверстия, нам понадобится выполнить еще несколько измерений. В частности, очень важно измерить импеданс динамика в трех точках.Импеданс - это просто сопротивление при переменном токе. Для измерения импеданса нам понадобятся: генератор синусоидальных колебаний, вольтметр переменного тока и омметр. Генератор синусоидальных колебаний должен иметь нагрузочную способность от 10 Гц до примерно 200 Гц с хорошей точностью по частоте и амплитуде. Для нас очень важно точно установить частоту, поэтому надо избегать использования генераторов с грубой шкалой на низких частотах.
Вольтметр переменного тока должен иметь возможность измерять частоты ниже 10 Гц с точностью 1%. Уточните технические характеристики вашего вольтметра, т. к. некоторые вольтметры гарантируют точность только до 40 Гц или 50 Гц. Для этого годится и соответствующий цифровой мультиметр (DMM), который также можно использовать для измерения сопротивления. Необходимо, чтобы он мог измерять с точностью 0,1 Ом. Если же вы располагаете тестовым оборудованием, которое не дает такой точности, его все же можно использовать: лучше выполнить измерения с точностью 5%, чем не настраивать систему вовсе.

Выполнение измерений Существует множество способов измерения импеданса динамика. Мы выбрали метод, который должен быть достаточно простым и потребовать минимум оборудования. Все пассивные кроссоверы должны быть обойдены во время настроечных измерений.
Для измерения импеданса динамика вы должны установить оборудование, как показано на рисунке 3.1. Генератор сигналов используется для подачи сигналов различной частоты на динамик. Rx должно действовать как половинный делитель напряжения (Rx - это резистор номиналом около 500 Ом, 5%, 1 Ватт или более). Вторую половину делителя напряжения составляет импеданс динамика. Цифровой мультиметр используется для измерения напряжения между клеммами динамика, а также для установки напряжения на выходе генератора сигналов.
Действующее значение начального уровня сигнала, поступающего с генератора, должно составлять около 1 или 2 Вольт, или столько, на сколько способен данный генератор. При выполнении измерений убедитесь, что цифровой мультиметр установлен на измерение напряжения переменного тока, и не перегружайте динамик высоким уровнем сигнала, т. к. для наших измерений необходимы только слабые сигналы,
Выходное напряжение генератора сигналов должно сохраняться постоянным в течение всего времени измерений. Для проверки напряжения генератора используйте схему, приведенную на рисунке 3.2. Для установки показаний цифрового мультиметра необходимо несколько секунд. Выходное напряжение генератора сигналов должно сохраняться постоянным при изменении частоты. Если выходное напряжение генератора сигналов изменяется после изменения частоты, то его надо каждый раз возвращать к исходному уровню.
Типичная кривая импеданса динамика приведена рисунке 3.3. Она имеет два пика импеданса FI и Fh и «точку минимума» импеданса между двумя пиками (Fm). Вам необходимо найти все три точки импеданса FI, Fh и Fm и измерить импеданс в точке Fm.
Подключите вольтметр к клеммам громкоговорителя, как показано на рисунках 2.2 (Т2) и 3.1. Пусть генератор выдает свип-сигнал до тех пор, пока вы не измерите минимум напряжения (это происходит в точке Fm). Как только вы зафиксировали точку Fm, надо сразу же записать значения напряжения динамика и напряжения генератора сигналов. Эти величины используются для нахождения Rm.
FI и Fh можно найти путем постепенного изменения частоты при неизменном напряжении генератора выше и ниже Fm. Так как это пики импеданса, то между ними динамик будет иметь максимальный уровень напряжения. Будьте осторожны, не поднимайтесь слишком высоко от значения Fh, так как там импеданс снова начнет расти из-за самоиндукции звуковой катушки. Реальное значение напряжения в FI и Fh не так важно, как частота. Убедитесь, что выходное напряжение генератора сигналов сохраняется постоянным при изменении частоты.
Для нахождения действительного импеданса Rm при частоте Fm используйте следующую
формулу:
Rm = (Vs * Rx) / (Vg - Vs),
где Vs - напряжение динамика при частоте Fm, a Vg - напряжение генератора сигналов. Rx - это значение сопротивления.
Теперь настало время воспользоваться компьютерными программами проектирования систем низкочастотников. Если вы пользуетесь программой Boxplot, то введите значения величин FI, Fm, Fh и Rm в диалоговое окно измерений и нажмите кнопку ‘calculate’ (вычислить). На дисплей будут выведены измеренные значения величин Альфа, Н и QL. Если вам посчастливится, и они окажутся такими же, как исходные значения параметров то можете считать работу законченной, но чаще оказывается, что они отличаются и надо снова выполнить регулировку и повторить эту серию измерений.
Регулировки
После того как были найдены действительные параметры корпуса и вы сравнили их с тем соотношением, которого хотели достичь, появится необходимость еще немного отрегулировать объем корпуса и длину порта фазоинвертора. Если реальное значение альфа (отношение Vas динамика к объему корпуса) меньше, чем величина альфа, к которой вы стремились, объем корпуса надо уменьшить. Это можно сделать путем добавления внутренних распорок или деревянных блоков. Можно применить временное заполнение, например, положить внутрь кирпич или тяжелую банку с краской на период выполнения дополнительных измерений. Если значение альфа слишком велико, объем корпуса надо увеличить, а это сделать можно только путем построения нового корпуса, кроме того случая, когда вы пре-дусмотрели все это и сделали корпус немного больше, чем в первоначальных расчетах.Если идея начать все сначала вас не вдохновляет, вы можете попытаться воспользоваться другим соотношением характеристик. Вместо того, чтобы увеличивать корпус НЧ-головки, лучше найдите такое соотношение, для которого подходит имеющийся у вас корпус. Вполне вероятно, что АЧХ при этом не будет сильно отличаться. После того как вы измените объем корпуса, проведите новую серию измерений, чтобы определить, насколько близки к искомым новые параметры. Эти изменения приведут к изменению коэффициента настройки (Н), поэтому делайте все по очереди.
Длина порта фазоинвертора должна быть изменена, если Н окажется неправильным - ваша компьютерная программа должна помочь вам в этом. Будьте осторожны, не укорачивайте слишком сильно фазоинвертор за один раз. Проведите новую серию измерений после установки нового порта. Если новые значения ближе к искомым значениям системы, тогда постепенно изменяйте объем корпуса и длину порта фазоинвертора до полного завершения системы. Если же нет, то проведите повторные вычисления объема корпуса и длины фазоинвертора.
Если значения QL (Q7) слишком низкие, значит, из корпуса происходит утечка воздуха. Значение QL ниже 3 является неудовлетворительным и должно быть исправлено. Значение QL от 5 до 7 близко к норме, а значение QL более 10 является выдающимся результатом. Протечки могут возникнуть из-за щелей в корпусе вокруг швов или вокруг панели акустического экрана. Трещины в корпусе можно заизолировать с помощью силиконовых прокладок или клея.
После выполнения всех измерений системы и новых вычислений вы можете заметить, что кривая АЧХ удовлетворительная, но не соответствует АЧХ той системы, к которой вы стремились. Вы оказываетесь перед выбором: либо оставить систему такой, какая она есть, с новым согласованием параметров, либо повторить всю процедуру, чтобы приблизиться к первоначальной цели. Предоставьте своему слуху роль окончательного судьи.