Акустическое оформление с пассивным излучателем (ПИ). Расчет и настройка

Существует еще одна разновидность акустического оформления громкоговорителя, способная обеспечивать воспроизведение громкоговорителем низших частот при сравнительно небольших габаритах ящика. Она имеет несколько названий, из которых наиболее правильным являются: фазоинвертор с пассивным радиатором или ФИ с закрытым отверстием. Еще такое оформление называется пассивный излучатель (ПИ) или пассивный радиатор.

Особенность этого фазоинвертора состоит в том, что громкоговоритель размещается в ящике, имеющем вблизи места его установки отверстие, с закрепленной в нем подвижной системой второго громкоговорителя без магнитной системы и центрирующей шайбы. Диаметр диффузора пассивного радиатора приблизительно равен диаметру диффузора громкоговорителя. Отверстие в звуковой катушке заклеено и в этом месте, к диффузору прикреплен дополнительный груз. Масса груза зависит, главным образом, от объема ящика и резонансной частоты фазоинвертора.

Принцип действия с пассивным радиатором аналогичен принципу действия обычного фазоинвертора. На резонансной частоте закрытого ФИ диффузор пассивного радиатора колеблется синфазно с диффузором основного громкоговорителя, обеспечивая эффективное воспроизведение сигнала в области низших частот. Таким образом, в отличие от основного фазоинвертора здесь масса в отверстии заменена массой подвижной системы пассивного радиатора, включая дополнительный груз.

Груз позволяет более просто, чем это делается при измерении размера (объема) прохода в обычном фазоинверторе, регулировать резонансную частоту фазоинвертора. При уменьшении объема ящика обычного фазоинвертора приходится увеличивать объем прохода или уменьшать площадь отверстия, что снижает эффективность фазоинвертора. Фазоинвертор с закрытым отверстием свободен от этого недостатка и в это его основное достоинство.

Пассивные излучатели нашли применение в акустических системах эпохи СССР, таких как: “25 АС-128 Электроника” и “35 АС-015 Электроника”. В современных АС такое оформление применяется в акустике PMC IB2i или сабвуфере Sunfire True Subwoofer. Пассивный излучатель может быть практически любой формы, круглой, квадратной или к примеру овальной, как показано на фото ниже:

Другим положительным качеством фазоинвертора с закрытым отверстием является несколько большая синфазность движений обоих диффузоров в области резонанса по сравнению с движением объема воздуха в отверстии и диффузора громкоговорителя в обычном фазоинверторе. Резонансная частота фазоинвертора с закрытым отверстием равна ( также как и обычного):

fф = 1 : (2Π · (√mф · Сф)), где

  • – масса подвижной системы пассивного радиатора плюс соколеблющаяся с ним масса воздуха, присоединенная к диффузору, г;
  • Сф – результирующая гибкость (величина, обратная упругости) объема воздуха в ящике и дополнительной подвижной системы, см. дин.

Расчет фазоинвертора с закрытым отверстием производят следующим образом: выбрав объем ящика и, зня эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф определяют гибкость воздушного объема из выражения:

Здесь объем ящика выражен в см3, а эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф в см. Напомним, что эффективный диаметр диффузора равен:

Dэф =0,85-0,9 Dдиф, где

  • Dдиф – полный диаметр диффузора (правильно измерять диаметр – от центра подвеса (гофра) с одной стороны до центра подвеса другой стороны).

Эквивалентный эффективный диаметр диффузора эллиптической (овальной) формы равен:

Dэкв.эф = (0,85 – 0,9) · (√Dб · Dм), где

  • – большой диаметр эллипса;
  •   – малый диаметр эллипса.

Поскольку гибкость подвеса диффузора пассивного радиатора Спод много больше, чем гибкость воздушного объема ящика Сф, ее влияние на суммарную гибкость крайне мало и им можно пренебречь. Общая гибкость определяется по формуле:

Cобщ = (Спод · Сф) · (Спод + Сф)

И когда:

Спод >> Cф, Собщ ≈ Cф.

Приняв, как обычно, резонансную частоту закрытого фазоинвертора, равной основной резонансной частоте громкоговорителя, находят массу , соответствующей этой частоте и гибкости выбранного объема:

mф = 1 : (4Π2 · fф2 · Сф)

Как указывалось выше, в эту массу входит масса диффузора пассивного радиатора mрад и присоединенная масса соколеблющегося с ним воздуха Δm, т.е.:

mф = mрад + Δm.

Величина Δm зависит от эффективного диаметра диффузора и определяется выражением:

Δm = (8 · 10-4) · Dэф3, г

Таким образом, диффузор радиатора должен обладать массой:

mрад = mф – Δm;

Практически этой величине и будет равняться масса груза, который необходимо установить на диффузоре. Для облегчения необходимых расчетов в таблице приводятся значения гибкости объема Сф для ящиков объемом от 20 до 80 л и диффузоров пассивного радиатора с эффективным диаметром от 15 до 22 см, там же указанна величина присоединенной массы воздуха Δm для тех же диаметров диффузоров.

VФ, л Гибкость объема ящика, см/дин 10-6 при Dэф, см
15 16 17 18 19 20 22
Δm, г 1,7 3,3 3,9 4,7 5,5 6,4 8,6
20 0,45 0,35 0,27 0,22 0,17 0,14 0,1
30 0,67 0,52 0,41 0,32 0,26 0,21 0,15
40 0,9 0,69 0,55 0,43 0,35 0,29 0,19
50 1,12 0,87 0,68 0,54 0,44 0,36 0,24
60 1,35 1,04 0,82 0,65 0,52 0,43 0,29
70 1,57 1,21 0,95 0,76 0,61 0,5 0,34
80 1,8 1,4 1,09 0,87 0,7 0,57 0,39

Величина гибкости объема воздуха в ящиках с промежуточными значениями и эффективного диаметра диффузора радиатора определяют методом интерполяции по двум соседним значениям гибкости, между которыми находятся принятые размеры.


Для примера определим массу груза, который должен быть укреплен на диффузоре пассивного радиатора диаметром Dдиф = 22 см, устанавливаемом в ящике ФИ объемом = 50 л при резонансной частоте ФИ 45 Гц. Эффективный диаметр:

Dэф = 0,87 → Dдиф=0,87 · 22 = 19 см.

Находим по таблице гибкость объема воздуха в ящике при таком эффективном диаметре диффузора: эта гибкость равна:

Сф = 0,44 · 10-6 см/дин.

Полная масса диффузора должна быть:

mф = 1 : (4Π2 · fф2 · Сф) = 106 : (4Π2 · 452 · 0,44) ≈ 28,4 г

Присоединенная масса воздуха, согласно таблице, равна Δm = 5,5 г. Следовательно, для получения заданной резонансной частоты необходимо установить дополнительный груз:

mрад = mф – Δm = 28,4 – 5,5 ≈ 23 г

Дополнительный груз представляется собой стальной или медный (латунный) диск толщиной h, которая для стали в зависимости от диаметра диска d, равна:

h = (0,16 · mрад) : d2

Как указывалось выше, магнитная система и центрирующая шайба удаляются из громкоговорителя, предназначенного для работы в качестве пассивного радиатора. Это делается для того, чтобы увеличить гибкость и линейность движения подвижной системы, и устранить опасность касания звуковой катушки. При этом не уменьшается действующий объем ящика. Представление о конструкции пассивного радиатора, установленного рядом с громкоговорителем, показано на рисунке ниже, на котором видно как дополнительный груз в виде диска прикреплен в центре диффузора болтом с гайками. Отверстие в диффузоре заклеивают кусочком жесткой бумаги (ватман или тонкий картон) с зубцами, приклеенными к диффузору целлулоидным или другим клеем, например БФ-2. Само собой разумеется, что основная резонансная частота громкоговорителя, предназначенного для пассивного радиатора, не имеет ни какого значения. Или же можно купить готовые пассивные излучатели, они сейчас в большой доступности.

Проектируя фазоинвертор с закрытым отверстием, не следует делать его объемом менее 30-40 л при резонансной частоте ниже 50 Гц, т.к. увеличение массы подвижной системы пассивного, также как и массы воздуха в проходе обычного ФИ, ухудшает переходные характеристики громкоговорителя.

Проверить правильность настройки сделанного фазоинвертора можно либо по видимой при резонансе ФМ амплитуде колебаний пассивного радиатора, либо по возрастающей при резонансе громкости, в чем можно убедиться, поставив кусок фанеры между диффузорами и поднесся ухо к диффузору пассивного радиатора. Также, как и в обычном фазоиверторе, частотная характеристика полного сопротивления громкоговорителя в фазоиверторе с закрытым отверстием должна иметь два максимум почти одинаковой высоты.

Ящик для фазоивертора можно изготовить из фанеры или ДСП плит толщиной 8-12 мм, при этом следует учесть, что он не должен иметь щелей. Внутрь ящика полезно поместить звукопоглощающий материал, например, поролон толщиной 15-30 мм, который сделает более гладкой частотную характеристику громкоговорителя в области средних частот.

По материалам из журнала «Радио», 1974, № 1

13 комментариев: Акустическое оформление с пассивным излучателем (ПИ). Расчет и настройка

  1. Куприянов Александр пишет:

    Я изучал колонки с ПИ. Сравнивал с ФИ. Заметил разницу. На близком расстоянии у ФИ слышно шуршание воздуха из трубы. У ПИ нет. Это преимущество. Но на расстоянии больше метра всё становится одинаково. Но трубу ФИ легче сделать. ПИ обойдётся дороже.

  2. александр пишет:

    Зачем ставить поглощающий материал? Волна должна ударить о тыльную сторону пассивника отразившись о заднюю стенку АС. В моём понимании, внутренние полости АС, необходимо покрыть пчелинным воском, чтобы этот процесс проходил без гашения энергии звуковой волны.

    • Куприянов Александр пишет:

      Ответ александру : Эту тему я проходил в институте. На ПИ воздействует не не отражонная от задней стенки волна а звуковое давление в объёме созданное задней стороной диффузора. Чистая звуковая волна без отражений. А все отражения от стенок и углов нужно гасить (демпфировать). И от объёма и расстояния зависит на сколько сдвинется фаза ПИ. Если сделать правильно то они будут колебаться в фазе. И суммироваться. А уж если и резонансы подогнать то отдача удвоится.

  3. Александр пишет:

    Объясните, плиииз, недопонятое.
    1. Все рекомендующие рекомендуют диаметр ПИ делать не меньше диаметра НЧ головки. Почему именно не меньше?
    2. Можно ли ставить в одну колонку ДВА ПИ, а не один? Китайщины теперь много развелось, и впендюрить нечто маде ин Чина в удвоенном варианте куда дешевле, чем купить, например, 75ГДН-1, убитую в хлам.
    3. И вообще уж полнейшее извращение: а если два ПИ в одной колонке настроить на разные частоты? :)

  4. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    Меньше диаметр- меньше вклад в общее давление . Диаметр больше диаметра динамика затруднит снижение резонанса пассивнику.
    Два излучателя-не предел, видел и три в одном ящике. Надо ли- другой вопрос.
    Убитый 75ГДН превратить в ПИ- можно, но желательно такой же, но исправный динамик взять за основу, чтобы гибкость подвесов совпала, – одной неопределенностью меньше.
    Настройка на разные частоты размажет резонанс пассивника , ачх получится типа тындыц- тындыц.

    • Александр пишет:

      Спасибо за квалифицированный ответ.
      По диаметру нечто подобное и подозревал.
      Три в одном, это сильно! :)))
      А идея с разными частотами настройки УМОЗРИТЕЛЬНО, без расчётов, предполагала именно растягивание АЧХ за счёт компенсации начала её падения пиком отдачи второго, более низко настроенного ПИ. Понятно, что всё нужно не только считать и рисовать результирующие, но и слушать. Вдруг кто-нибудь уже испробовал такой изврат?
      Про одинаковую гибкость подвеса.
      Урвал я тут незадорого С-90, “классику” 1983 года. С умершим 35ГД-2. То ли кто-то громкость от души покрутил, то ли у усилителя выходные транзисторы в плюсовом плече вылетели. Короче, выперло подвижную систему так, что, похоже, полностью вылетевшая из магнитного зазора катушка упёрлась в край керна. Чёрная, сорванная с центрирующей шайбы. Т.е. “претендент” на ПИ есть. Вот и прикидываю член к носу, что бы извращенческим способом сделать с колонками. Ну, помимо “классики” с проклейкой щелей, ПАС на СЧ-головке, шумодавным войлоком, Цобелем в НЧ фильтре (кстати, спасибо за идею с резистором на 6,8 ом!). Вряд ли, конечно, весь этот изврат с ПИ в данном случае осмелюсь испытать (колонки брал для слушать после их ремонта, а не для детского технического творчества), но теорию интересно почитать. И практиков тоже.

      • Сергей Aleph пишет:

        Перемотайте лучше сгоревший проводом 0,31 (0,35) мм в 3 слоя (65/64/63 витка). Высота намотки выходит 24 мм что чуть выше родной. Омическое 6,5 Ом. Так получается в полтора выше БЛ и добротность снижается до фазоинверторной.
        А родной 30ГД-2 увы только в закрытый ящик литров на 60-70 годится.

        • Александр пишет:

          А если руки из ж… растут? :(
          Никогда у меня не получалась аккуратная намотка. Даже в те времена, когда я по молодости трансформаторы пытался мотать. :(

      • Станислав пишет:

        Три в одном (на разных резонансных частотах)-это работать будет посредственно. Обычный ПИ сам по себе не узкорезонансный, как его всегда все представляют. И он один прекрасно “перекроет” всё что вы пытаетесь УМОЗРИТЕЛЬНО перекрыть двумя ПИ.
        Если задача заставить гундеть АС на всех частотах-то можно заниматься этим гемором. Если же-тормознуть амплитуду активного излучателя на его резонансной частоте /снизить искажения, горб импеданса/-другое дело. Третий вариант-это настроить “по вкусу” между первыми двумя)

        Два мелких вместо одного более крупного можно поставить, но тут по аналогии с обычными динамиками: один крупный играет “эффектнее” двух мелких)

    • Александр пишет:

      Кстати, Александр. Изучая доработки С-90 нарвался на идею режекторного фильтра для подавления отдачи СЧ-головки на частоте её резонанса. Скажите, это что-то даёт положительного, или очередная фишка из серии “а вот Вася так делал..”?

      • Александр Ростов-на-Дону . пишет:

        1. Режектор для средника проще заменить катушкой фильтра 2го порядка, отрезающую полосу снизу, вторая катушка небольшой индуктивности, последовательно с динамиком, продолжает дело первой, давя резонанс динамика, а ещё можно усугубить резистором , шунтирующим средник.
        Окна среднику заклеить войлоком или фетром, будет не хужее того режектора.
        Пассивник из сгоревшего S90 было бы осмысленно применить кабы динамик этот был бы добротностью поменее. А так- его лишь в ЗЯ ….и всё. Патамушта пассивник это однозначно ФИ и законы те же. И если басовик не годится в ФИ. то и пассивник ему не светит.
        Алдошину прочтите, статью Там, где живут басы. Желание бурить эту почву быстро улетучится. Сам бывший владелец колонок с пассивником и то не возьмусь такое повторить никогда.

      • Станислав пишет:

        Прибавка к качеству -0.01%. Т.е. никакая. Слишком уж убогая эта 20гдс

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *