Закрытый ящик. Акустическое оформление

Очень большое распространение в последние годы получили закрытые АС, которые до недавнего времени были единственным видом АС для высококачественного воспроизведения как в нашей стране, так и за рубежом. И только в последние годы АС с фазоинвертором (АС с ФИ) и АС с пассивным излучателем (АС с ПИ) нарушили монополию закрытых АС. Тем не менее закрытые АС и в настоящее время являются одной из наиболее распространенных конструкций высококачественных АС в Западной Европе и довольно широко выпускаются в США, как это было видно из таблицы:

Страна
Закрытый
ящик
Фазоинвертор
Пассивный
излучатель
Другое
оформление
США
43 %
32 %
9 %
16 %
Европа
61 %
32 %
6 %
1 %
Япония
28 %
62 %
10 %

На рис. 1 представлена типичная закрытая АС и ее электрический аналог. Преимущество закрытой АС заключается в том, что задняя поверхность диффузора головки не излучает и, таким образом, полностью отсутствует «акустическое короткое замыкание». Недостатком закрытых АС является то, что диффузоры их головок нагружены дополнительной упругостью объема воздуха внутри оформления. Наличие дополнительной упругости приводит к повышению резонансной частоты подвижной системы головки в закрытом оформлении ω01 и, как следствие, к сужению снизу воспроизводимого диапазона частот. Значение дополнительной упругости объема воздуха SВ может быть найдено как:

SВ=γρ0Sэфф2/V          [1]

γ – показатель адиабаты;
Sэфф – Эффективная площадь диффузора головки;
V – внутренний объем корпуса оформления.
 
B&W ASW 610XP ldsound.ru  (1)

view_006 (1) ldsound.ru

Рис. 1. Типичная закрытая акустическая система и ее электроакустический аналог.

Эффективной площадью диффузора считают 50—60 % его конструктивной площади. Для круглого диффузора диаметром d Sэфф=0,55S=0,44d2. Это эквивалентно тому, что эффективный диаметр диффузора составляет 0,8 от конструктивного диаметра. Упругость SВ суммируется с собственной упругостью подвеса подвижной системы головки S0 и в результате резонансная частота головки в закрытом оформлении вычисляется по формуле:

ω01=√((S0+SB)/m)=ω0√(1+SB/S0),          [2]

где m0 – масса подвижной системы головки.

Как видно из [1], упругость воздушного объема внутри оформления обратно пропорциональна этому объему. Упругость подвижной системы можно также выразить через упругость некоторого эквивалентного объема воздуха VЭ, имеющего упругость S0. Отсюда резонансная частота головки в закрытом оформлении:

ω010√(1+VЭ/V)          [3]

Чтобы резонансная частота все же не была чрезмерно высокой, иногда применяют головки с более тяжелой подвижной системой, что дозволяет несколько снизить резонансную частоту головки в закрытом оформлении, как это видно из [2]. Однако следует иметь в виду, что увеличение массы подвижной системы снижает чувствительность АС.

Особенно малой эффективностью обладают так называемые малогабаритные акустические системы (MAC), у которых упругость объема внутри оформления существенно больше упругости закрепления подвижной системы головки. Такие системы, у которых упругость подвижной системы определяется упругостью объема воздуха внутри оформления, называются системами «с компрессионным подвесом» головки.

view_006 (2) ldsound.ru

Рис. 2. АЧХ закрытой системы (ЗЯ)

Неравномерность АЧХ закрытых АС в области низких частот так же, как и открытых, определяется их добротностью (рис. 2). При Q01<0,707 частотная характеристика АС равномерно понижается с понижением частоты в область низких частот и неравномерность проявляется как спад на резонансной частоте ω01 по сравнению с высшими частотами. При 0,707<Q01<1 частотная характеристика имеет небольшой пик на частоте ω1 и далее спад на резонансной частоте ω01. Неравномерность частотной характеристики при этом определяется подъемом на пике ω1, и спадом на резонансной частоте ω01. При Q01>1 неравномерность частотной характеристики определяется только ликом на частоте ω1 относительно горизонтальной части характеристики.

view_006 (3) ldsound.ru

Рис. 3. Зависимость неравномерности АЧХ закрытой АС от Q01.

Неравномерность частотной характеристики в зависимости от добротности закрытой АС приведена на рис. 3. Как следует из рисунка, минимальная неравномерность частотной характеристики закрытых АС имеет место при добротности Q01=1 и составляет 1,3 дБ. Желательная же добротность самой головки находится из условия:

Q=Q01/√(1+Vэфф/V)          [4]

Исследования показали, что добротность головок, предназначенных для закрытых АС, не должна превышать 0,8-1. В противном случае головка получается «раздемпфированной». Это означает, что при ее возбуждении, т.е. при подаче на нее напряжения музыкальной или речевой программы, головка помимо колебаний в такт с поданным напряжением будет колебаться и с частотой собственных колебаний, близкой к резонансной частоте. Для слушателей это будет проявляться в том, что к звучанию программы будет примешиваться звучание этой частоты как своего рода «гудение», «нечистота» низких тонов. Отметим также, что если головка помещена в закрытом ящике, ухудшается равномерность частотной характеристики в области средних и высоких частот из-за резонансных явлений в оформлении. Для их устранения внутренние поверхности (особенно заднюю стенку) покрывают звукопоглощающим материалом и заполняют им часть объема. Кроме того, заполнением внутреннего объема рыхлым звукопоглощающим материалом преследуют и другую цель — изменить термодинамический процесс сжатия-расширения воздуха в оформлении.

Без заполнения процесс сжатия-расширения воздуха внутри оформления адиабатический. Заполняя оформление рыхлым звукопоглощающим материалом можно сделать так, чтобы адиабатический процесс сменился на изотермический. В этом случае внутренний объем оформления как бы увеличивается в 1,4 раза, так как коэффициент γ в [1], составляющий 1,4 для адиабаты, заменяется значением, равным единице для изотермы. Соответственно снижается и резонансная частота закрытой АС. Это снижение в пределе (для компрессионной АС) достигает √1,4, так как для нее можно пренебречь упругостью подвеса головки. В противном случае резонансная частота головки ω01 может быть найдена как:

ω01= ω01((1+0,75 ∙ S/S0) ∙ (1+S/S0))          [5]

Как практически определить, что изотермический процесс сжатия-расширения воздуха внутри оформления достигнут? Процесс будет достигнут, если при добавлении внутрь оформления новой порции рыхлого звукопоглощающего материала резонансная частота закрытой АС уже не понижается. Исследования авторов показали, что заполнять внутренний объем оформления более, чем на 60%, нецелесообразно. Вместе с тем количество рыхлого звукопоглощающего материала не должно быть чрезмерным, чтобы активные акустические потери в оформлении и заполнении не были значительны. Следует отметить, что степень влияния активных акустических потерь в оформлении (и заполнении) на ход частотной характеристики зависит, строго говоря, не от их абсолютных значений, а от соотношения активных акустических потерь в оформлении и полных потерь в головке. Потери в головке — это собственные акустико-механические активные потери на внутреннее трение в материале головки, трение о воздух при работе, потери в виде активной составляющей сопротивления излучения и т.д., а также «вносимые» в головку потери.

Чрезмерные активные акустические потери могут быть в АС при некачественном (с акустической точки зрения) выполнении корпуса оформления, креплении головки, при чрезмерном заполнении оформления звукопоглощающим материалом, а также при чрезмерно малых внутренних объемов оформления  (VЭ/V>8).

Пример. Расчитаем объем закрытой АС с нижней граничной частотой 50 Гц, имеющей головку со следующими характеристиками: f=38 Гц, Qts=0,8, Vas=60 л.

  1. Определяем объем оформления из формулы [3]: V=50∙10-3/((60/38)2-1)=83 л. (результат умножаем на 1000)
  2. Находим добротность головки в закрытом оформлении из формулы [4]: Q01=0,8√(1+60/83)=1,05. В соответствии с рис. 3 минимальная неравномерность АЧХ имеет место при Q01=1. Так что полученная неравномерность частотной характеристики из-за пика на частоте ω1 практически минимальна и составляет всего около 1,5 дБ.

31 комментарий: Закрытый ящик. Акустическое оформление

  1. Роман пишет:

    Доброго дня!…А при построение ЗЯ обязательно ли нужно учитывать объем динамика и дополнительных конструктивных элементов?..

  2. Роман пишет:

    А если ящик будет немного больше чем просчитано ну например на 1-3 л это критично или нет?..И что лучше немного больше или меньше?..

    • LDS пишет:

      Лучше немного больше. 1-3 л не критично, можно посчитать это на фильтра, объемы динамика.

  3. Роман пишет:

    Если ящик 1.3 Х 0,8 Х 0,5, то динамик лучше как расположить по центру или сместить относительно центра?..

  4. Роман пишет:

    Так точно, в метрах! а как сместить, просто на глаз или высчитывается как-то???..

    • Евгений пишет:

      Если эта головка широкополосная, то хорошо бы сделать так, чтобы ось головки и, как следствие, акустическая ось АС были на уровне ушей слушателя. Если это 2-х полосная система, то головки ставятся так, чтобы либо ось ВЧ-головки была на уровне ушей слушателя, либо акустическая ось системы (В данном случае – середина отрезка между головками) была на уровне ушей слушателя.

  5. Роман пишет:

    Усвоено! Но я еще под смещением имею ввиду то, что при его наличие вроде как улучшается АХЧ, или я не прав?..

  6. Евгений пишет:

    АЧХ изменяется, так как изменяются расстояния до краёв ящика и, соответственно, длины четвертей волн, полуволн и целых волн, укладывающихся на этих отрезках. Это, естественно, сказывается на АЧХ АС. Также смещение головки от центра пластины передней стенки корпуса приводит к увеличению жёсткости стенки в месте установки головки и к изменению возбуждаемых головкой колебательных мод стенки и общему уменьшению (за счёт большей жёсткости) её вибровозбудимости.

  7. Роман пишет:

    Хорошо, есть ли правила смещения головки динамика, или я могу это сделать ка угодно, учитывая то, где находятся уши слушателя…

    • LDS пишет:

      Не плохой гробик получается как для 12″, у вас же 12″?
      Я бы сделал максимально вверх, но чтобы расстояние до края верхней панели и расстояния до края боковых панелей было одинаковыми.
      К примеру от края динамика до края верхней панели 10 см, то от края динамика и до краев боковых панелей так же было по 10 см.
      Наша и не только акустика сделаны по такому принципу, НЧ расположен в 90% случаях внизу (считайте по вашему вверху). Не беру в пример палочно-столбовые АС.

  8. Роман пишет:

    Да у меня 12″ Учтено…

  9. Роман пишет:

    я посчитал в проге bassbox там объем 514,4 л вот….

  10. Роман пишет:

    мин част 34 Гц
    добротность 0,691
    XMAX 1 мм
    vas 228,816 л
    размер диффузора 281 мм, а самого динамика 330 мм

  11. Роман пишет:

    Во вкладке box design есть Qtc, но когда нажимаешь optimum, он автоматом ставит добротность 0,707 наверно потому, что ящик уже больше 300л

    • LDS пишет:

      Если я не ошибаюсь, то это добротность динамика в корпусе, при разных значениях нижняя граничная частота (там ниже есть) будет разной, так же как и при выборе объема корпуса. Я прикинул, но очень приблизительно какие могут быть параметры добротности по вашему динамику, то нижняя частота не растет после объема в 130 л.
      Это конечно не мое дело, но я таких корпусов не видел еще в 350 л для 12″. Я бы делал около 100 л. Хотя если у вас ангар, то…
      Попробуйте еще посчитать в JBL SS, там как раз полная добротность нужна.

  12. Роман пишет:

    а можно просто по формуле посчитать без программы, если да то как?

    • LDS пишет:

      По данной статье, внизу даже пример есть. Закрытый ящик не фазоинвертор, так что вполне можно рассчитать на бумаге.

  13. Роман пишет:

    А нижняя граничная частота это минимальная частота отклика???

  14. Роман пишет:

    а как ее найти как она обозначается? в спецификации есть такое minimum frequency responce это ОНО?

    • LDS пишет:

      Эту частоту, которую вы устанавливаете, поставите 100 Гц, будет меньший объем, поставите 50 Гц, объем понадобится больше. Возьмите минимальную частоту резонанса. Но там еще нужно смотреть по добротности. Почитайте книгу, там есть глава о закрытом ящике.

  15. Роман пишет:

    у меня в спецухе стоит так Fo дальше значок приблизительно и стоит 18кгц, что выбрать 20гц?

  16. Роман пишет:

    дословно: Fo~18кгц

  17. Роман пишет:

    как считать не пойму…(((

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *