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=60∙10-3/((50/38)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.

По книге: Бытовые акустические системы, Иоффе, Лизунков, 1984

78 комментариев: Закрытый ящик. Акустическое оформление

  1. Николай пишет:

    Да тут кто то удалил пару страниц комментариев с динамиком и по.

    • Николай пишет:

      Параметры динамика были приведены. Он вполне себе 10 дюймов. И у него вроде Fs=35, Qts=0.42, Vas 31 литр.
      Но калькуляторы рисуют, что ниже 60 гц он по любому не заиграет в ЗЯ. Так что, делать вообще без ящика на щите, или смотреть в ФИ?

    • LDS пишет:

      Страницы с комментариями можно листать над самими комментариями, вверху.

  2. Аудиостроитель пишет:

    Я извиняюсь, но что за калькулятором пытаются считать ЗЯ уважаемые пользователи? Да и изначальные постулаты в статье более чем странные. Аж интересно стало. При Qts=1 и больше, горб на АЧХ будет как пик Эверест. 0,707 – оптимум для системы, но не приговор. И чем корявее голова – тем хуже. Когда я считал в спикершопе, ничего другого никогда не выходило. Даже у самых крутых голов от Динаудио, Сканов и т.п. Зато стопудово совпадало с данными производителей.

    • Nikolay пишет:

      Дак эта…
      http://www.mh-audio.nl/Calculators/CBCQ.html
      Аж тоже интересно стало, кто ж не знает такого летучего голландца.
      Не касаясь статьи, этот лихо выдает для любого типа и конфигурации ящиков. Про него и речь.
      Про Qts=1 разговоры нафиг никому не интересны. Вы можете что сказать про Qts=0,42?

  3. Аудиостроитель пишет:

    И ещё про добротность системы. В S70 устанавливали динамик с полной добротностью 0,4. В результате, без ЭМОС, даже в маленьком корпусе он “хрюкал” при повышении громкости. НЧ субъективно оставались глубокими (у него резонансная 25Гц), но держать диффузор “за хвост” было нечему (ЭМОС не работает!), и он шёл вразнос, с соответствующими искажениями. Просто привёл пример того, как сложно заставить нормально работать низкодобротный динамик..

    • Nikolay пишет:

      Интернет забит какими-то древними советскими бумажными динамиками и той-же акустикой 40-летней давности.
      Зачем?

  4. Константин пишет:

    100% автодинамики это кандидаты на ЗЯ в силу своих ТТХ полной добротности доходящей до 2,0.

    • Nikolay пишет:

      Автодинамики к музыке не имеют отношения. Их задача – чтоб все вокруг очумели от громкости и крутизны бумканься.

      • Константин пишет:

        Большинство начинающих с вами не согласятся.
        Эти динамики доступны и дешевы в силу конструкции прощают ошибки.
        Не имеют отношения? Это вы явно зажрались. Особенно если считать что 10гдш имеющий добротность 0,7 в свои лучшие годы и 1,5 в обычное время. Тоже можно считать отстоем. И не надо путать SPL лопухи(И в правду не для музыки) с правильной компонентной акустикой для автомобиля.

        • Nikolay пишет:

          Да при чем тут автомобиль! Брякает там, и ладно.
          Вся сеть забита про автозвуки.
          Я пытаюсь про нормальную музыку спросить.

          • Аудиостроитель пишет:

            Звуки, они одинаковы, что в автомобиле, что в кровати. И подчиняются они одинаковым законам физики.

          • Аудиостроитель пишет:

            А, чтобы про музыку спрашивать, не нужно писать идиотские изречения про автозвук. До Музыки дорасти нужно.

            • Nikolay пишет:

              Вы, милок, ожидаете, что я вам буду отвечать тем-же?

              • Аудиостроитель пишет:

                Nikolay. Я обычно ожидаю того, что если человек хочет что-то узнать, сделать и т.п., то он не охаивает предмет своего-же интереса. Если что не так, пардон.

    • Аудиостроитель пишет:

      Топовые модели мидов и близко не имели полную добротность 2, а по уровню НЧ (и по частоте, и по давлению) никакие 25 гд и 100 гд даже близко не лежали. Да и стоимость этих компонентов неподъёмная для большинства начинающих. А сложностью установки, и для многих мастеров.

  5. Николай пишет:

    А если использовать не пассивный диффузор, а дополнительный, совпадающий по параметрам динамик, играющий в противофазе? Позволит ли это избавиться от акустического короткого замыкания?

    • Andrey_M пишет:

      Это создаст акустическое короткое замыкание

    • Nikolay пишет:

      Вопрос про пассивный ПИ задал не я.
      Но китайцы их вовсю продают, говорят, полноценная замена ФИ. Так что какое же тут акустическое кз.
      Иное дело, что никто понятия не имеет, как его рассчитывать.
      Как и для ПАС, фантазии безграничны.

      • LDS пишет:

        Для пассивного излучателя (ПИ) есть свои расчеты, и если мне не изменяет память, то параметры там схожи с настройкой ФИ, но звучание больше напоминает закрытый ящик (ЗЯ).

      • Николай пишет:

        Я не пойму, изображен ли на картинке чисто басовик (саб), или это широкополосник? Это важно. У меня НЧ-звено состоит из динамика 25 гдн-5, смонтированного в отдельном, наглухо заклеенном коробе, литров на 50. Внутреннее пространство короба заполнено толстым поролоном. Так вот, каких-либо специальных измерений я не производил, но субъективно, звук гораздо лучше, чем с фазоинвертором. Я так понимаю, что необходимость в нём возникает, лишь если все три звена смонтированы в одном корпусе, как, например, S-90.

        • Николай пишет:

          Хорошо бы послушать умных людей или почитать что по этому поводу. В сети много инфы, но она на английском языке.

        • Евгений пишет:

          Изображённая на рисунке головка – явно НЧ, так как для эффективного воспроизведения высоких частот головки обычно снабжают дополнительным “рупорком”.

          А такое сравнение некорректно, так как Вы сравниваете абсолютно разные АС на абсолютно разных головках. Наиболее корректно было бы сравнение S-90, скажем, с Корветами/Кливерами семейства 35АС.

          Количество полос ас никак не влияет на её акустическое оформление, равно как и наоборот.

        • LDS пишет:

          Это сабвуфер закрытого типа.
          Описание: http://ldsound.ru/bw-asw-610xp/

      • Евгений пишет:

        1.ПИ можно ещё и измерять. Я, например, пару раз так делал

        2. Не путайте понятия. Акустическое КЗ – это эффект перетекания воздушной массы с одной стороны на другую на низких частотах, делающий невозможным излучение звука головкой. То, что описывалось выше про 2 одинаковых головки в противофазе – это взаимная компенсация излучения. А ПИ для своей работы, равно как и фазоинвертор, использует энергию от колебаний задней поверхности диффузора головки, причём при его работе из-за сравнительно быстрой смены разрежений и сжатий воздух в ящике можно упрощённо считать условно несжимаемым, что не вполне соответствует действительности, но всё же допускается.

        • Andrey_M пишет:

          Если допускать, что воздух в ящике несжимаемый, то придётся допустить, что диффузор динамика будет оставаться неподвижным. Упругость воздуха учитывается примерно так же, как и в фазоинверторе. Только здесь ещё добавляется упругость подвеса ПИ.

          • Евгений пишет:

            Вы бы тогда уж формулу привели что ли. Я говорю об механическом трансформаторе, использующем энергию от движения обратной стороны диффузора. Тут скорее играет роль гибкость подвеса ПИ (а их обычно делают очень гибкими), в совокупности с его массой определяющая резонансную частоту, и соотношение площадей излучающих головок и ПИ.

            • Andrey_M пишет:

              Первая же ссылка в Гугле http://zadereyko.info/library/butovue_akysticheskie_sistemu_11.htm
              Цитата
              “Таким образом, характеристики АС с ПИ зависят от добротности головки, объема оформления, настройки пассивного излучателя и упругости его подвеса, при условии поддержания добротности пассивного излучателя Qп > 5.”

  6. LDS пишет:

    В примере была ошибка, попробуйте теперь пересчитать. Так же добавил книгу от куда материал, можно посмотреть.

Добавить комментарий

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