Корпус акустических систем — это следующее важное звено. Ранее мы уже разобрались, зачем нужны и как работают динамики в Hi-Fi колонках. А как сделать так, чтобы динамик воспроизводил музыку с высоким качеством? Разгадка кроется именно в корпусе колонок.
Динамик – это ключевой элемент в конструкции любых колонок, который преобразовывает электрический звуковой сигнал в звуковые волны. Подробнее мы разбирали этот вопрос в предыдущей статье. Когда работает динамик, вы можете увидеть характерные движения диффузора вперед и назад. Когда диффузор движется вперед, то впереди него создается зона повышенного давления воздуха (воздух просто сжимается). В это же время сзади места для воздуха становится больше — образуется зона пониженного давления. Получается, что диффузор создает звуковые волны и спереди, и сзади. И эти волны сталкиваются — это называется «акустическим коротким замыканием». Хорошего звука так не получить, явные проблемы возникнут на низких частотах (низкочастотные волны самые длинные).
Полочная акустическая система Triangle Comete EZ
Для хорошей работы динамика на всех частотах необходимо предотвратить столкновение этих звуковых волн, чтобы они не гасили друг друга. В общем случае решить эту задачу можно, установив динамик в щит. Размеры этого щита должны превышать длину звуковой волны на самых низких частотах. Однако для домашнего использования подобное решение не подходит. Тогда инженеры придумали сделать для колонки корпус — ящик, в который устанавливаются динамики фронтальной частью наружу. Этот корпус исключает возможность взаимного акустического подавления передней и задней звуковых волн (одна волна уходит наружу, вторая остается в корпусе).
Корпус колонки — не простой ящик
Не любой ящик подходит для размещения в нем динамика. Если мы конечно все еще хотим получить качественный звук. Задача инженеров на производствах состоит в расчете размеров, форм корпусов колонок и многих других характеристик. Например, вспомним, что в процессе работы корпус колонки подвергается постоянному механическому воздействию за счет механических движений. А это означает, что на корпус будут передаваться вибрации. Если стенки корпуса будут слишком тонкими или изготовленными из резонирующих материалов (например, из пластика), то появление слышимых неприятных призвуков неизбежно. Но делать стенки колонки слишком толстыми тоже не целесообразно, то есть здесь нужно найти оптимальное решение.
Напольная акустическая система Triangle Australe EZ
Одним из важных моментов в создании корпуса для колонки является правильный выбор его размеров (внутреннего объема). Его необходимо делать в соответствии с характеристиками динамика. Действительно, воздух, который находится внутри закрытого корпуса колонки, будет очень неохотно сжиматься и расширяться. Это затруднит работу диффузора динамика. Например, возьмите велосипедный насос и попробуйте подвигать поршень с закрытым отверстием трубки — едва ли у вас получится легкое движение руки. Подобное же сопротивление воздуха внутри колонки придется преодолевать и диффузору динамика при его перемещении вперед и назад. Это будет не лучшим образом влиять на звучание колонки на низких частотах и на общую эффективность ее работы (чувствительность). Конечно, корпус колонки можно сделать большим и тогда сопротивление воздуха внутри будет в меньшей степени влиять на работу динамика. Но есть и другой способ решения этой задачи.
Акустический ликбез. Фазоинвертор – употребляй правильно!
Напольная акустическая система Triangle BR08
Динамик в одиночестве почему-то не звучит
Давайте проделаем эксперимент. Возьмем любой простенький широкополосный или среднечастотный динамик небольшого размера и поставим его на стол диффузором вверх. Подключив к усилителю, послушаем через динамик музыку. Странно: динамик, вроде, в порядке, но как-то не звучит. Получается искаженно, не полно, а низких частот почему-то вообще нет.
Теперь продолжим эксперимент. Окружим ладонями динамик с двух сторон, выстроив ими продолжение плоскости диффузора за краями. Результат: появились низкие частоты и все зазвучало гораздо лучше.
То, что создавало проблемы в начале, называется акустическим коротким замыканием. Звуковые волны, воспроизводимые передней поверхностью диффузора, за краями динамика взаимодействуют со звуковыми волнами, воспроизводимыми задней поверхностью, и вычитаются между собой, что приводит к ослаблению слышимого звука, особенно на низких частотах. Для того, чтобы преодолеть этот негатив, и существует такое понятие как акустическое оформление. Простейший вариант нам удалось создать вручную. А теперь изучим основные типы акустического оформления.
Плоская стена
Акустическое оформление призвано заставить правильно работать поверхность подвижной системы динамика. Простейший вариант акустического оформления называется «плоская стена». В нашем эксперименте мы, собственно говоря, ее и создали. И если взять листовой материал достаточной площади, проделать в нем отверстие диаметром с диффузор и зафиксировать в нем наш динамик, то он зазвучит очень пристойно.
Физически оптимальным акустическим оформлением может быть плоская стенка бесконечной площади, за которой находится бесконечный объем — на него работает тыльная поверхность диффузора. В реальности такой объект невозможен. Плоская стенка преодолевает короткое замыкание не полностью, а ее размеры должны выбираться по принципу «чем больше — тем лучше». Еще одним недостатком плоской стенки является то, что на ее базе можно создать только дипольный излучатель — звук будет воспроизводиться с обеих сторон, что не всегда является позитивным фактором.
Фазоинвертор. Сдвиг по фазе, или Зачем сзади музыкальной колонки находится отверстие?
Общепринятый факт, что существует всего два варианта корпуса акустических систем: это закрытый ящик, где все герметично собрано без отверстий, и так называемый полузакрытый. Чаще встречается герметичный полузакрытый короб с фазоинвертором — отверстием, углубляющимся внутрь колонки, вот как у колонок бренда ELTRONIC. Располагаются фазоинверторы, как правило, на задней стенке акустики, но также существуют и фазоинверторы, установленные на передней стенке рядом с динамиком. Они представляют собой трубку-цилиндр, раструб в большинстве случаев круглой или овальной формы.
Для чего необходимо это странное отверстие?
Тут нам не обойдись без физики. Как известно, звук представляет собой амплитуду колебаний воздуха от пиковых низких до пиковых высоких значений, так называемая волноформа.
Тишина — это когда амплитуда колебаний звуковой волны находится на отметке 0. Громкость звука увеличивается за счет увеличения амплитуды колебаний. Например, что будет, если мы услышим в моменте два одинаковых звука? Правильно — громкость их увеличится в два раза.
А как усилить этот звук?
Ключевое слово здесь «в моменте», то есть оба звука должны прозвучать одновременно, другими словами их волна должна быть в фазе. То есть пиковые значения и спады обеих волноформ звука должны совпадать друг с другом, ибо только при этом условии они складываются, а их КПД увеличивается. Существует также и обратное явление — противофаза. Это когда пик одной звуковой волны приходится на спад другой и отстает ровно наполовину. При таком явлении волны взаимовычитаются и, следовательно, стремятся к нулю, взаимоуничтожаясь. Если же фазу второй волны подвинуть чуть дальше от первой, допустим на четверть длины волны, то произойдет сдвиг по фазе — звук потеряет четкость и выразительность.
Работающий динамик производит звуковую волну, идущую из фронтальной поверхности собственного диффузора.
Но оказывается, что звучит он не только спереди, но также и с тыльной стороны внутрь корпуса колонки, преимущественно низкими и средними частотами. Вот и было придумано полезным образом использовать эту пропадающую силу звучания, что ранее безвозвратно терялась в черной бездне внутри корпуса акустической системы.
Принцип действия фазоинвертора следующий: с помощью акустического резонатора сигнал с тыльной стороны динамика нужно задержать на определенное время и инвертировать (перевернуть) звуковую волноформу так, чтобы на выходе из раструба она точно совпадала по фазе с сигналом фронтальной стороны динамика и, как следствие, увеличивала КПД звукового давления.
Почему чаще всего фазоинверторы используются именно в сабвуферах и широкополосных акустических системах?
Ответ прост. Из физики нам известно, что высокие звуки формируются за счет частых колебаний волны и короткой длины на единицу времени, а низкие, наоборот, за счет большей длины волны и редких колебаний. Плюс к тому низкие звуки больше подвержены отражениям в пространстве и хуже воспринимаются человеческим ухом, чем средние частоты.
Лучше всего человеческое ухо реагирует на среднечастотный диапазон в области от 1 до 4 кГц. Просто физиологически так сложилось, что именно в этом отрезке находятся основные активные частоты человеческой речи. А вот басовые частоты, особенно на малой громкости, слышатся тише.
Так что если мы возьмем две акустические системы одинаковой мощности, с одинаковыми частотными характеристиками, но с разными вариантами корпусов, то у той, что оснащена фазоинвертором, показатель КПД звукового давления в низкочастотном сегменте, как правило, будет большим примерно на 3 дБ, нежели чем у системы с закрытым ящиком.
Опираясь на все вышесказанное и помня про увеличение КПД звукового давления, прогрессивное аудиофильское человечество и изобрело «систему выравнивания» этого пробела в уровне целостности восприятия картины звука – фазоинвертор.
Российский бренд ELTRONIC практически все модели снабжает фазоинверторами. От самых больших, высотой более метра, до самых маленьких, не выше 30 см, все имеют фазоинверторы. Поэтому у них широкий диапазон звучания. Убедиться в этом можно, перейдя по ссылке:
Примеры расчета фазоинверсной акустической системы:
- Акустическое оформление громкоговорителей – Эфрусси, 1962.
- Бытовые акустические системы – Иофе, Лизунков, 1984.
- Высококачественные акустические системы и излучатели – Алдошина, Войшвилло, 1983.
5 комментариев: Фазоинвертор – акустическое оформление
Олег пишет:
А хороши картонные трубки на картинке! На таких трубах доставляют клиенту либо ковры, реже – линолеум, потом они скорбят возле мусорки…
Чем отличается Фазоинвертор для сабвуфера от Закрытого Ящика
Когда сабвуфер находится в ЗЯ (закрытом ящике) КПД (коэффициент полезного действия) системы понижается почти в два раза. Т.к. «работает» только передняя часть.
Динамик монтируется в герметичный короб. В его стенку. Объем воздуха в нем тоже имеет свой резонанс. Необходимо правильно его рассчитать чтобы
улучшить АЧХ (амплитудно-частотную характеристику). Стенки короба обклеивают пористым материалом (поролон, стекловата, хлопковая вата и т.д.)
А в ФИ (фазоинерторе) звуковое излучение (волна) которое исходит из задней поверхности прибавляется к передней. КПД НЧ (низких частот, баса) сильно
повышается. Поэтому ФИ используется в большинстве колонок. Но. тут тоже есть свои недостатки которые могут привести к ухудшению звучания в басовом диапазоне.
Среди них — бубнение, турбулентное гудение, резонансное дребезжание, уханье и другие особенности ФИ-звучания. И настоящие аудиофилы ищут альтернативу!
И это лабиринтное акустическое оформление. Но оно не особенно технологично и требует особенно точных просчетов. Это повышает стоимость.
Наиболее бюджетный вариант — трансмиссионная линия. Проще считать и не сложная конструкция. При ее использовании АЧХ повышается плавно и сохраняется высокое звуковое давление на НЧ.
Фазоинвертор с лабиринтом
Делаем лабиринт из волновода и воздух на выходе должен двигаться синфазно с колебаниями диффузора. Правильно спроектированная ТЛ дает нам более точное звучание
сабвуфера с сохранением мощных низов. И не будет обычных фазоинверторных проблем. Получаем точное воспроизведение басов при небольших габаритах.
Есть недостатки. Можно ошибиться в исчислениях. Тогда будет дребезжать и ухать, нарушится равномерность АЧХ. Но они более просты чем другие лабиринты!
Вопросы-Ответы:
Какая должна быть длина и размеры тоннеля внутри корпуса для правильной настройке усилителя и динамиков? Какого типа у вас акустика?
— Какой диаметр излучателя (громкоговорителя)? Расчет по формуле. У вас пассивные сабвуферы? Оставьте ваши данные. Наш менеджер вам перезвонит.
Какое значение гц может быть искажения мощности музыки при полной громкости? А какой резонатор лучше — бандпасс или щелевой? У меня саб 16,5 дюймов.
— Какой площади у вас короб? Не хватает еще параметров чтобы ответить.
Какой частоты фазу выставлять? Какой фазоинвертор самый лучший? Где можно получить больше информации? У вас на сайте есть еще статьи или работы по этой теме?
— Что у вас за туннель? Какая фаза сигнала вас интересует? Надо смотреть экран и снимать показатель, скорость прохода звука по схеме. Канал низкочастотный.
Как убрать шумы сигнала и настроить саб если величина отверстия 5 см. Какой принцип фазоинвертора использовать чтобы воспроизводить нормальный автозвук низкочастотного эффекта? Где заказать или купить?
— Какой именно вы хотите получить результат? Фазоинвертор звучит еще от тыльной стороны. Где излучает саб.
Подбор фазоинвертора для конкретного динамика
Для выбора оптимального фазоинвертора необходимо проанализировать параметры динамика, в частности:
- Резонансная частота динамика (Fs)
- Добротность динамика (Qts)
Рекомендуемое значение отношения Fs/Qts для фазоинвертора лежит в диапазоне от 60 до 100.
Например, для динамика с Fs=35 Гц и Qts=0.4 оптимальный фазоинвертор получится при настройке 35/0.4=87 Гц.
Для динамиков с параметрами за пределами рекомендуемого диапазона также возможно подобрать рабочий вариант фазоинвертора, но может потребоваться больше экспериментов.
Важно учитывать согласование конкретной модели динамика и фазоинвертора. Их характеристики должны быть оптимизированы для совместной работы.
Установка и настройка фазоинвертора
При монтаже фазоинвертора в корпусе важно обеспечить герметичное соединение между трубой и стенкой, чтобы не было утечек звука.
Располагать фазоинвертор нужно на расстоянии не менее половины его длины от динамика, чтобы избежать акустического короткого замыкания.
От стен помещения торец фазоинвертора должен находиться на расстоянии не менее 20 см, иначе возможно нежелательное усиление баса.
Для точной настройки частоты фазоинвертора используют регулировку длины трубы путем установки внутренних вставок-заглушек.
Окончательная оптимизация параметров фазоинвертора производится экспериментальным путем для получения требуемой амплитудно-частотной характеристики.
ФАЗОИНВЕРТОР
15 июля 2015 г. hiendmusic
Фазоинвертор представляет собой щель или трубу, находящуюся в корпусе звуковой системы. За счет резонанса этой трубы обеспечивается расширение низкочастотного диапазона. С конструктивной точки зрения фазоинвертор – это закрытый, но не полностью герметичный ящик.
Принцип работы фазоинвертора
Суть работы данного устройства заключается в том, что при помощи акустического резонатора осуществляется переворот (инверсия) фазы звуковой волны, исходящей от тыльной части диффузора. На выходе фазоинвертора эта уже инверсированная волна суммируется с волной, излучаемой фронтальной поверхностью диффузора. Это существенно увеличивает на частоте настройки прибора уровень звукового давления.
Достоинства и недостатки устройства
Преимущества этого вида акустического оформления известны достаточно хорошо. Приблизительно 90% производимых в мире современных акустических систем оснащены фазоинвертором. Нижняя граница частоты в таких системах в 1,26 раза меньше, чем в закрытых аналогах (при одинаковых размерах корпуса и КПД).
Если взять акустику с одинаковыми габаритами и показателями нижней границы частоты, то системы с фазоинвертором будут обладать большим на 3 дБ КПД. И наконец, при одинаковых значениях нижней границы частоты и КПД, габариты такой системы будут значительно меньше.
К недостаткам фазоинвертора можно отнести невысокие переходные характеристики (по сравнению с системами закрытого типа) и более сложный процесс согласования усилителя с акустической системой. То есть длительность затухания и время нарастания звукового сигнала определяются лишь качеством исполнения самого фазоинвертора. На практике это проявляется в глухом звуке литавр, «бухающем» звучании барабана, размытости щипка при воспроизведении музыки от струнных инструментов и пр.
Стоит отметить, что достоинства существенно перевешивают вышеупомянутые недостатки. Поэтому большинство компаний, специализирующихся на производстве звукового оборудования, внедряют в свои модели данное устройство.
Простому меломану – пользователю акустических систем достаточно знать про фазоинвертор несколько простых, но очень важных вещей. В комнате площадью меньше 12 метров нельзя устанавливать колонки с фазоинвертором расположенным в задней части – получите отвратительное буханье вместо музыки. Для небольших помещений лучше выбирать колонки с передним расположением фазоинвертора или вовсе без него. Если ваши колонки оснащены фазоинвертором, и вам кажется, что бас «бубнит» — попробуйте заткнуть отверстие фазоинвертора любой плотной тряпкой – иногда это помогает.
