На что влияет площадь порта фазоинвертора

Хорошая статейка(1) про ФИ(заметка для себя)

Все просто! Не нужно иметь степень по физике, не нужно высшей математики, лишь логика и здравый смысл – ведь это все, что Вам нужно, чтобы получить достойный звук. В этом разделе постараемся разложить все «по полочкам», доступно и понятно описать работу и настройку корпуса типа «Фазоинвертор». Обладая знанием – исследуйте и творите свои уникальные системы!

Фазоинвертор — тип акустического оформления, объединяющий высокое качество звучания, внушительную громкость, простоту в построении и дальнейшей настройке, так же, ФИ сравнительно мал в плане вытесняемого в багажнике пространства.

Мы рекомендуем использовать оформление такого типа всем нашим пользователям в качестве первого корпуса, так же, мы тестируем и рекомендуем начальные, наиболее универсальные в реальной работе, параметры корпуса типа ФИ. Но, как всем Вам известно, из каждого правила есть исключения. И если рекомендованные нами решения удовлетворяют большинству Ваших требований, то всегда найдутся такие, кому нужно что то свое – это и участники различных соревнований, и любители «ветра», и любители «прокачивать площадки»… Эта статья посвящается как раз таким людям, построившим стандартный корпус и желающим получить больше – больше качества, или больше давления, или глубже бас, или…или…

Раздел 1. Вникаем…

Для начала давайте разберемся, как работает ФИ.

Если закрытый ящик(ЗЯ) попросту устраняет волны, созданные обратной стороной диффузора, то ФИ преобразует эти волны в “полезные”, за счет чего происходит существенный рост эффективности и звукового давления. Несомненным плюсом ФИ, в сравнении с ЗЯ, является значительно более высокая эффективность и громкость, минус ФИ — высокий уровень групповых задержек, выраженный в “размытости” и более низкой точности баса.

Порт передает энергию в значительно более узком диапазоне, чем фронтальная часть диффузора. Потому изменения затрагивают лишь часть общего диапазона работы сабвуфера. Впрочем, для большинства значительный выигрыш в громкости или эффективной ширине диапазона куда более важен, чем не такой значительный проигрыш в качестве, от того ФИ — это, пожалуй, самый популярный корпус сегодня.

Схематическое изображение принципиальной конструкции корпуса ФИ изображено на рисунке ниже.

ФИ имеет 2 составляющие — объем(как передаточная среда) и порт(как дополнительный излучатель). Принцип работы оформления типа «фазоинвертор» — корпус инвертирует по фазе энергию обратной стороны диффузора и при помощи порта передает ее в среду, тем самым усиливая акустическую отдачу. Проще говоря, корпус делает из “отрицательных” волн “положительные”, эти “положительные” волны и усиливают итоговую отдачу.

В случае с ФИ, мы настоятельно рекомендуем использование фильтра инфранизких частот.

Раздел 2. Углубляемся.

С принципом работы разобрались, теперь перейдем к практике.

Мы уже много лет проводим тестирование корпусов типа ФИ и за годы работы выявили наиболее востребованные параметры корпуса, которые удовлетворят большинство наших пользователей. Но если есть желание получить действительно что то особенное от баса — придется поработать и настроить ФИ индивидуально.

При правильном подключении, диффузор движется сначала вверх, создавая разряжение в корпусе, за тем вниз, создавая сжатие. И это нормально, но в частных случаях лучше работает в обратном порядке. Потому, первое что мы попробуем изменить – заставим диффузор перемещаться сначала вниз, затем вверх. Для этого достаточно лишь поменять полярность подключения динамика – «перепутаем» плюс с минусом, теперь диффузор сперва переместится вниз и это серьезно изменит звучание. Не путайте акустические клеммы с питанием, подключив питающие провода к усилителю не верно, Вы гарантированно его сожжете.

Размяли динамик, отслушали наш стандартный корпус, поигрались с настройками магнитолы и частотами срезов, покрутили эквалайзеры и прочие «улучшайзеры»… что то все равно не устраивает? Так перейдем к существу вопроса и изменим корпус так, чтобы устраивало все!

Настройка. Давайте сразу договоримся, во многих источниках под “настройкой” ФИ принято понимать некую единственную частоту. Мы якобы можем включить какую нибудь программу, в которую нужно внести какие то параметры и которая сразу же нам скажет и нарисует нужный ящик. Все это в корне не верно. Настройка — это осознанный и практический процесс, итогом которого является нужный результат, не зависимо от того, будет это качество звука или какое то сверх-естественное давление или особенно широкий диапазон.

Объем служит для того, чтобы изменить полярность обратной волны с “-” на “+”, порт же является своего рода передатчиком энергии. Проще говоря, объем нужен тем больше, чем ниже и глубже нужен бас, порт же нужен строго определенный, тк от порта зависит то, на сколько и какая именно частота будет усилена. Еще проще говоря, объем устанавливает рамки рабочего диапазона, порт усиливает нужную часть диапазона или расширяет его вверх или вниз.

Далее рассмотрим то, как на практике происходит процесс настройки корпуса. И для начала определим основные параметры, которые мы сможем измерить, ощутить, услышать и изменить. Не будем углубляться в физику, оно и не нужно, будем размышлять проще…

Громкость – все знают что это такое, измеряется в Децибеллах (Дб). Громкость бывает пиковая (большинство соревнований SPL), измеряется максимальный результат на одной частоте, и усредненная (формат LoudGames) – измеряется ряд частот, среднее значение принимается за конечный результат. Разницу в 3Дб мы уже можем услышать, разница в 10Дб очень хорошо ощутима на слух любому.

Эффективность – этот параметр описывает то, сколько фактической громкости мы получаем с одинаковой подводимой мощности. Пример: имея 500Вт, менее эффективный корпус даст 110Дб в среднем, более эффективный – 120Дб. Нашей задачей является получить максимум эффективности на всех воспроизводимых частотах.

Диапазон воспроизводимых частот – применительно к сабвуферу это диапазон частот от 20 до 100Гц. В идеале сабвуфер должен воспроизводить все эти частоты и с одинаковой громкостью, но в реальности этого конечно нет, сабвуфер отрабатывает часть диапазона и имеет спад громкости ближе к граничным частотам своих возможностей. Наша задача – заставить сабвуфер фактически воспроизводить частоты от 20 до 100Гц, но современные автомобильные мидбасовые динамики способны работать в диапазоне уже от 70-80Гц, а многие и от 50-60Гц, что существенно облегчает задачу.

Групповое время задержек(ГВЗ) – измеряется в миллисекундах, и чем оно выше, тем менее «содержательным» наш бас будет. На практике большое ГВЗ выражается в явном «запаздывании» баса, в отсутствии множества деталей, в «обмякшем», не эмоциональном и «гудящем» басе. Почему «групповое время» — если задержка одинакова на каждой воспроизводимой частоте во всем слышимом диапазоне от 20 до 20000Гц, то бас будет идеален и точен не зависимо от того, на сколько велика эта задержка. Более того, наличие задержки естественно, и чем ниже частота, тем выше задержка. Но в реальности разница между временем задержки на разных частотах гораздо выше идеала и куда менее постоянно, и ввиду этой непостоянной разницы звук превращается в кашу – одна частота играет раньше, другая позже. Наша задача – снизить ГВЗ до естественного уровня.

Максимум эффективности в полном диапазоне воспроизводимых частот при минимуме ГВЗ – наш рецепт идеального корпуса. В реальности же, как обычно, все не так просто, выигрывая в одном, жертвуем чем то другим…

Имея корпус типа «Фазоинвертор», мы оперируем тремя взаимосвязанными переменными – объем, площадь порта и длина порта. Изменяя их, мы имеем возможность добиваться нужного результата по каждому из вышеперечисленных параметров. Разберемся, за что отвечает каждая из этих переменных и как изменения повлияют на параметры звучания, а так же, как повлияет изменение на здоровье нашего динамика и надежность системы в целом.

Объем. Увеличивая объем, мы увеличиваем эффективность, но увеличиваем и ГВЗ, перемещаем нижнюю границу диапазона вниз, но так же, вниз перемещаем и верхнюю границу. И наоборот.

Объемом мы задаем границы диапазона воспроизводимых частот. Все знают о том, что с понижением частоты растет длина волны, а это значит, что чем больше объем, тем больше будет время задержки тыловой волны и тем более эффективным будет преобразование тыловой волны с “-” на “+” на нижних частотах, но тем менее эффективным будет преобразование на верхних частотах.

С увеличением объема, увеличивается уровень и ГВЗ внизу и вверху, но если внизу диапазона увеличение ГВЗ воспринимается как естественное, то вверху это совсем не так. Изменения эффективности так же происходят, с увеличением объема растет эффективность внизу, но падает вверху.

Безусловно, объем оказывает влияние и на ГВЗ, и на эффективность, но это влияние не велико и находится вблизи естественных пределов. Главная задача объема — получение нужного эффективного диапазона воспроизводимых частот.

Динамик и объем связаны между собой. Чем больше используемый объем, тем эффективнее динамик должен быть. Простой пример: 8″ динамик запускаем в объеме 150 литров, звука практически не будет, но 18″ динамик в том же объеме легко даст полноценный бас. Все дело в том, что с увеличением линейного хода, или с увеличением размера, или с увеличением эффективности, или с увеличением сразу всех трех этих характеристик, динамик способен эффективно воздействовать на бОльшую массу воздуха.

В результате наших собственных тестов мы уже определили для вас наиболее эффективный объем для каждого нашего сабвуфера, иными словами, мы определили диапазон, в котором сабвуфер будет работать так, чтобы было возможно получить наиболее качественный звук благодаря отсутствию “провала” между мидбасом и сабвуфером, при этом мы измерили множество различных мидбасов в различных реальных условиях, определив, что нижняя воспроизводимого ими диапазона — 69-84Гц. Если Ваш мидбас реально и эффективно работает ниже обозначенных рамок, то мы рекомендуем увеличивать объем, в следствии чего сабвуфер будет работать ниже, а жертва верхней границей окажется безболезненной для системы.

С объемом разобрались, с его помощью задаем начальные границы диапазона, теперь рассмотрим порт. Порт имеет 2 параметра — площадь сечения и длина, и изменяя эти параметры, мы определяем, какой ширины диапазон будет усилен портом, в какой части рабочего диапазона будет располагаться это усиление, на сколько эффективным будет усиление, как это повлияет на ГВЗ.

Длина порта. Увеличивая длину порта, тем самым мы увеличиваем массу воздуха в порте, то есть, увеличиваем нагрузку на динамик, заставляя его “толкать” бОльшую массу воздуха. Больше воздуха — выше эффективность, но выше и уровень ГВЗ.

Длина порта на прямую влияет на динамик, повышая или, наоборот, понижая нагрузку на диффузор. В условиях оптимальной нагрузки динамик работает наиболее эффективно, создается и приличный уровень звукового давления и организуются условия для обеспечения достаточно хода диффузора, а значит, и охлаждение звуковой катушки будет достаточным и звук будет приятно глубоким и точным. Увеличивая длину порта, мы конечно увеличиваем эффективность, но увеличиваем и нагрузку на диффузор, ход будет меньше, охлаждение хуже, ГВЗ выше.

Наша рекомендация, указанная к каждому динамику — это своеобразная золотая середина между высокой эффективностью и уровнем ГВЗ, что называется “динамик нагружен оптимально”.

Необходимо иметь ввиду, нагрузка на динамик создается как корпусом ФИ сзади, так и салоном автомобиля спереди. Все наши тесты мы проводим для среднего багажника автомобиля средних размеров. Предположим нагрузка на динамик спереди снижается (слушаем с открытыми дверями или автомобиль слишком большой, типа микроавтобуса), в этом случае длину порта необходимо увеличить, тем самым мы компенсируем падение фронтальной нагрузки повышением тыловой нагрузки. Обратный случай — замкнутое пространство багажника седана ввиду своего ограниченного объема существенно “сдерживает” ход сабвуфера, нагрузку в этом случае так же необходимо компенсировать, но уже путем уменьшения длины порта.

Изменяя длину порта, мы так же можем достигнуть и другой цели — расширить диапазон воспроизводимых частот или вверх или вниз, но в этом случае неизбежно выведем систему из равновесия. Увеличивая длину порта, мы, как и в случае с объемом, но в гораздо меньшей степени, увеличиваем и время задержки “тыловой” волны, тем самым повысим эффективность работы сабвуфера в нижней части диапазона. Однако, как уже было сказано выше, сделав это, мы жертвуем “здоровьем” динамика, заставляя его работать выше своих возможностей. Оптимальная же длина порта усиливает весь диапазон воспроизводимых частот, усиливая центральную его часть с плавным падением к краю.

Наша рекомендация длины порта — это золотая середина между высокой эффективностью и ГВЗ в условиях установки сабвуфера в багажнике средних размеров для обслуживания объема салона среднего автомобиля.

Итак, что мы имеем. Отталкиваясь от наших рекомендаций, увеличиваем длину порта в случае, если необходимо компенсировать нагрузку на динамик. Увеличиваем длину порта чтобы увеличить отдачу внизу рабочего диапазона, увеличить нагрузку на динамик и принести в жертву эффективность и увеличить ГВЗ. И наоборот.

Площадь порта. Изменяя площадь порта, мы сужаем или расширяем диапазон воспроизводимых частот сабвуфера, так же, изменяем как эффективность, так и ГВЗ.

Площадь, как и длина порта, разгружают или нагружают динамик, изменяя массу воздуха в порте. Чем больше площадь, тем выше ГВЗ и выше эффективность и наоборот.

Порт имеет определенную пропускную способность. Чем больше площадь порта, тем выше его пропускная способность, тем лучше порт работает на низких частотах, но тем более узким будет диапазон. Однако, слишком большая площадь порта сильно перегрузит динамик до такой степени, что его эффективность упадет до нуля. И наоборот, слишком малая площадь порта, и о прибавке громкости, свойственной ФИ, можно забыть.

Наш порт — это разумный компромисс между шириной диапазона, эффективностью и ГВЗ. В итоге, опять же отталкиваясь от наших рекомендаций, увеличиваем площадь порта в случае, если есть необходимость получить повышенную эффективность в суженном диапазоне частот, или же уменьшаем площадь порта в случае, когда нужно расширить диапазон или снизить ГВЗ, но есть возможность и жертвовать эффективностью.

Комплексные изменения. Как мы видим, и объем, и порт отвечают за одни и те же параметры, но в реальности их влияние не одинаково ни по степени, ни по силе воздействия на конечный результат. Изменяя объем, мы настраиваем диапазон воспроизводимых частот, изменяя порт, мы настраиваем сабвуфер на работу в конкретных условиях. Однако, как Вы уже поняли, существует множество вариантов изменений сразу нескольких параметров, в результате чего есть возможность настроить сабвуфер так, чтобы он работал индивидуально. Это означает, что Вы добровольно жертвуете каким то менее значимым параметром звучания, но получаете возможность выделить гораздо более значимый.

Пределы изменений. Изменение объема всегда будет оказывать менее существенное влияние на характер звучания, чем порт, но пределы изменения объема значительно более широкие. Полезные изменения объема находятся в пределах +-60% от исходного. Изменения площади и длины порта следует делать с особой осторожностью, и в пределах не более 35%. Все изменения, выходящие за эти пределы, повлекут серьезные негативные последствия, перекрывающие все видимые плюсы. Это и существенные изменения звучания в негативную сторону, равно как возможно и очень значительное повышение нагрузки на динамик.

Так же, при комплексных переменах остерегайтесь “двойного действия”. К примеру, увеличили объем и увеличили длину порта — оба эти действия не просто сильно понизят диапазон воспроизводимых частот, но и крайне серьезно перегрузят динамик. Необходимо проявить максимум осторожности и внимания к внесению изменений подобного характера.

Вполне возможно, внося одно изменение, компенсировать его другим. Например, увеличивая объем, уменьшить длину порта и т.п. Такие изменения способны как привести к нужному результату, так и компенсировать нежелательные последствия.

Помните, любые изменения полезны до того момента, пока не вносят более существенный вред. Нет таких изменений, которые дают только плюсы и не имеют минусов. При изменении нами рекомендованного корпуса, перед Вами стоит конкретный вопрос – чем, в какой степени и ради чего Вы готовы жертвовать.

Программы для компьютерного моделирования. В природе существует ряд программ, способных смоделировать результат работы сабвуфера на базе некоторых параметров. Мы рекомендуем ознакомиться с такими программами, по одной единственной причине — они способствуют пониманию изложенного материала. Однако, результат моделирования ни в коем случае не должен являться для Вас руководством к действию ввиду того, что ни одна программа на сегодняшний день не учитывает и половины тех нюансов, которые в реальности влияют на работу сабвуфера. Невозможно с помощью программы построить сабвуфер с нуля, однако возможно понять, как то или иное изменение корпуса повлияет на характер звучания в целом. Иными словами, программа поможет только тогда, когда уже есть от чего отталкиваться и нужно внести какие то изменения в уже существующий и рабочий корпус.

Начальное руководство мы получили, давайте теперь рассмотрим на реальных примерах применение полученных знаний…

Пример 1. Мидбас поставили в ящик или в хорошо подготовленную дверь, теперь он работает значительно ниже и эффективнее чем раньше, а естественная величина задержки на нижней границе мидбасового диапазона возросла. Получается, что нам уже не нужен диапазон работы от 20 до 80Гц, а нужен лишь от 20 до 60Гц. Мы знаем, что DD исследует и создает корпуса так, чтобы они эффективно воспроизводили частоты «сверху вниз», то есть, DD жертвует самым низом, чтобы правильно состыковать мидбас и сабвуфер и получать «цельный» звук. Увеличиваем объем и смотрим что получилось – сабвуфер теперь работает более эффективно и глубоко, а возросшая задержка на верхней границе не оказала влияния на звук, т.к. разница между нижней задержкой мидбаса и сабвуфером не изменилась.

Пример 2. Низкокачественный мидбас поставили в штатное место… При таких условиях возникает существенный провал между сабвуфером и мидбасом, в результате ряд частот мы просто не слышим, а сабвуфер играет «отдельно от музыки». Чтобы получить естественный звук, лучше всего будет не перекладывать проблему «с больной головы на здоровую» и поработать с мидбасом. Но если это невозможно (а оно часто невозможно по целому ряду причин), существует ряд решений:

— уменьшаем объем корпуса. Жертвуя нижними частотами, мы все же получаем «цельное» звучание.

— уменьшаем площадь порта и уменьшаем длину порта. Жертвуя эффективностью, получаем более широкий диапазон воспроизводимых частот.

— уменьшаем объем и увеличиваем длину порта. Жертвуя “здоровьем” динамика, расширяем диапазон…

Пример 3. Нужен более глубокий, более «мягкий» бас…

— уменьшаем площадь порта. Жертвуя эффективностью, мы расширяем диапазон и уменьшаем разницу в громкости между частотами в центре диапазона, уменьшаем ГВЗ, получаем точный, низкий, приятный бас, но менее громкий…

— уменьшаем объем, увеличиваем длину порта, уменьшаем площадь порта, в итоге изменений уровень ГВЗ падает вместе с эффективностью, а диапазон существенно расширяется с плавным спадом за пределами…

Пример 4. Хочется «надавить» на соревнованиях…

— в этом случае уменьшаем объем, увеличиваем площадь и длину порта, получаем рост эффективности в центре диапазона и резкий спад по краям, сам же диапазон смещается вверх ближе к резонансной частоте кузова. Для музыки не подойдет, но «надавить» уже куда веселее.

Пример 5. Хочется много “инфры” c “ветерком”…

— увеличиваем объем, увеличиваем площадь порта. Сдвигаем диапазон в “нужное” место и площадью порта увеличиваем эффективность, бинго, жертвуем всем в пользу эффективности на самых низких частотах.

— увеличиваем объем, увеличиваем площадь порта, увеличиваем длину порта. Тот же самый результат, но в условиях, когда мощности недостаточно и есть некоторый “запас” в системе охлаждения.

Пример 6. Нужно получить максимально качественный бас…

— уменьшаем площадь порта. Теряем в эффективности, но получаем более широкий диапазон и уменьшаем ГВЗ.

— уменьшаем площадь порта и уменьшаем объем. Теряем в эффективности еще больше, расширяем диапазон вверх и серьезно уменьшаем ГВЗ…

Пробуем! Полученный звук нестандартен и с помощью простых манипуляций с объемом корпуса или параметрами порта уже соответствует Вашей системе! Для персонализации большинства систем и этих знаний более чем достаточно. Однако профессиональный подход подразумевает более детальные и более точные изменения.

Понимание того, за что отвечает изменение, мы уже дали, профессионалу же нужно нечто большее — это измеренные и предельно точные режимы работы, в которых возможно “выжать” максимум пользы из сабвуфера, предельно качественный звук, предельно высокий уровень громкости, предельно точный диапазон работы… Ответ на все эти вопросы один — тесты и эксперименты, о чем читайте в следующем разделе.

Расчет акустического фазоинвертора

Предлагаемые методы расчета фазоинвертора основан на простейших измерениях, проводимых с вполне определенным экземпляром громкоговорителя, устанавливаемым в акустический фазоинвертор и на номографическом определении размеров последнего. А также варианты расчета фазоинвертора с использованием технических параметров динамиков от производителя.

Что такое Фазоинвертор?

И как у всякого резонатора у него есть резонанс, весьма выраженный, с высокой добротностью и крутыми склонами. Так что в корпусе сабвуфера у нас два резонатора: активный (динамик) и пассивный (фазоинвертор). Оба они влияют друг на друга через упругую среду (воздух).

Какой должна быть частота резонанса фазоинвертора?

Пример: F_рез. динамика в ЗЯ = 60 Гц. 60 х 0,33 = 20гц. 60-20 = 40 Гц.

Расчётная резонансная частота ФИ в данном примере должна быть 40 Гц.

Для этой частоты, а считаю далее диаметр и длина фазоинвертора под объём данного ящика. А теперь рассмотрим более научные варианты расчета фазоинвертора.

Вариант №1. Простой вариант расчета размеров фазоинвертора

Это вариант подойдет для ленивых. Нам надо знать частоту настройки фазоинвертора для данного динамика. Его часто указывают производители динамиков в технических характеристиках, например на упаковке.

• F — частота настройки ФИ;
• C — скорость звука;
• п — число = 3,14…;
• S — площадь отверстия;
• L — эффективная длина трубы (длина трубы плюс процентов 5);
• V — объем корпуса.

Везде метры и герцы.

Соответственно отношение площади отверстия к длине фазоинвертора:

Рис. 1. Формула отношения площади отверстия к длине фазоинвертора

то есть при увеличении площади отверстия вдвое (два порта) — вдвое растет длина каждого из фазоинвертора. Делать узкий фазоинвертор чтобы уменьшить длину трубы нецелесообразно — возрастает скорость потока в нем (там должно быть не более 5% от скорости звука! я ошибся по памяти)

Одновременно сделать очень широкий и длинный фазоинвертор также не имеет смысла — его длина не должна быть больше длины волны на частоте резонанса, чтобы не было стоячих волн, но вообще-то это несколько метров получается, так что тут ошибиться трудно.

Вариант №2

В первую очередь, руководствуясь рис. 2 и таблицей, необходимо изготовить «стандартный объем» — герметичный фанерный ящик, все стыки которого во избежание утечек воздуха тщательно подогнаны, проклеены и промазаны пластилином.

Рис. 2. Чертеж фанерного ящика

Размеры, мм
А	В	С
200	255	220	170
250	360	220	220
300	360	220	270
375	510	220	335

Далее измеряют собственную частоту резонанса громкоговорителя, находящегося в свободном пространстве. Для этого его подвешивают в воздухе вдалеке от крупных предметов (мебели, стен, потолка). Схема измерений приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема для измерения параметров Тилля-Смолла

Здесь ЗГ — градуированный звуковой генератор, V — ламповый вольтметр переменного тока и R — резистор сопротивлением 100–1000 ом (при больших значениях сопротивления измерение оказывается более точным).

Вращая ручку настройки частоты звукового генератора в пределах от 15-20 до 200-250 гц, добиваются максимального отклонения стрелки вольтметра. Частота, при которой отклонение максимально и является резонансной частотой громкоговорителя в свободном пространстве F_в.

Следующий этап — определение резонансной частоты громкоговорителя F_в при его работе на «стандартный объем». Для этого громкоговоритель кладут диффузором на отверстие «стандартного объема» и слегка прижимают, во избежание утечек воздуха в месте стыка поверхностей. Метод определения частоты резонанса прежний, но в этом случае она будет в 2–4 раза выше.

Рис. 4. Номограмма для определения резонансной частоты громкоговорителя F_в Рис. 5. Пример определения резонансной частоты громкоговорителя на номограмме

Зная эти две частоты, с помощью номограмм находят размеры фазоинвертора. В зависимости от диаметра диффузора громкоговорителя выбирают номограмму, приведенную на рис. 5 (для диаметра 200 мм). По выбранной номограмме определяют объем фазоинвертора, для чего соединяют прямой линией точки, соответствующие найденным частотам, на осях «Резонансная частота»

Рис. 6. Номограмма для определения оптимального объема ящика

F_в (см. рис. 5 точка А) и «Резонансная частота» F_я (точка В). Отмечают точку пересечения с вспомогательной осью и отсюда ведут вторую прямую линию через точку D до оси «оптимальный объем». Значение, соответствующее новой точке пересечения Е, и является искомым объемом.

Если нет каких-либо особых соображений для конструирования ящика специальной конфигурации, то расчет внутренних размеров его при заданной объеме может быть сделан по номограмме, показанной на рис. 6. Ширина фазоинвертора будет равна 1,4 высоты, а высота — 1,4 глубины. Пользование номограммой не представляет трудностей: проводят прямую линию между крайними осями, на которых нанесены величины объемов. Точки пересечения прямой с осями А, В, С определят ширину, высоту и глубину ящика. Диаметр выреза для громкоговорителя берется равным размеру С, указанному в таблице.

Рис. 7. Номограмма для определения размером ящика и диаметра выреза под фазоинвертор

Далее, задавшись диаметром туннеля, необходимо определить его длину и проверить вмещается ли он в ящик фазоинвертора. Длину туннеля находят из графиков, приведенных на рис. 8, для трех внутренних диаметров: графики А — для диаметра 50 мм, В — для диаметра 75 мм и В — для диаметра 120 мм. Выбрав соответствующие графики, по частоте F_в и объему фазоинвертора, определенным ранее, находят длину туннеля (пример на рис. 7,В). Она должна быть на 35–40 мм меньше внутренней глубины ящика. Если этого не получается, можно нисколько изменить конфигурацию ящика, сохранив его объем, или взять Другой диаметр туннеля.

Рис. 8. Графики для определения длины туннеля фазоинвертора

Фазоинвертор изготавливают из фанеры толщиной около 30 мм. Если нет такой толстой фанеры, то для повышения жесткости нужно приклеить внутри ящика по диагонали или крестообразно бруски размером 25×75 мм. Ящик собирают на винтах и клее и все швы герметизируют. Заднюю стенку рекомендуется крепить шурупами (по пять штук на одну сторону) с фетровой прокладкой. Туннель делают из толстостенной картонной трубки.

Изготовив фазоинвертор и установив в него громкоговоритель, приступают к его демпфированию. Для этого громкоговоритель рекомендуется полностью закрыть с задней стороны слоем стекловаты толщиной 25–50 мм, прикрепляя ее к доске вокруг диффузородержателя с помощью кольца, привинченного шурупами или винтами.

Рис. 9. Схема для проверки достаточности демпфирования

Достаточность демпфирования проверяется с помощью схемы, приведенной на рис. 9. Сопротивление резистора R берется около 0,5 ом. Если же известен коэффициент демпфирования К усилителя, с которым будет работать агрегат, и сопротивление звуковой катушки громкоговорителя переменному току r, то его можно определять из формулы R=r/K ом.

Переводи переключатель из одного положения в другое, прислушиваются к щелчку в громкоговорителе. Если он вполне отчетлив я нет «бубнения» или «звона», значит демпфирование достаточно. Окончательное решение принимают после прослушивания оркестровой музыки с хорошо выраженными басами и верхними котами.

Вариант №3. Расчет размера фазоинвертора по номограмме

рис. 10. Номограмма для расчета размера фазоинвертора

В области низких частот работа громкоговорителя не зависит от формы ящика или типа фазоинвертора, а определяется лишь двумя параметрами акустического оформления — объемом ящика-фазоинвертора V и частотой его настройки F_b. К нахождению этих величин и сводится в основном расчет акустического оформления.

Для того чтобы уяснить методику расчета громкоговорителей с помощью номограммы, рассмотрим несколько примеров.

Пример 1.Рассчитать оптимальное акустическое оформление для известной низкочастотной головки. Допустим, что с помощью измерений параметры головки определены: Q_a=3,2, Q_e=0,33, V_as=0,120м 3 , f_s=40 Гц. При работе от усилителя с нулевым выходным сопротивлением (R_g=0) Q_t головки составит 0,3. Отметим на оси абсцисс точку Q_t=0,3, проведем через нее перпендикулярную оси прямую и найдем ординаты точек пересечения прямой с кривыми в верхней и нижней частях номограммы: V_as/V=3, f_b/f_s=1,25, f₃/f_s=1,47. Подставляя в полученные отношения измеренные значения параметров головки V_as=0,120м3, f_s=40 Гц, находим: V=0,04 м 3 , f_b=50 Гц, f₃=59 Гц. Таким образом, если не принимать мер к дополнительному регулированию Q_t, для получения гладкой частотной характеристики громкоговорителя заданную головку достаточно поместить в ящик-фазоинвертор объемом 0,04 м 3 и настроить его на частоту 50 Гц. Частота среза громкоговорителя при этом окажется равной 59 Гц.

Пример 2.Для той же исходной головки с Q_a=3,2, Q_e=0,33, V_as=0,120м 3 , f_s=40 Гц требуется так рассчитать параметры ящика-фазоинвертора, чтобы частота среза громкоговорителя оказалась равной 35 Гц. При оговоренной частоте среза расчет начинается с определения f₃/f_s. В рассматриваемом случае f₃/f_s=0,875. Далее через точку с ординатой 0,875 на кривой f₃/f_s проводится прямая, перпендикулярная оси абсцисс, и определяются координаты точек пересечения ее с кривыми V_as/V и f_b/f_s , т. е. Q_t=0,415, V_as/V=1.05, f_b/f_s =0.93. Подставляя в полученные отношения значения параметров головки V_as=0,12м 3 , f_s=40 Гц, находим V=0,114 м 3 , f_b=37 Гц. Следовательно, для того чтобы получить гладкую частотную характеристику громкоговорителя с частотой среза f3=35 Гц, объем ящика-фазоинвертора должен составлять 0,114 м 3 , а частота настройки — 37 Гц. Кроме того, поскольку требуемое значение общего Q головки отличается от измеренного (при работе от усилителя с нулевым выходным сопротивлением Q_t=0.3), для достижения желаемой формы частотной характеристики потребуется дополнительное регулирование этого параметра.

Пример 3. Дана низкочастотная головка (Q_a=3,2, Q_e=0,33, V_as=0,12м 3 , fs=40 Гц) и задан объем акустического оформления 19 V=0,06 м 3 . Требуется рассчитать громкоговоритель, обладающий гладкой частотной характеристикой. Определим отношение V_as/V =2. Через точку с ординатой 2 на кривой V_as/V проведем прямую, перпендикулярную оси абсцисс, и найдем координаты точек пересечения ее с кривыми f_b/f_s и f₃/f_s : Q_t=0,345; f_b/f_s=1,1; f₃/f_s=1,2. Подставляя в последние отношения значения параметров головки, находим fb=44 Гц, f3=48 Гц. Таким образом, чтобы с данной головкой и в ящике оговоренных размеров получить гладкую частотную характеристику громкоговорителя, потребуется настроить ящик-фазоинвертор на частоту f_b=44 Гц и с помощью средств регулирования довести общее Q головки до значения 0,345.

Калькуляторы фазоинвертора онлайн

В калькуляторе фазоинвертора Параметры набирать через точку, ноль перед точкой вводить не обязательно.

Фазоинвертор (ФИ)

В рамках обсуждения выбора сабвуфера рассмотрим такой корпус как фазоинвертор.

Фазоинвертор, в отличии от закрытого ящика, имеет порт с помощью которого разворачивает фазу сигнала тыльной стороны динамика таким образом увеличивая КПД в 2 раза.

Принцип работы фазоинвертора

Для какой музыки подходит фазоинвертор

Фазоинвертор отличается мощным и объемным басом, а АЧХ в районе частоты настройки имеет горб (значительное повышение громкости звучания).

Пример АЧХ фазоинвертора

По этому ФИ подходит для музыки, в которой много не быстрого баса, где низкие частоты это основа композиций. Выбирайте фазоинвертор если вам нравятся дабстэп, трипхоп, прочая медленная электронщина, рэп, R&B и т.п.

Примечание: настройка фазоинвертора это частота, на которую приходится пик АЧХ, регулируется изменением длины и площади порта, а так же отношением объема порта к объему корпуса.

Какой динамик подходит для фазоинвертора

Чтобы выбрать сабвуфер для фазоинвертора нужно отталкиваться от параметров Тиля — Смолла (Fs, Qts, Vas). Обычно эти данные есть в документах, но если у вас их нет, то параметры найдутся в интернете.

Для того, что бы понять подходит ли динамик для ФИ проведите не хитрые расчеты. Поделите значение Fs на значение Qts и если ответ получится от 60 и до 100, то такой саб будет оптимальным для фазоинвертора.

К примеру — у динамика SUNDOWN AUDIO E-12 V3 Fs = 32.4 Гц, а Qts = 0.37.

Fs / Qts = 32.4 / 0.37 = 87,6 — такой сабвуфер вполне подходит для ФИ.

Если значение для вашего динамика выходит за пределы диапазона 60-100 возможно стоит подыскать ему другое оформление с помощью этой очень полезной таблички. Обратите внимание на то, что приведенная таблица не запрещает использовать для динамиков корпусы, не соответствующие значению Fs / Qts. Она показывает варианты, которые точно будут хорошо работать.

Виды фазоинверторов

Порт фазоинвертора — основной элемент корпуса, он может быть круглым (труба) или прямоугольным (щель).

Щелевой порт Круглый порт (труба)

Нельзя однозначно сказать какой из этих портов лучше. Делают то, что удобнее или то, что больше нравится. Единственный момент, что в спорте (соревнования по звуковому давлению) чаще используются трубы, так как с их применением проще меняется настройка фазоинвертора, за счет изменения длины порта.

Подробнее о нюансах можно узнать из нашего видео про то, чем отличается труба от щели для сабвуфера:

Отдельно стоит отметить такой тип, как пассивный излучатель. Пассивный излучатель (корректней — пассивный отражатель) есть тот же фазоинвертор и принцип его работы тот же. Применяется в тех случаях, когда желаемый порт для ФИ не устраивает по габаритам. В пассивном излучателе вместо порта используется динамик без магнитной системы.

Принцип работы пассивного излучателя

Достоинства и недостатки ФИ

Плюсы:

• Высокий КПД (грубо — в 2 раза громче ЗЯ);
• Может дать много громкого баса;
• Можно настроить для своих музыкальных предпочтений.

Минусы:

• Большие габариты (по сравнению с ЗЯ);
• Относительная сложность расчета.

Особенности

Материалы

Требования к материалам и сборке стандартны. Фазоинверторный короб должен быть крепким, герметичным и не давать вибраций. Материал — фанера или МДФ от 18 мм. и толще.

Обратите внимание на то, что все каналы ввода проводов, клеммники и т.п. должны быть надежно загерметизированы, внутренние перегородки (стенки порта) не должны иметь щелей.

Скругления порта фазоинвертора

Если щелевой порт длинный и имеет повороты, то в углах могут возникать застойные зоны, для избежания этого изгибы сглаживаются — в результате повышается КПД, так как снижается сопротивление движению воздуха. На слух определить улучшение качества довольно сложно, но для борьбы за высокий результат в звуковом давлении это решение работает.

Варианты сглаживая портов

Концы портов могут раскрываться, на выходе это может устранить паразитные шумы от трения воздуха, но такая проблема встречается не часто. Стоит помнить, что за счет раскрывов на концах повышается настройка порта (фазоинвертора), либо увеличивается его общая его длина. То есть для одной и той же настройки порт с расширениями на концах будет длиннее прямого и займет чуть больше объема.

Расширение щелевого порта Расширение трубы

Практическое видео по раскатке трубы для порта:

Стоит понимать, что подбор правильной геометрии расширения (раскрыва) — отдельная задача при расчете корпуса фазоинвертора.

Видео

Посмотрите подробный ролик о принципе работы фазоинвертора, это видео многое прояснит для вас.

Выводы

Если вам нужно акцентировать звучание вашей системы на низких частотах, то фазоинвертор прекрасно подойдет для этого.

ФИ — хороший выбор для жирного баса и громкого повседенева.

Читать еще:

Объём и порт короба для сабвуфера

Оптимальные универсальные значения при построении фазоинверторного (ФИ) короба для хорошего повседневного баса. Для более идеального решения советуем использовать индивидуальный расчет по параметрам сабвуферного динамика.

Обращаем внимание, чем больше объем короба (ФИ), тем меньше будет частота настройки, скорость баса уменьшается. Если вам нужна частота настройки повыше, то объём необходимо уменьшить. Если номинальная мощность усилителя превышает номинальную мощность динамика, то объём рекомендуется делать поменьше. Это нужно для того, чтобы распределить нагрузку на динамик и исключить его превышение хода. Если же усилитель слабее динамика то объём короба рекомендуем сделать чуть больше. Это компенсирует громкость из-за недостачи мощности.

Объём и площадь порта

Размер динамика	Частота настройки короба
Ниже 30 Гц	31

Размеры короба

Размеры короба делаются по размеру багажника автомобиля и по объёму, рассчитанный по параметрам сабвуфера.

Допустим, Объём короба — 70 литров. Узнаем оптимальные размеры своего багажника. К примеру, длина короба — 60 см, высота короба — 35 см, остается узнать ширину! Считаем ширину короба по формуле: 70 • 1000 ÷ 60 ÷ 35 = 33,33 см (округляем до 33.5 см) – это и будет ширина корпуса. Вот и все.