Колонки своими руками, акустическая система, динамики

Колонки своими руками, акустическая система, динамики

БЫТОВЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Книга - Бытовые акустические системыОдна из разновидностей фазоинверсной акустической системы — АС с ПИ. Она отличается от закрытой АС наличием дополнительной подвижной системы (в простейшем случае — подвижной системы низкочастотной головки без катушки и магнитной цепи) (рис. 61). Эта система пассивная и возбуждается колебаниями воздуха в закрытом корпусе при работе головки, излучая звуковые волны в области низких частот. В результате суммарное звуковое давление, развиваемое АС с ПИ на низких частотах, может быть значительно больше, чем закрытой АС равного объема и с той же низкочастотной головкой. Конструкция АС с ПИ приведена на рис. 62.

По принципу действия АС с ПИ сходна с АС с ФИ. Единственное различие состоит в том, что масса воздуха в трубе фазоинвертора заменена массой подвижной системы пассивного излучателя.

Головка прямого излечения (а) и пассивный излучатель (б)

Рис. 61. Головка прямого излечения (а) и пассивный излучатель (б)

Изменяя массу подвижной системы пассивного излучателя, можно значительно проще изменять его резонансную частоту по сравнению с фазоинвертором, где для этого приходилось менять размеры отверстия, диаметр или длину трубы.

Конструкция акустической системы с пассивыным излучателем: 1 — пассивный излучатель; 2 — низкочастотная головка; 3 — высокочастотная головка

Рис. 62. Конструкция АС с ПИ: 1 — пассивный излучатель; 2 — низкочастотная головка 3 — высокочастотная головка

Ранее отмечалось, что АС с ФИ имеет ряд конструктивных ограничений. Так, при настройке фазоинвертора на низкую резонансную частоту (30—50 Гц) масса воздуха в трубе должна быть достаточно большой, что обычно обеспечивается либо увеличением ее длины, либо уменьшением диаметра (при неизменном внутреннем объеме). В первом случае может получиться, что труба конструктивно не поместится в оформление, либо ее длина превысит критическое значение λн/12. Во втором случае могут резко возрасти акустические потери на трение в трубе, что снизит эффективность АС с ФИ в области низких частот.

Акустические системы с ПИ свободны от этих недостатков. Действительно, как на площадь пассивного излучателя, которая обычно выбирается равной площади диффузора головки и даже больше, так и на его массу не накладывается никаких ограничений. Поэтому при расчете этих систем можно не опасаться тех трудностей, которые возникают при применении АС с ФИ. Настройка пассивного излучателя практически на любую частоту резонанса fп его массой m и гибкостью объема воздуха не вызывает затруднений. Это видно из следующего выражения:

Расчет частоты резонанса fп для пассивного излучателя акустической системы (46)

Следует однако отметить, что собственно пассивный излучатель характеризуется не только массой, но также и гибкостью подвеса S, так что АС с ПИ является более сложной колебательной системой, чем АС с ФИ, что, естественно, усложняет ее расчет.

 

Принцип использования пассивных излучателей для повышения уровня звукового давления известен давно, однако практические конструкции АС с ПИ стали появляться лишь в 70-х годах. Можно отметить конструкции АС с ПИ, выпускаемые фирмами Kenwood (Япония), Selection (Англия), Ohm (США). Как следует из табл. 1, в настоящее время выпуск этих систем приближается к 10% в развитых капиталистических странах. В нашей стране также начали выпускать такие АС.

При расчете АС с ПИ так же как в АС с ФИ целесообразно находить не абсолютное значение звукового давления, а его значение по сравнению со звуковым давлением соответствующей закрытой системы. Это позволяет определить тот выигрыш, который обеспечивает АС с ПИ по сравнению с закрытой системой.

Тогда по аналогии с (40) имеем

(47)

где rsп = rs1 - rs2

Здесь введены обозначения, аналогичные примененным при рассмотрении АС с ФИ.

В основу расчета АС с ПИ по выражению (46) может быть положена схема акустического аналога АС с ПИ, изображенная на рис. 63. Здесь r0 — активные потери в головке, r — активные потери в пассивном излучателе.

Поскольку АС с ПИ так же, как и АС с ФИ может быть рассмотрена как система из двух излучателей, один из которых — собственно низкочастотная головка, а другой — пассивный излучатель, то расчет выражения √rsп/rs0 для пассивного излучателя ничем не отличается от его расчета для фазоинвертора.

Упрощенная схема акустического аналога акустической системы с пассивным излучателем

Рис. 63. Упрощенная схема акустического аналога АС с ПИ

Единственное отличие состоит в том, что площадь пассивного излучателя может быть выбрана значительно большей, чем площадь отверстия фазоинвертора. Расчеты авторов показали, что для АС с ПИ значение √rsи/rs0 может составлять от 2,0 до 2,35 и оно частотно-малозависимо.

Выражение для ρ0 закрытого оформления подставляем в (47) в виде (42). Вывод выражения для k = x/x0 приведен в приложении 5. Здесь приводится лишь окончательное выражение:

Выражение для звукового давления АС с ПИ (ρп) с учетом (47), (42) и (48) может быть записано как

Выражение для звукового давления акустической системы с пассивным излучателем(49)

где А — частотно-независимый множитель.

Как видно из (49), поведение АС с ПИ может быть описано пятью параметрами: n, L, ρ, Q, Qп. Здесь кроме параметров, описывающих АС с ФИ, появился параметр ρ = Sв/S, характеризующий относительную упругость (подвеса) пассивного излучателя, т. е. отношение упругости воздуха внутри оформления к упругости подвеса пассивного излучателя. Добротность фазоинвертора Qп заменяется здесь добротностью пассивного излучателя, равной Qп = ωпm/rп.

Исследования авторов показали, что число переменных можно сократить до четырех, так как значение Qп может быть выбрано фиксированным и в диапазоне Qп > 5 практически не влияет на полученные результаты.

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.

Выражение (49) довольно громоздко. Поэтому на рис. 64—66 приводятся наборы графических зависимостей (семейства частотных характеристик), построенных по выражению (48). Каждый рисунок выполнен для фиксированных значений Q, Qп, h для семейства кривых с различными значениями настройки пассивного излучателя и относительными упругостями его подвеса.

Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Q0 = 0,2, h = 0,5 (а) и Q0=0,2, h = 1,0 (б)

Рис. 64. Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Q0 = 0,2, h = 0,5 (а) и Q0=0,2, h = 1,0 (б)

Здесь и на рис. 65, 66 нанесены следующие кривые:

Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Q0 = 0,4, h = 0,5 (а) и Q0 = 0,4, h=1,0 (б)

Рис. 65. Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Q0 = 0,4, h = 0,5 (а) и Q0 = 0,4, h=1,0 (б)

Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Q0 = 0,6, h = 0,5 (а) и Q0 = 0,6, h=1,0 (б)

Рис. 66. Семейство частотных характеристик АС с ПИ для Q0 = 0,6, h = 0,5 (а) и Q0 = 0,6, h=1,0 (б)

Как видно из приведенных кривых, обычно пассивный излучатель настраивается на частоту в 2 — 3 раза ниже резонансной частоты головки в отличие от настройки фазоинвертора, резонансная частота которого может лишь незначительно отличаться от резонансной частоты головки. Что касается добротности используемых головок, то их значение составляет 0,2—0,8 и связано с объемом оформления. Чем меньше объем оформлений, тем меньшую добротность головки необходимо выбирать.

С помощью приведенных кривых могут быть решены различные задачи. Например, задавшись желательной формой частотной характеристики, типом головки и предположительным объемом оформления, выбирают параметры пассивного излучателя (его массу и гибкость). Если желаемая форма частотной характеристики не получается, наиболее просто увеличивать объем оформления. Однако могут возникнуть такие сочетания добротности головки и объема оформления, при которых получить желательную форму частотной характеристики затруднительно.

В качестве примера рассмотрим двухполосную систему ЮАС-10 с пассивным излучателем, изображенную на рис. 62. В ней в качестве низкочастотного звена 2 использована головка 10ГД-34 ø = 105 мм, а в качестве высокочастотного 3 — головка ЗГД-31. Передняя панель квадратная (315X315 мм). Корпус имеет малую глубину (125 мм). Конструкция пассивного излучателя 1 представляет собой диффузор конусной головки (ø 140 мм) с добавочной массой. Резонансная частота головки 54 Гц, резонансная частота пассивного излучателя — 15 Гц.

Заметим, что делают попытки повысить эффективность работы АС с ПИ. На рис. 67 изображена такая АС с ПИ.

Схематическое изображение сложной акустической системы с пассивным излучателем

Рис. 67. Схематическое изображение сложной АС с ПИ

В этой системе имеется два закрытых объема V1 и V2. Головка 1 дает объем V1, а пассивный излучатель частью 2 возбуждает объем V1, а частью 3 — объем V2, который полностью заполнен звукопоглощающим материалом. Благодаря наличию объема V2 и связи с ним пассивного излучателя снижается резонансная частота АС с ПИ и улучшается форма ее частотной характеристики.

Пример расчета

Пусть имеется головка ЗОГД-1 с параметрами: f0 = 25 Гц, Q = 0,2, Vэ = 160 л. Необходимо найти параметры АС с ПИ для случая максимально ровной частотной характеристики системы в области низких частот.

Рассмотрим рис. 64,а, 65,а и 66,а, справедливые для Q = 0,2. Как видно, наилучшие результаты могут быть получены при п = 2 (рис. 65,а). При этом внутренний объем оформления будет равен 80 л. Теперь выбираем частоту настройки и гибкость подвеса пассивного излучателя. Предпочтение следует отдавать кривым с параметрами l = 2, р = 2 и l = 2, р = 3. Характеристика при р = 2 получается наиболее протяженной в область низких частот, спад плавный, но достигающий 9 дБ на частоте 23 Гц. Выигрыш по звуковому давлению составляет 6 дБ. Спад характеристики при l = 2, р = 3 также плавный, но составляет 7 дБ до частоты 25 Гц. Выигрыш по звуковому давлению 7 дБ.

Каковы же параметры АС с ПИ? Пассивный излучатель в обеих случаях настраивается на частоту в 2 раза ниже резонансной частоты головки (l = 2), т. е. на 22,5 Гц. Относительная упругость подвеса ПИ равна соответственно p = 2 и p = 3, т. е S = Sв/2 и S = Sв/3. Иными словами, эквивалентный объем излучателя Vэ.п (понятие аналогичное понятию — эквивалентный объем головки) при р = 2 равен эквивалентному объему головки Vэ, т. е. 160 л, а при р = 3 равен 3/2Vэ, т. е. 240 л.

Площадь ПИ выбирается равной площади диффузора головки, а масса определяется из (46) и должна быть такой, чтобы с упругостью (Sв+S) обеспечить резонансную частоту ПИ 22,5 Гц. Добротность излучателя должна быть больше 5.

Акустический излучатель своими руками фото. Поделитесь новостью Акустический излучатель своими руками с друзьями!
Акустический излучатель своими руками 100
Акустический излучатель своими руками 73
Акустический излучатель своими руками 88
Акустический излучатель своими руками 29
Акустический излучатель своими руками 92
Акустический излучатель своими руками 31
Акустический излучатель своими руками 24
Акустический излучатель своими руками 91
Акустический излучатель своими руками 99
Акустический излучатель своими руками 38
Акустический излучатель своими руками 84
Акустический излучатель своими руками 49
Акустический излучатель своими руками 86
Акустический излучатель своими руками 55
Акустический излучатель своими руками 54
Акустический излучатель своими руками 47
Акустический излучатель своими руками 69
Акустический излучатель своими руками 36
Акустический излучатель своими руками 86
Акустический излучатель своими руками 63