В описываемой конструкции трёхполосной АС автор отдал предпочтение щелевому фазоинвертору, менее склонному к органным резонансам, нежели АС с круглыми трубами. Для громкоговорителей этой АС достаточно небольшой мощности усилителя — 2x10...20 Вт. Акустические системы (громкоговорители) с фазоинвертором (ФИ) в настоящее время стали самыми распространёнными в классе Hi-Fi .

Это объясняется повышенным КПД в области низких звуковых частот и меньшими нелинейными искажениями в области основного резонанса НЧ головки в сравнении с другими видами акустического оформления . АС с ФИ представляет собой закрытый корпус с динамической НЧ головкой и дополнительным отверстием, в котором закреплён отрезок трубы круглой или прямоугольной формы определённых размеров для инвертирования и излучения звуковой волны от тыльной части диффузора динамической головки. АС с ФИ часто называют просто фазо-инвертором, так как в инвертировании фазы звуковой волны участвуют внутренний объём корпуса и трубы. Форма сечения трубы на работу ФИ существенно не влияет.

Резонансная частота ФИ зависит от внутреннего объёма корпуса, площади сечения и длины трубы (массы воздуха, колеблющегося в трубе), в традиционном варианте она должна быть близка к резонансной частоте динамической головки в открытом пространстве. Отверстие ФИ является дополнительным излучателем инвертированных звуковых волн от тыльной части диффузора динамической головки в области резонанса ФИ, и колебания воздуха в трубе почти синфазны с колебаниями прямого излучения диффузора и значительно больше по амплитуде, чем колебания диффузора головки из-за большого акустического сопротивления ФИ на резонансной частоте.

В других типах АС в области основного резонанса динамической головки амплитуда колебаний звуковой катушки и диффузора существенно возрастает, и начинают сказываться асимметрия магнитного поля относительно катушки и нелинейность подвеса подвижной системы, искажающие форму звукового сигнала . В фазоинверторе на этих частотах звуковое давление создаётся в основном выходным отверстием трубы. Выше частоты основного резонанса увеличивается излучение динамической головки, а излучение отверстия ФИ уменьшается, но так как они почти синфазны, то их звуковое давление складывается. На более высоких частотах вследствие роста реактивного сопротивления трубы ФИ эта АС действует как закрытый корпус .

Рис. 1

Частотная характеристика модуля полного сопротивления обычной динамической головки в открытом пространстве имеет один максимум на частоте основного резонанса. Фазоинвертор как АС имеет два максимума, расположенных по обе стороны от частоты основного резонанса головки (кривые 1 и 2 на рис. 1 ), и чем меньше объём корпуса, тем больше расстояние между максимумами и провал между ними . С целью получения более гладкой АЧХ на НЧ в некоторых высококачественных АС устанавливают три трубы, настроенные на частоту основного резонанса и частоты боковых максимумов. Если в АС применена НЧ головка с очень низкой частотой основного резонанса и нижний максимум находится в области инфранизких частот, то будет достаточно две трубы, настроенные на частоту основного резонанса и верхнего максимума. Эти решения дают положительные результаты в части сглаживания АЧХ, но усложняют конструкцию, а дополнительные отверстия на лицевой панели ухудшают внешний вид АС. АС с щелевым ФИ, которые стали широко применяться радиолюбителями, а также в промышленных АС и сабвуферах, менее склонны к органным резонансам, нежели АС с круглыми трубами . Учитывая отсутствие локализации излучения низших звуковых частот, ФИ всех типов можно размещать на любых стенках корпусов АС или сабвуферов. Примером может служить АС с щелевым ФИ на задней стенке, показанной на рис. 2 . Если ФИ размещён не на лицевой панели, то между его выходным отверстием и стенами помещения или мебели должны быть зазоры не менее 100 мм. В любительских и промышленных АС, в сабвуферах нередко используют стенку корпуса для образования щелевого ФИ. Это решение не только более технологично, но и уменьшает его длину на 15 % по сравнению с расчётным значением, что немаловажно для малогабаритных АС .

Учитывая вышеизложенное, автором была разработана конструкция и затем изготовлена в двух экземплярах АС с щелевым ФИ. В авторском варианте применён щелевой канал, выход которого почти не заметен на лицевой панели (рис. 3 ). Кроме того, для сглаживания АЧХ в области основного резонанса НЧ головки канал ФИ имеет переменную длину (). Принцип работы такого ФИ описан ниже.

На рис. 1 показаны частотные характеристики модуля полного сопротивления динамической головки: кривая 1 — в открытом пространстве; 2 — в корпусе фазоинвертора объёмом 54 л с трубой; 3 — в корпусе фазоинвертора меньшего объёма; 4 — в корпусе фазоинвертора объёмом 54 л с щелевым каналом переменной длины.

Конструкция громкоговорителя АС с основными узлами приведена на рис. 5 .

Рис. 5

В АС применена низкочастотная динамическая головка 8ГД-1 с диаметром диффузора 200 мм (частота основного резонанса 30 Гц, полная добротность Q,s = 0,33), использовавшаяся в АС "Виктория-001".

Оптимальный внутренний объём корпуса фазоинвертора для такой головки равен 54 л . Внешние размеры корпуса авторского варианта АС — 260x600x360 мм. Боковые стенки изготовлены из ламинированной ДСП толщиной 20 мм, а лицевая панель — из фанеры толщиной 12 мм, которая вблизи НЧ головки упрочнена накладкой из такой же фанеры, облицованной шпоном. Задняя стенка корпуса изготовлена из фанеры толщиной 12 мм. Боковые стенки скреплены между собой шурупами, вкрученными в боковые торцы верхней и нижней стенок с интервалом 20 мм. Головки шурупов выступают на 10 мм и входят в соответствующие отверстия, просверленные в вертикальных стенках на глубину 12 мм и заполненные эпоксидной смолой .

Соединение боковых стенок нужно выполнять на ровной поверхности, положив их на неё задними торцами и вставив внутрь заднюю стенку, торцы которой по периметру обмотаны несколькими слоями киперной или изоляционной ленты (ПВХ), обеспечивающей правильную форму, технологический зазор и препятствующей приклеиванию её к стенкам. Верх и низ стенок следует плотно скрепить жгутами с применением закруток на время полимеризации смолы. Выступившую наружу смолу сразу убрать тампоном, смоченным ацетоном или растворителем для нитрокрасок.

После полимеризации смолы переднюю и заднюю части стенок корпуса на расстоянии 12 мм от торцов обшить внутри рейками сечением 20x20 мм с помощью коротких гвоздей и клея ПВА или эпоксидной смолы, которые будут нужны для крепления лицевой панели и задней стенки. После выполнения всех необходимых операций лицевую панель вклеивают наглухо, а заднюю закрепляют шурупами.

На лицевой панели должны быть закреплены блок ВЧ головок, СЧ головка с экранирующим коробом, НЧ головка и короб ФИ. Перед вклеиванием лицевой панели для удобства работы НЧ головку необходимо снять. Такая технология сборки применена автором в порядке эксперимента, но вполне возможен и вариант крепления стенок с помощью реек.

Для расширения диаграммы направленности в полосе ВЧ головки 2ГД-36 блока размещены по дуге с радиусом 200 мм (рис. 6 ). Для этого их устанавливают на четырёх крайних и четырёх средних кронштейнах из листовой стали толщиной 2 мм (рис. 7,а, б ), которые закреплены на алюминиевом обрамлении винтами МЗ с потайными головками. Обрамление ВЧ блока состоит из четырёх стенок из мягкого алюминия толщиной 5 мм, которые плотно подогнаны друг к другу и прикреплены шурупами к внутренней деревянной панели прямоугольной формы (рис. 8 ). Между головками вклеены перегородки из электрокартона толщиной 1,5 мм, окрашенные в чёрный цвет. ВЧ блок прикрепляют шурупами к лицевой панели изнури к закреплённым на ней трём рейкам вверху, а также по сторонам отверстия.

Принцип работы щелевого ФИ с переменной длиной заключается в снижении амплитуды колебаний подвижной системы НЧ головки не только на частоте основного резонанса, но и на частотах боковых максимумов. Средняя длина щелевого канала эквивалентна длине трубы, настроенной на частоту основного резонанса динамической головки. Уменьшение модуля полного сопротивления динамической головки в более широкой полосе дополнительно уменьшит амплитуду колебания звуковой катушки и диффузора в этой полосе, снижая нелинейные искажения динамической головки и, тем самым, повышая качество звучания АС.
Для практического определения минимальной и максимальной длин короба необходимо с помощью звукового генератора определить частоту основного резонанса реальной низкочастотной динамической головки в открытом пространстве визуально по максимальной амплитуде колебаний диффузора или более точно — с помощью амперметра по минимуму тока в цепи звуковой катушки. Для определения практических размеров щелевого ФИ можно установить эту головку в корпус АС, а отверстие для СЧ или ВЧ головки (обычно оно бывает диаметром не менее 70 мм) предлагается использовать для установки настраиваемой трубы. Её можно изготовить из двух картонных или пластиковых вставленных одна в другую (подобранных по диаметру) трубок длиной по 70... 100 мм. Трубку большего диаметра нужно закрепить через уплотнительное кольцо в отверстии для СЧ или ВЧ головки с наружной стороны корпуса. Подавая от звукового генератора сигнал с частотой основного резонанса через усилитель на НЧ головку и изменяя длину телескопической трубы, нужно добиться максимума акустических колебаний на её выходе. Это можно определить по максимальному отклонению пламени свечи возле выходного отверстия трубы или более точно — с помощью микрофона, подключённого к усилителю, и вольтметра переменного тока. В результате полученная длина трубы будет равна длине средней части короба. Аналогично определению частоты основного резонанса динамической головки в открытом пространстве необходимо определить частоты верхнего и нижнего максимумов АЧХ при настроенной трубе с помощью амперметра и по кривым рис. 60 из вычислить длину левого и правого краёв короба. По этим данным можно изготовить короб с поперечным внутренним сечением в два раза больше сечения настроечной трубы, так как длина щелевого ФИ — величина переменная. Эти рекомендации даны для применения других типов НЧ головок, если их частота основного резонанса неизвестна или они доработаны по методикам, понижающим эту частоту.

Стенки щелевого ФИ можно изготовить из фанеры толщиной 5...6 мм согласно и реек. В лицевой панели под блоком ВЧ головок вырезают отверстие для ФИ, где и закрепляют его клеем.
В авторском варианте внутреннее сечение короба 20x200 мм, что равно удвоенному сечению трубы диаметром 50 мм. Размеры lmin = 55 мм, 1ср = 70 мм, Imax= 120 мм (см. ) определены по рекомендациям М. М. Эфрусси и кривым для определения длины ФИ (рис. 60,а из ), а также путём экспериментов. Добиться ровной АЧХ в области основного резонанса довольно трудно (влияние резонансов помещения также cледует иметь в виду), но даже частичное снижение боковых максимумов в импедансе АС повышает качество воспроизведения низших звуковых частот в сравнении с обычным ФИ; очевидно, что сглаживание импеданса нагрузки полезно для усилителя мощности.
В среднечастотном звене применена широкополосная головка ЗГДШ-8 (8 Ом), закрытая экраном из деревянных реек и фанеры толщиной 6 мм с внутренними размерами 105x105x35 мм. Полость, закрываемая экраном, заполнена распушённой ватой и крепится к передней панели изнутри четырьмя шурупами по углам. При окончательной сборке все соприкасающиеся поверхности деталей, закреплённых с помощью шурупов, покрывают тонким слоем пластилина. Внутри основного корпуса АС звукопоглощающего материала нет: по моему мнению, энергия, излучаемая тыльной стороной диффузора НЧ головки, должна не поглощаться и превращаться в тепло, а излучаться через ФИ. Он эффективно излучает колебания только в полосе частот, на которую настроен, поэтому влияние отражённых сигналов других частот на качество воспроизведения было поставлено под сомнение. Просто не возникло претензий к качеству звучания этой АС. Это не значит, что звукопоглощение для средних или высоких частот противопоказано.

В описываемой здесь АС применён трёхполосный разделительный фильтр с частотами раздела 500 и 5000 Гц, схема которого показана на рис. 9 . Катушка L1 — бескаркасная многослойная с внутренним диаметром 35 мм, длиной намотки 20 мм; она содержит 120 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,6 мм. Намотку производят на деревянной оправке диаметром 35 мм со съёмными щёчками. Перед намоткой между щёчками необходимо вложить 3—4 прочные нитки, которыми после намотки нужно связать витки катушки, пропитать лаком и высушить. Катушка L2 содержит 200 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,2 мм, её наматывают на той же оправке. Расчёт элементов разделительного фильтра приведён в .

В кроссовере можно использовать бумажные и металлобумажные конденсаторы БГТ, МБГП, МБГО, а также К42-4 на напряжение 160—250 В.

Детали фильтра приклеивают к дну корпуса АС быстросохнущим клеем и соединяют монтажными проводами с динамическими головками и разъёмом на задней стенке для подключения соединительного кабеля между АС и усилителем. Провода, идущие к разъёму, должны позволять, при необходимости, свободно снимать заднюю стенку корпуса.

В такой АС можно применить сдвоенные НЧ головки, но основной задачей была проверка эффективности работы АС с щелевым ФИ переменной длины.

В заключение следует отметить, что несмотря на применение устаревших динамических головок качество звучания этих АС, подключаемых к усилителю с низким выходным сопротивлением и мощностью 10...20 Вт (при номинальной нагрузке 8 Ом), оценивается как весьма высокое.

А. ЖУРЕНКОВ, г. Запорожье, Украина Радио, №8 2013г

ЛИТЕРАТУРА
1. Алдошина И. А., Войшвилло А. Г. Высококачественные акустические системы и излучатели. — М.: Радио и связь, 1985, с. 49,83, 124.
2. Эфрусси М. М. Громкоговорители и их применение. — М.: Энергия, 1976, с. 70—82, 106—109.
3. Жан-Пьеро Матараццо. Теория и практика фазоинвертора. www.akycmuka.narod.ru
4. Музей динамиков. http://devicemusic.ucoz.ru/forum/22
5. Журенков А. Соединение деталей из ДСП. - Радио, 1980, № 1, с. 26.
6. Справочная книга радиолюбителя-конструктора. Под редакцией Н. И. Чистякова . — М. Радио и связь, 1990, с. 195, 196.

Перед началом проектирования и сборки короба необходимо определиться с выбором динамика. Рекомендуем остановить свой выбор на 10-12 дюймовых импортных динамиках, так как они наиболее часто используются в автомобильных сабвуферах и лучше всего подходят. Как подобрать динамик для сабвуфера мы подробно рассказывали в предыдущей статье. Конструкция короба также имеет важное значение: от нее зависит качество и громкость звучания низких частот.

Какими бывают короба для сабвуфера?

Существует несколько типов ящиков для сабвуфера. От конструкции короба напрямую зависит качество звука , которое Вы получите на выходе. Ниже представлены наиболее популярные типы сабвуферов:

Закрытый ящик — наиболее простой в изготовлении и проектировке, его название говорит само за себя. Низкочастотный динамик помещается в герметичный деревянный корпус, который улучшает его акустические характеристики. Изготовить сабвуфер в авто с таким корпусом довольно просто, однако он имеет самый низкий КПД.

Бандпас 4-го порядка — это тип сабвуфера, корпус которого разделен на камеры. Объемы этих камер разные, в одной из них размещен динамик, а во второй — фазоинвертор (воздуховод). Одной из особенностей этого типа сабвуфера является способность конструкции ограничивать частоты, которые воспроизводит диффузор.

Бандпас 6-го порядка отличается от 4-го порядка наличием еще одного фазоинвертора и еще одной камеры. Есть два типа бандпасов 6-го порядка — первый имеет один фазоинвертор, а второй два (один из них общих для обеих камер). Этот тип короба является наиболее сложным в проектировании, но выдает максимальный КПД.

Фазоинвертор — сабвуфер со специальной трубкой в корпусе. Она выводит воздух и обеспечивает дополнительное звучание от задней части динамика. По сложности в изготовлении и качеству звучания этот тип нечто среднее между закрытым ящиком и бандпасом.

Желая получить наиболее качественное звучание, можно остановить свой выбор на бандпасах. Но конструкция этого типа имеет множество деталей, которые надо тщательно спроектировать и просчитать. Все это можно сделать с помощью специальной программы WinlSD, которая не только определит оптимальный размер и объем сабвуфера, но и создаст его 3D модель, а также просчитает размеры всех деталей.

К сожалению, эта программа требует хотя бы минимальный знаний в этой сфере и рядовому автолюбителю навряд ли удастся сделать все верно с первого раза. Тем более, для того, чтобы программа правильно работала, ей необходимы некоторые параметры динамика, которые также известны не всем. Если Вы не планируете принимать участие в соревнованиях по авто-звуку советуем отбросить бандпасы.

Интересуетесь автотюннингом? Подробная инструкция по установке парктроника своими руками специально для вас!

А вы знаете, что такое типтроник? Читайте о плюсах и минусах этой коробки передач.

Фазоинвертор будет наиболее оптимальным решением для самодельного сабвуфера. Этот тип короба хорош тем, что трубка (фазоинвертор) позволяет лучше воспроизводить самые низкие частоты. Фактически это дополнительный источник звука, который содействует звучанию сабвуфера и повышает КПД.

Какие материалы нам потребуются для сборки сабвуфера?

Материал для изготовления короба сабвуфера должен быть прочным, плотным и хорошо изолировать звук. Для этого отлично подойдет многослойная фанера или ДСП . Основные преимущества этих материалов — доступная цена и простота в обработке. Они достаточно прочны и обеспечивают хорошую шумоизоляцию. Мы будем делать сабвуфер из многослойной фанеры толщиной 30 мм.

Чтобы сделать короб для сабвуфера нам понадобится:

• Саморезы по дереву (примерно 50-55 мм, 100 штук)
• Шумоизоляционный материал (шумка)
• Дрель и шуруповерт (или отвертка)
• Електролобзик
• Жидкие гвозди
• Герметик
• Клей ПВА
• Карпет, примерно 3 метра
• Клемник

Чертежи короба для сабвуфера

В данной статье мы будем делать короб под сабвуфер с 12-ти дюймовым динамиком. Рекомендуемый объем ящика для одного 10-12 дюймового динамика — 40-50 литров . Рассчитать короб под сабвуфер не сложно, вот примерная схема с размерами панелей.

Стоит обратить внимание на минимальное расстояние от стенок корпуса до динамика. Оно, как и объем всего ящика, рассчитывается по внутренней поверхности.

Видео-инструкция: как самому сделать чертеж для сабвуфера

Собираем короб для сабвуфера своими руками

Можно приступать к сборке. Мы используем 12-ти дюймовый динамик Lanzar VW-124.


Его диаметр 30 см, и первое что нужно сделать это вырезать отверстие под динамик. Минимальное расстояние от центра диффузора до стенки сабвуфера — 20 см. Мы отмеряли по 23 см (20 см + 3 см ширина фанеры) от края панели и прорезали отверстие електролобзиком. Далее вырезаем отверстие под фазоинверторную щель, в нашем примере она имеет размер 35*5 см.


Вместо щели можно использовать классический воздуховод — трубку. Теперь собираем фазоинверторную щель и крепим ее к передней панели сабвуфера. Проходим по стыкам жидкими гвоздями и закручиваем саморезами.

Важно очень плотно закручивать саморезы, чтобы не оставить пустотелостей. Они будут создавать резонансные колебания, которые испортят звучание сабвуфера.

Далее собираем боковые стенки короба, предварительно смазав их жидкими гвоздями, и плотно закручиваем саморезами.


На задней крышке короба нужно вырезать небольшое отверстие под клемник. Соединяем все части корпуса. Убеждаемся в том, что мы правильно вырезали и скрепили все части.


Вставляем динамик. Смотрим, любуемся.


Переходим к внутренней отделке короба. Первое, что необходимо сделать это проклеить все стыки и щели эпоксидным клеем или герметиком. Далее с помощью клея ПВА приклеиваем на всю внутреннюю поверхность короба шумоизоляционный материал.




Теперь обтягиваем всю внешнюю плоскость короба карпетом, включая щель фазоинвертора. Крепить его можно на эпоксидный клей или с помощью мебельного степлера.


Далее вставляем и плотно прикручиваем динамик. Сабвуфер почти готов, осталось только протянуть провода от динамика к клемнику и подключить усилитель.


Усилитель мы докупали, но его также можно сделать своими руками. Это довольно сложно, так как требует знаний и практики в области радиотехники. Также можно использовать готовые наборы и схемы для радиолюбителей, вроде Мастер-КИТ, и самостоятельно проводить сборку усилителя. Единственное требование к усилителю — его максимальная мощность должны быть меньше, чем максимальная мощность динамика .

Смотрите также видео-отчет о изготовлении самодельного сабвуфера на 2 динамика

Делаем сабвуфер стелс своими руками

Надоело возить в багажнике огромный ящик? Тогда стелс сабвуфер просто создан для вас. Этот уникальный тип корпуса более практичный, чем классический ящик. Он не стоит квадратной коробкой посреди багажника и занимает меньше места. Зачастую стелс устанавливают во внутренней части крыла, иногда в нише вместо запасного колеса. Минимальный объем ящика, который требует 10-12 дюймовый динамик для нормальной работы — 18 литров.

Для изготовления пассивного стелс сабвуфера нам потребуются:

• низкочастотный динамик;
• защитная решетка и розетка для подключения к усилителю;
• провод для подключения динамика к розетке;
• многослойная фанера или ДСП (толщина 20 мм);
• небольшой кусок ДВП;
• эпоксидный клей;
• кисточка;
• стеклоткань;
• монтажный скотч;
• полиэтиленовая пленка;
• саморезы по дереву;
• дрель, лобзик.

Узнайте, какие документы нужны для замены прав при смене фамилии , и нужно ли еще раз сдавать на права.

Недавно купили новый автомобиль? Прочтите советы по обкатке нового авто от опытных автомобилистов.

Здесь /avtotovary/pokupka-avto/byudzhetnye-krossovery.html можно узнать, как правильно пользоваться и ухаживать за автоматической коробкой передач.

После выбора места, где будет установлен стелс, освобождаем багажник и приступаем к изготовлению корпуса. Можно снять обшивку багажника в том месте, где будет установлен сабвуфер, чтобы поместить его еще ближе к крылу. Первым делом стелем на пол багажника полиэтиленовую пленку. Она выполняет сразу две функции: защищает обшивку багажника от эпоксидного клея и позволяет нам сделать крепление, к которому мы прикрутим днище сабвуфера. Далее обклеиваем внутреннюю сторону крыла монтажным скотчем в два слоя.


Нарезаем стеклоткань небольшими кусками, примерно 20х20 см. На малярный скотч накладываем куски стеклоткани и проклеиваем эпоксидным клеем. Накладывать стеклоткань лучше внахлёст, чтобы не было очевидных стыков и швов.


Лепим слои стеклоткани друг на друга, попутно смазывая их эпоксидным клеем, пока толщина листа не достигнет 10 мм (примерно 4-5 слоев).


Материал будет застывать примерно 12 часов. Для ускорения процесса можно использовать лампу. Теперь вырезаем дно сабвуфера и приклеиваем к нашему корпусу. Стык обрабатываем герметиком или проклеиваем эпоксидной смолой.


В этом конкретном случае форму нужно подогнать под петли багажника, чтобы наш самодельный сабвуфер не мешал ему закрываться. После того, как мы отрезали все лишнее, вырезаем из ДСП боковые стенки и верхнюю крышку. Округлую часть изготавливаем из фанеры, мы это делали “на глаз”.

Чтобы фанере было проще придать округлую форму, ее необходимо сначала намочить, придать ей нужную форму, закрепить и дать высохнуть.

Листы ДСП необходимо проклеить эпоксидным клеем или герметиком, а затем скрепить саморезами. Короб из стекловолокна также приклеиваем с помощью эпоксидной смолы, а когда она высохнет — скрепляем саморезами.


Для лучшей герметизации можно проклеить швы еще раз . Мы наложили еще один слой эпоксидного клея и прижали конструкцию песком, чтобы клей лучше взялся.


Далее мы можем замерить переднюю панель и вырезать ее. С помощью лобзика вырезаем круг для динамика. Для того, чтобы надежно прикрепить переднюю панель к корпусу, нужно закрутить ее саморезами со всех сторон. То есть на всей внутренней части панели нужно установить бруски, на расстоянии чуть большем, чем толщина фанеры (в нашем случае мы прикрепили бруски на расстоянии примерно 25 мм от края панели). Благодаря этому мы сможем закрепить переднюю часть сверху, снизу, по бокам, и самое главное — надежно прикрепить ее к округлому элементу.


Вырезаем отверстие в торце для розетки.


В конце было решено добавить еще два слоя стеклоткани и эпоксидного клея на изогнутую часть корпуса для стелс сабвуфера.


Проводим окончательную сборку: устанавливаем розетку и подключаем к ней динамик, но пока не прикручиваем его. Далее есть два варианта — покрасить сабвуфер, либо обтянуть карпетом. Покрасить немного сложнее, так как надо сначала выровнять поверхность. Для этого мы использовали универсальную шпаклевку.


Выравниваем все наждачной бумагой, грунтуем и красим. Сабвуфер готов!

«Колонкостроительством» я начал заниматься в начале 80-х. И если вначале это был просто «динамик в ящике», то потом, естественно началось изучение влияния параметров ящика (и фазоинвертора) на звучание динамика.

Есть много «сабвуферостроителей», но для подавляющего большинства это просто «динамик в ящике», и чем больше, тем лучше. Да, в какой-то степени, для закрытого ящика это правильно. Но для фазоинвертора…

Фазоинвертор требует тщательной настройки. А что мы видим на практике? В качестве фазоинвертора люди ставят канализационные трубы произвольной длины, делают «щелевые фазоинверторы» по образу: «по таким размерам Вася делал», ставя при этом другой динамик. Тот, кто представляет это – ограничивается изготовлением закрытого ящика (и правильно делает!).

Конечно, есть замечательные программы моделирования, например, JBL SpeakerShop. Но все они требуют введения кучи исходных параметров. И даже зная их, расхождение с практикой получается, как правило – огромное (динамик оказался немного другой, ящик чуть отличается по размеру, наполнитель не знаем какой и сколько, труба фазоинвертора чуть другая, не знаем акустического сопротивления и т.п.)

Существует простая методика для настройки фазоинвертора, при которой не требуется знать точные исходные данные динамиков, ящиков, а также не требуются сложные измерительные приборы или математические расчёты. Всё уже было давно продумано и проверено на практике!

Хочу рассказать о простой методике настройки фазоинвертора, которая даёт погрешность не более 5%. Методике, существующей более 30-ти лет. Я ей пользовался еще, будучи школьником.

Чем ящик с фазоинвертором отличается от закрытого ящика?

Любой динамик, как механическая система, имеет собственную резонансную частоту. Выше этой частоты динамик звучит «довольно гладко», а ниже – уровень, создаваемого им звукового давления, падает. Падает со скоростью 12 дБ на октаву (т.е. в 4 раза на двукратное снижение частоты). За «нижнюю границу воспроизводимых частот» принято считать частоту, на которой уровень падает на 6 дБ (т.е. в 2 раза).

АЧХ динамика в открытом пространстве

Установив динамик в ящик, его резонансная частота несколько повысится, за счёт того, что к упругости подвеса диффузора добавится упругость сжимаемого в ящике воздуха. Подъём резонансной частоты неизбежно «потянет за собой» вверх и нижнюю границу воспроизводимых частот. Чем меньше объём воздуха в ящике, тем выше его упругость, и, следовательно, выше резонансная частота. Отсюда и желание «сделать ящик побо-о-о-ольше».

Жёлтая линия – АЧХ динамика в закрытом ящике

Сделать ящик «побольше» в некоторой степени можно не увеличивая его физические размеры. Для этого ящик заполняют поглощающим материалом. Не будем вдаваться в физику этого процесса, но по мере увеличения количества наполнителя, резонансная частота динамика в ящике понижается (увеличивается «эквивалентный объём» ящика). Если наполнителя слишком много, то резонансная частота начинает повышаться снова.

Опустим влияние размеров ящика на другие параметры, такие как добротность. Оставим это опытным «колонкостроителям». В большинстве практических случаев, из-за ограниченного пространства, объём ящика получается довольно близкий к оптимальному (мы же не строим колонки размером со шкаф). И смысл статьи, не загружать вас сложными формулами и расчётами.

Отвлеклись. С закрытым ящиком всё понятно, а что даёт нам фазоинвертор? Фазоинвертор – это «труба» (не обязательно круглая, может быть и прямоугольного сечения и узкая щель) определённой длины, которая совместно с объёмом воздуха в ящике имеет собственный резонанс. На этом «втором резонансе» поднимается звуковая отдача колонки. Частоту резонанса выбирают несколько ниже частоты резонанса динамика в ящике, т.е. в области, где у динамика начинается спад звукового давления. Следовательно, там, где у динамика наблюдается спад, появляется подъём, который в какой-то степени этот спад компенсирует, расширяя нижнюю граничную частоту воспроизводимых частот.

Красная линия – АЧХ динамика в закрытом ящике с фазоинвертором

Стоит отметить, что ниже частоты резонанса фазоинвертора спад звукового давления будет круче, чем у закрытого ящика и составит 24 дБ на октаву.

Таким образом, фазоинвертор позволяет расширить диапазон воспроизводимых частот в сторону нижних частот. Так как же выбрать частоту резонанса фазоинвертора?

Если частота резонанса фазоинвертора будет выше оптимальной, т.е. она будет находиться близко к резонансной частоте динамика в ящике, то мы получим «перекомпенсацию» в виде выпирающего горба на частотной характеристике. Звучание будет бочкообразным. Если частоту выбрать слишком низкую, то подъём уровня не будет ощущаться, т.к. на низких частотах отдача динамика падает слишком сильно (недокомпенсировали).

Голубые линии – не оптимальная настройка фазоинвертора

Это очень тонкий момент – или фазоинвертор даст эффект, или не даст никакого, или, наоборот, испортит звук! Частоту фазоинвертора нужно выбирать очень точно! Но где взять эту точность в гаражно-домашних условиях?

На самом деле, коэффициент пропорциональности между частотой резонанса динамика в ящике и частотой резонанса фазоинвертора, в подавляющем большинстве реальных конструкций составляет 0,61 – 0,65, и если принять его равным 0,63, то ошибка составит не более 5%.

1. Виноградова Э.Л. «Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками», Москва, изд. Энергия, 1978

2. «Ещё о расчёте и изготовлении громкоговорителя», ж. Радио, 1984, №10

3. «Настройка фазоинверторов», ж. Радио, 1986, №8

Теперь перенесём теорию на практику – так нам ближе.

Как измерить резонансную частоту динамика в ящике? Как известно, на резонансной частоте, «модуль полного электрического сопротивления» (Impedance) звуковой катушки возрастает. Грубо говоря – сопротивление растёт. Если для постоянного тока оно составляет, например, 4 Ома, то на резонансной частоте оно вырастет Ом до 20 - 60. Как это измерить?

Для этого, последовательно с динамиком нужно включить резистор номиналом на порядок выше собственного сопротивления динамика. Нам подойдёт резистор номиналом 100 – 1000 Ом. Измеряя напряжение на этом резисторе, мы можем оценивать «модуль полного электрического сопротивления» звуковой катушки динамика. На частотах, где сопротивление динамика высокое – напряжение на резисторе будет минимальным, и наоборот. Так, а чем измерить?

Измерение импеданса динамика

Абсолютные значения нам не важны, нам нужно лишь найти максимум сопротивления (минимум напряжения на резисторе), частоты довольно низкие, поэтому пользоваться можно обычным тестером (мультиметром) в режиме измерения переменного напряжения. А откуда взять источник звуковых частот?

Конечно, в качестве источника лучше использовать генератор звуковых частот… Но оставим это профессионалам. Нам же «никто не запрещает» создать компакт-диск с записанным рядом звуковых частот, созданный в какой-либо компьютерной программе, например, CoolEdit или Adobe Audition. Даже я, имея измерительные приборы дома, создал CD на 99 треков, по несколько секунд каждый, с рядом частот от 21 до 119 Гц, с шагом 1 Гц. Очень удобно! Вставил в магнитолу, прыгаешь по трекам – меняешь частоту. Частота равна номеру трека + 20. Очень просто!

Процесс измерения резонансной частоты динамика в ящике выглядит следующим образом: «затыкаем» отверстие фазоинвертора (кусок фанеры и пластилин) включаем CD на воспроизведение, устанавливаем приемлемую громкость, и, не меняя её, «прыгаем» по трекам и находим трек, на котором напряжение на резисторе минимально. Всё – частота нам известна.

Кстати, параллельно, измеряя резонансную частоту динамика в ящике, мы можем подобрать оптимальное количество наполнителя для ящика! Постепенно добавляя количество наполнителя, смотрим изменение резонансной частоты. Находим то оптимальное количество, при котором резонансная частота минимальна.

Зная значение «резонансной частоты динамика в ящике с заполнителем» легко найти оптимальную резонансную частоту фазоинвертора. Просто умножьте её на 0,63. Например, получили резонансную частоту динамика в ящике 62 Гц – следовательно, оптимальная частота резонанса фазоинвертора будет около 39 Гц.

Теперь «открываем» отверстие фазоинвертора, и, изменяя длину трубы (тоннеля) или её сечение, настраиваем фазоинвертор на требуемую частоту. Как это сделать?

Да с помощью того же резистора, тестера и CD! Только нужно помнить, что на частоте резонанса фазоинвертора, наоборот, «модуль полного электрического сопротивления» катушки динамика падает до минимума. Поэтому, искать нам нужно не минимум напряжения на резисторе, а, наоборот максимум – первый максимум, находящийся ниже частоты резонанса динамика в ящике.

Естественно, частота настройки фазоинвертора будет отличаться от требуемой. И поверьте – очень сильно… Обычно, в сторону низких частот (недокомпенсация). Для увеличения частоты настройки фазоинвертора необходимо укорачивать тоннель, либо уменьшать площадь его поперечного сечения. Делать это нужно постепенно, по полсантиметра…

Примерно так будет выглядеть в области нижних частот модуль полного электрического сопротивления динамика в ящике с оптимально настроенным фазоинвертором:

Вот, и вся методика. Очень простая, и в то же время, дающая довольно точный результат.

Сабвуфер - это элемент акустической системы, который воспроизводит звучание аудиотреков на самых низких частотах. Иметь хороший сабвуфер - мечта меломана, ведь качественное звучание музыки в салоне машины любят все. Однако подобное устройство стоит недёшево. Впрочем, большинству автовладельцев под силу рассчитать короб для сабвуфера и сделать его своими руками, чтобы избежать ненужных трат на заводскую модель.

Как подобрать динамики для своего сабвуфера

Сабвуферы применяются в автомобилях для улучшения звучания музыки на низких частотах. Для обычного прослушивания мелодий или радиопередачи штатной аудиосистемы в машине бывает вполне достаточно, но ценители громкого и чистого звука на пониженных частотах предпочитают размещать в салоне сабвуфер.

Во время подбора динамиков для будущего изделия, автовладелец узнаёт, что по форме и размеру они могут быть круглыми или овальными. Обычно (исходя из габаритов салона автомобиля) выбираются круглые динамики с диаметром 10, 13 или 16 см, а также овальные длиной 15х23 см. Соответственно, чем больше диаметр динамика, тем качественнее будет воспроизводиться звук на низких частотах.

Как узнать, какие автомобильные динамики вам подойдут

Перед самостоятельным изготовлением сабвуфера в автомобиль требуется уточнить несколько основных тезисов:

• на качество звучания музыки в машине форма динамиков никак не влияет;
• на глубину и сочность звука влияет только размер динамика;
• необходимо хорошо продумать, какой именно формы и размера нужны динамики, чтобы сабвуфер уместно смотрелся в салоне.

Дизайн не имеет первостепенного значения, поэтому при выборе динамика приоритетными являются его технические характеристики

Проектирование самодельного сабвуфера

Автомобильные сабвуферы устанавливаются в багажном отсеке или на задней полке, поэтому такая система получила название тыловой.

Самый серьёзный момент в изготовлении - это определение его размера и устройства. В зависимости от поставленных задач конструкция может иметь самые разные вариации.

Виды сабвуферов

Существует всего два основных вида сабвуферов. Если говорить об отношении к усилителю мощности звука, то условно они делятся на:

• активные. Они имеют уже встроенные усилитель и кроссовер, которые обеспечивают высокое качество звука и убирают из звучания высокие частоты. Активный сабвуфер получает сигналы от любого источника, с которым имеет связь;
• пассивные. Устройство не оснащается дополнительными усилительными элементами, поэтому подключается к основной аудиосистеме салона. Единственный недостаток пассивного сабвуфера заключается в том, что он серьёзно загружает все каналы системы, поэтому понижается и качество звучания.

Активные сабвуферы не загружают штатную аудиосистему салона, поэтому они отличаются более качественным звучанием

Где установить: в багажнике или под сиденьем

Если активный сабвуфер можно поставить практически куда угодно, то от местоположения пассивного устройства напрямую будет зависеть чистота и мощность его звучания на низких частотах. В зависимости от предпочтений автовладельца и наличия свободных пространств в разных типах машины, предлагается несколько мест для установки:

• по центру впереди - оптимальная позиция для связи с фронтальными динамиками, что обеспечит практически идеальное звучание треков в салоне. Однако в большинстве автомобилей впереди нет места для размещения каких-либо крупногабаритных устройств, поэтому расположение по центру впереди больше подойдёт для микроавтобусов;
• в багажнике, с направленностью динамика вперёд - один из самых популярных среди водителей способов размещения сабвуфера. Подходит для всех видов транспортных средств;
• в багажнике, с направленностью динамика назад - больше подходит для авто в кузове хэтчбек, так как звуковая волна не встречает препятствия на своём пути. Расположение в багажнике назад неприемлемо для автомобилей в кузове седан или купе, так как звук будет сильно деформироваться из-за специфики конструкции багажного отсека;
• на полу под сиденьем - ещё один вариант, который, однако, не пользуется широкой популярностью у водителей. Из-за того, что сабвуфер расположен вровень с полом, к тому же корпус находится под сиденьем, звук встречает множество преград на своём пути;
• на задней полке - один из лучших вариантов размещения сабвуфера во всех типах автомобилей. Главное условие - полка должна быть достаточно широкой и прочной, чтобы выдерживать низкочастотные басы.

Фотогалерея: основные места для размещения устройства в автомобиле

Алгоритм программы учтёт все пожелания и сделает расчёт объёма и иных параметров корпуса быстро и правильно

Из чего изготовить короб

Короб для сабвуфера - это не просто коробка, в которой находится динамик. Короб должен соответствовать многим динамическим законам акустики, чтобы звучание было по-настоящему насыщенным и чётким. Для изготовления разных типов коробов потребуются различные материалы, да и способы изготовления во многом будут не похожи один на другой.

Как построить короб для сабвуфера фазоинверторного типа

Стандартный вариант самодельного сабвуфера - это фазоинвертор. Это наиболее простой вид сабвуфера, к тому же его короб хорош тем, что специальная фазоинверторная трубка позволяет воспроизводить низкие частоты, практически не воспринимаемые человеческим ухом. Да и конструкция короба довольно простая, что делает его изготовление доступным практически для каждого.

Необходимые инструменты:

• шумоизоляция;
• саморезы по дереву длиной 50 мм;
• дрель;
• отвёртка;
• электрический лобзик;
• жидкие гвозди;
• герметик;
• клей ПВА;
• карпет.

Корпус для размещения фазоинверторного сабвуфера должен быть максимально прочным и не пропускать звуковые волны. Для этих целей отлично подойдёт многослойная фанера или ДСП высокого качества. Оптимальный вариант - взять фанерный лист толщиной 30 мм.

Для изготовления корпуса нужно следовать такому плану:

1. Подготовить части корпуса: переднюю, заднюю, две боковых, нижнюю и верхнюю сообразно своим расчётам или параметрам, выведенным программами.
2. Под размер динамика (например, диаметр 160 мм) вырезать отверстие в передней части корпусной заготовки.
3. Над отверстием под динамик потребуется также вырезать щель для трубки фазоинвертора и прикрутить к ней отсек для фазоинвертора.
4. После того как на передней панели будет проделано два отверстия, необходимо склеить между собой все боковые части короба, а затем прикрутить их друг к другу саморезами.
5. При этом особенно важно до упора закрутить каждый саморез, так как пустые пространства между панелями серьёзно исказят звучание динамика.
6. Далее на задней части корпуса потребуется вырезать небольшое отверстие для проводов.
7. Перед тем как соединить все части корпуса, вставляем динамик.
8. Дальше необходимо провести внутреннюю отделку корпуса: для этого смолой или герметиком нужно промазать все стыки и щели для повышения герметизации, после чего на все боковые панели приклеивается шумоизоляционная ткань.
9. После завершения внутренней отделки нужно перейти на внешнюю: корпус обтягивается карапетовой тканью, причём ткань должна закрывать и щель для фазоинвертора. Карапет можно натянуть посредством обычной эпоксидки или же степлера для мебели.

Как только динамик будет закреплён, от него протягиваются провода через отверстие и подключаются к акустической системе автомобиля.

Фотогалерея: как собрать компактный короб с фазоинвертором

Сабвуфер можно подключить самостоятельно, опираясь на параметры данной схемы

Перед началом работы необходимо убедиться, что аккумулятор транспортного средства отключён. Это та мера безопасности, которая позволит не только избежать повреждений в акустической системе, но и может сберечь здоровье и работоспособность частей тела человека.

Видео: подключение и настройка сабвуфера

Самостоятельное проектирование, изготовление и подключение сабвуферов в автомобиле доступно практически каждому водителю. Залогом успеха дела станет как грамотный расчёт габаритов и объёма изделия, так и аккуратная сборка корпуса. При этом автолюбитель может самостоятельно подобрать нужный размер динамиков, чтобы создать в салоне то звучание низких частот, которое его больше всего устраивает.

От редакции: Статья итальянского специалиста-акустика, воспроизводимая здесь с благословения автора, в оригинале называлась Teoria e pratica del condotto di accordo. То есть, в буквальном переводе – «Теория и практика фазоинвертора». Заголовок этот, на наш взгляд, соответствовал содержанию статьи только формально. Действительно, речь идет о соотношении простейшей теоретической модели фазоинвертора и тех сюрпризов, которые готовит практика. Но это – если формально и поверхностно. А по существу, статья содержит ответ на вопросы, которые возникают, судя по редакционной почте, сплошь и рядом при расчете и изготовлении сабвуфера-фазоинвертора. Вопрос первый: «Если рассчитать фазоинвертор по формуле, известной уже давным-давно, получится ли у готового фазоинвертора расчетная частота?» Наш итальянский коллега, съевший на своем веку собак эдак с десяток на фазоинверторах, отвечает: «Нет, не получится». А потом объясняет, почему и, что самое ценное, на сколько именно не получится. Вопрос второй: «Рассчитал тоннель, а он такой длинный, что никуда не помещается. Как быть?» И здесь синьор предлагает настолько оригинальные решения, что именно эту сторону его трудов мы и вынесли в заголовок. Так что ключевое слово в новом заголовке надо понимать не по-новорусски (иначе мы бы написали: «короче – фазоинвертор»), а совершенно буквально. Геометрически. А теперь слово для выступления имеет синьор Матараццо.

Фазоинвертор: короче!

Жан-Пьеро МАТАРАЦЦО Перевод с итальянского Е. Журковой

Об авторе: Жан-Пьеро Матараццо родился в 1953 г. в городе Авеллино, Италия. С начала 70-х работает в области профессиональной акустики. Долгие годы был ответственным за тестирование акустических систем для журнала «Suono» («Звук»). В 90-х годах разработал ряд новых математических моделей процесса излучения звука диффузорами громкоговорителей и несколько проектов акустических систем для промышленности, включая популярную в Италии модель «Опера». С конца 90-х активно сотрудничает с журналами «Audio Review», «Digital Video» и, что для нас наиболее важно, «ACS» («Audio Car Stereo»). Во всех трех он – главный по измерению параметров и тестированию акустики. Что еще?.. Женат. Два сынишки растут, 7 годиков и 10.

Рис 1. Схема резонатора Гельмгольца. То, от чего все происходит.

Рис 2. Классическая конструкция фазоинвертора. При этом часто не учитывают влияние стенки.

Рис 3. Фазоинвертор с тоннелем, концы которого находятся в свободном пространстве. Здесь влияния стенок нет.

Рис 4. Можно вывести тоннель полностью наружу. Здесь опять произойдет «виртуальное удлинение».

Рис 5. Можно получить «виртуальное удлинение» на обоих концах тоннеля, если сделать еще один фланец.

Рис 6. Щелевой тоннель, расположенный далеко от стенок ящика.

Рис 7. Щелевой тоннель, расположенный вблизи стенки. В результате влияния стенки его «акустическая» длина получается больше геометрической.

Рис 8. Тоннель в форме усеченного конуса.

Рис 9. Основные размеры конического тоннеля.

Рис 10. Размеры щелевого варианта конического тоннеля.

Рис 11. Экспоненциальный тоннель.

Рис 12. Тоннель в форме песочных часов.

Рис 13. Основные размеры тоннеля в форме песочных часов.

Рис 14. Щелевой вариант песочных часов.

Магические формулы

Одно из наиболее часто встречающихся пожеланий в электронной почте автора – привести «магическую формулу», по которой читатель ACS мог бы сам рассчитать фазоинвертор. Это, в принципе, нетрудно. Фазоинвертор представляет собой один из случаев реализации устройства под названием «резонатор Гельмгольца». Формула его расчета не намного сложнее самой распространенной и доступной модели такого резонатора. Пустая бутылочка из-под кока-колы (только обязательно бутылка, а не алюминиевая банка) – именно такой резонатор, настроенный на частоту 185 Гц, это проверено. Впрочем, резонатор Гельмгольца намного древнее даже этой, постепенно выходящей из употребления упаковки популярного напитка. Однако и классическая схема резонатора Гельмгольца схожа с бутылкой (рис. 1). Для того чтобы такой резонатор работал, важно, чтобы у него был объем V и тоннель с площадью поперечного сечения S и длиной L. Зная это, частоту настройки резонатора Гельмгольца (или фазоинвертора, что одно и то же) теперь можно рассчитать по формуле:

где Fb – частота настройки в Гц, с – скорость звука, равная 344 м/с, S – площадь тоннеля в кв. м, L – длина тоннеля в м, V – объем ящика в куб. м. = 3,14, это само собой.

Эта формула действительно магическая, в том смысле, что настройка фазоинвертора не зависит от параметров динамика, который будет в него установлен. Объем ящика и размеры тоннеля частоту настройки определяют раз и навсегда. Все, казалось бы, дело сделано. Приступаем. Пусть у нас есть ящик объемом 50 литров. Мы хотим превратить его в корпус фазоинвертора с настройкой на 50 Гц. Диаметр тоннеля решили сделать 8 см. По только что приведенной формуле частота настройки 50 Гц получится, если длина тоннеля будет равна 12,05 см. Аккуратно изготавливаем все детали, собираем их в конструкцию, как на рис. 2, и для проверки измеряем реально получившуюся резонансную частоту фазоинвертора. И видим, к своему удивлению, что она равна не 50 Гц, как полагалось бы по формуле, а 41 Гц. В чем дело и где мы ошиблись? Да нигде. Наш свежепостроенный фазоинвертор оказался бы настроен на частоту, близкую к полученной по формуле Гельмгольца, если бы он был сделан, как показано на рис. 3. Этот случай ближе всего к идеальной модели, которую описывает формула: здесь оба конца тоннеля «висят в воздухе», относительно далеко от каких-либо преград. В нашей конструкции один из концов тоннеля сопрягается со стенкой ящика. Для воздуха, колеблющегося в тоннеле, это небезразлично, из-за влияния «фланца» на конце тоннеля происходит как бы его виртуальное удлинение. Фазоинвертор окажется настроенным так, как если бы длина тоннеля была равна 18 см, а не 12, как на самом деле.

Заметим, что то же самое произойдет, если тоннель полностью разместить снаружи ящика, снова совместив один его конец со стенкой (рис. 4). Существует эмпирическая зависимость «виртуального удлинения» тоннеля в зависимости от его размеров. Для круглого тоннеля, один срез которого расположен достаточно далеко от стенок ящика (или других препятствий), а другой находится в плоскости стенки, это удлинение приблизительно равно 0,85D.

Теперь, если подставить в формулу Гельмгольца все константы, ввести поправку на «виртуальное удлинение», а все размеры выразить в привычных единицах, окончательная формула для длины тоннеля диаметром D, обеспечивающего настройку ящика объемом V на частоту Fb, будет выглядеть так:

Здесь частота – в герцах, объем – в литрах, а длина и диаметр тоннеля – в миллиметрах, как нам привычнее.

Полученный результат ценен не только тем, что позволяет на этапе расчета получить значение длины, близкое к окончательной, дающей требуемое значение частоты настройки, но и тем, что открывает определенные резервы укорочения тоннеля. Почти один диаметр мы уже выиграли. Можно укоротить тоннель еще больше, сохранив ту же частоту настройки, если сделать фланцы на обоих концах, как показано на рис. 5.

Теперь, кажется, все учтено, и, вооруженные этой формулой, мы представляемся себе всесильными. Именно здесь нас и ждут трудности.

Первые трудности

Первая (и главная) трудность заключается в следующем: если относительно небольшой по объему ящик требуется настроить на довольно низкую частоту, то, подставив в формулу для длины тоннеля большой диаметр, мы и длину получим большую. Попробуем подставить диаметр поменьше – и все получается отлично. Большой диаметр требует большой длины, а маленький – как раз небольшой. Что же тут плохого? А вот что. Двигаясь, диффузор динамика своей тыльной стороной «проталкивает» практически несжимаемый воздух через тоннель фазоинвертора. Поскольку объем колеблющегося воздуха постоянен, то скорость воздуха в тоннеле будет во столько раз больше колебательной скорости диффузора, во сколько раз площадь сечения тоннеля меньше площади диффузора. Если сделать тоннель в десятки раз меньшего размера, чем диффузор, скорость потока в нем окажется большой, и, когда она достигнет 25 – 27 метров в секунду, неизбежно появление завихрений и струйного шума. Великий исследователь акустических систем Р. Смолл показал, что минимальное сечение тоннеля зависит от диаметра динамика, наибольшего хода его диффузора и частоты настройки фазоинвертора. Смолл предложил совершенно эмпирическую, но безотказно работающую формулу для вычисления минимального размера тоннеля:

Формулу свою Смолл вывел в привычных для него единицах, так что диаметр динамика Ds, максимальный ход диффузора Xmax и минимальный диаметр тоннеля Dmin выражаются в дюймах. Частота настройки фазоинвертора – как обычно, в герцах.

Теперь все выглядит не так радужно, как прежде. Очень часто оказывается, что, если правильно выбрать диаметр тоннеля, он выходит невероятно длинным. А если уменьшить диаметр, появляется шанс, что уже на средней мощности тоннель «засвистит». Помимо собственно струйных шумов, тоннели небольшого диаметра обладают еще и склонностью к так называемым «органным резонансам», частота которых намного выше частоты настройки фазоинвертора и которые возбуждаются в тоннеле турбулентностями при больших скоростях потока.

Столкнувшись с такой дилеммой, читатели ACS обычно звонят в редакцию и просят подсказать им решение. У меня их три: простое, среднее и экстремальное.

Простое решение для небольших проблем

Когда расчетная длина тоннеля получается такой, что он почти помещается в корпусе и требуется лишь незначительно сократить его длину при той же настройке и площади сечения, я рекомендую вместо круглого использовать щелевой тоннель, причем размещать его не посреди передней стенки корпуса (как на рис. 6), а вплотную в одной из боковых стенок (как на рис. 7). Тогда на конце тоннеля, находящемся внутри ящика, будет сказываться эффект «виртуального удлинения» из-за находящейся рядом с ним стенки. Опыты показывают, что при неизменной площади сечения и частоте настройки тоннель, показанный на рис. 7, получается примерно на 15% короче, чем при конструкции, как на рис. 6. Щелевой фазоинвертор, в принципе, менее склонен к органным резонансам, чем круглый, но, чтобы обезопасить себя еще больше, я рекомендую устанавливать внутри тоннеля звукопоглощающие элементы, в виде узких полосок фетра, наклеенных на внутреннюю поверхность тоннеля в районе трети его длины. Это – простое решение. Если его недостаточно, придется перейти к среднему.

Среднее решение для проблем побольше

Решение промежуточной сложности заключается в использовании тоннеля в форме усеченного конуса, как на рис. 8. Мои эксперименты с такими тоннелями показали, что здесь можно уменьшить площадь сечения входного отверстия по сравнению с минимально допустимой по формуле Смолла без опасности возникновения струйных шумов. Кроме того, конический тоннель намного менее склонен к органным резонансам, нежели цилиндрический.

В 1995 году я написал программу для расчета конических тоннелей. Она заменяет конический тоннель последовательностью цилиндрических и путем последовательных приближений вычисляет длину, необходимую для замены обычного тоннеля постоянного сечения. Программа эта сделана для всех желающих, и ее можно взять на сайте журнала ACS http://www.audiocarstereo.it/ в разделе ACS Software. Маленькая программка, работает под DOS, можно скачать и посчитать самому. А можно поступить по-другому. При подготовке русской редакции этой статьи результаты вычислений по программе CONICO были сведены в таблицу, из которой можно взять готовый вариант. Таблица составлена для тоннеля диаметром 80 мм. Это значение диаметра подходит для большинства сабвуферов с диаметром диффузора 250 мм. Рассчитав по формуле требуемую длину тоннеля, найдите это значение в первом столбце. Например, по вашим расчетам оказалось, что нужен тоннель длиной 400 мм, например, для настройки ящика объемом 30 литров на частоту 33 Гц. Проект нетривиальный, и разместить такой тоннель внутри такого ящика будет непросто. Теперь смотрим в следующие три столбца. Там приведены рассчитанные программой размеры эквивалентного конического тоннеля, длина которого будет уже не 400, а всего 250 мм. Совсем другое дело. Что означают размеры в таблице, показано на рис. 9.

Таблица 2 составлена для исходного тоннеля диаметром 100 мм. Это подойдет для большинства сабвуферов с головкой диаметром 300 мм.

Если решите пользоваться программой самостоятельно, помните: тоннель в форме усеченного конуса делается с углом наклона образующей a от 2 до 4 градусов. Этот угол больше 6 – 8 градусов делать не рекомендуется, в этом случае возможно возникновение завихрений и струйных шумов на входном (узком) конце тоннеля. Однако и при небольшой конусности уменьшение длины тоннеля получается довольно значительным.

Тоннель в форме усеченного конуса не обязательно должен иметь круглое сечение. Как и обычный, цилиндрический, его иногда удобнее делать в виде щелевого. Даже, как правило, удобнее, ведь тогда он собирается из плоских деталей. Размеры щелевого варианта конического тоннеля приведены в следующих столбцах таблицы, а что эти размеры означают, показано на рис. 10.

Замена обычного тоннеля коническим способна решить много проблем. Но не все. Иногда длина тоннеля получается настолько большой, что укорочения его даже на 30 – 35% недостаточно. Для таких тяжелых случаев есть...

Экстремальное решение для больших проблем

Экстремальное решение заключается в применении тоннеля с экспоненциальными обводами, как показано на рис. 11. У такого тоннеля площадь сечения сначала плавно уменьшается, а потом так же плавно возрастает до максимальной. С точки зрения компактности для данной частоты настройки, устойчивости к струйным шумам и органным резонансам экспоненциальный тоннель не имеет себе равных. Но он не имеет себе равных и по сложности изготовления, даже если рассчитать его обводы по такому же принципу, как это было сделано в случае конического тоннеля. Для того чтобы преимуществами экспоненциального тоннеля все же можно было воспользоваться на практике, я придумал его модификацию: тоннель, который я назвал «песочные часы» (рис. 12). Тоннель-песочные часы состоит из цилиндрической секции и двух конических, откуда внешнее сходство с древним прибором для измерения времени. Такая геометрия позволяет укоротить тоннель по сравнению с исходным, постоянного сечения, по меньшей мере, в полтора раза, а то и больше. Для расчета песочных часов я тоже написал программу, ее можно найти там же, на сайте ACS. И так же, как для конического тоннеля, здесь приводится таблица с готовыми вариантами расчета.

Что означают размеры в таблицах 3 и 4, станет ясно из рис. 13. D и d – это диаметр цилиндрической секции и наибольший диаметр конической секции, соответственно, L1 и L2 – длины секций. Lmax – полная длина тоннеля в форме песочных часов, приводится просто для сравнения, насколько короче его удалось сделать, а вообще, это L1 + 2L2.

Технологически песочные часы круглого поперечного сечения делать не всегда просто и удобно. Поэтому и здесь можно выполнить его в виде профилированной щели, получится, как на рис. 14. Для замены тоннеля диаметром 80 мм я рекомендую высоту щели выбрать равной 50 мм, а для замены 100-миллиметрового цилиндрического тоннеля – равной 60 мм. Тогда ширина секции постоянного сечения Wmin и максимальная ширина на входе и выходе тоннеля Wmax будут такими, как в таблице (длины секций L1 и L2 – как в случае с круглым сечением, здесь ничего не меняется). Если понадобится, высоту щелевого тоннеля h можно изменить, одновременно скорректировав и Wmin, Wmax так, чтобы значения площади поперечного сечения (h.Wmin, h.Wmax) остались неизменными.

Вариант фазоинвертора с тоннелем в форме песочных часов я применил, например, когда делал сабвуфер для домашнего театра с частотой настройки 17 Гц. Расчетная длина тоннеля получилась больше метра, а рассчитав «песочные часы», я смог сократить ее почти вдвое, при этом шумов не было даже при мощности около 100 Вт. Надеюсь, вам это тоже поможет...