Любителі хорошої акустичного звучання знають, що його якість в першу чергу залежить від передачі низькочастотної складової звуку. Використання фазоинвертора здатне істотно збільшити рівень звукового тиску при одній і тій же потужності, що підводиться. Але все це можливо лише при правильному розрахунку розмірів фазоинверторного (ФМ) отвори, вирівнюючого гармонійні коливання і забезпечує якісний звук.

Види акустичних систем

Звук - це коливання, що має механічну природу виникнення, розповсюджується під тиском викликаним джерелом випромінювання. Акустична система, що представляє собою звукову колонку, перетворює електричні сигнали в механічні, сприймаються слухом людини. Частота цих коливань лежить в межах від 20 гц до 20 КГц. Існують різні види акустичних систем:

  1. Акустичний лабіринт. Має вигляд лабіринту, виконаного у вигляді тунелю, що знаходиться в середині колонки. Його призначення - підсилювати низькі частоти за рахунок безлічі вигинів. Внутрішні стінки лабіринту покриваються демпфирующим покриттям, за рахунок чого лабіринт не привносить в звук паразитні призвуки.
  2. Відкритого типу. Являє собою систему, в якій стінка, протилежна напрямку випромінювання динаміків, не встановлюється. У такому типі виконання неможливо отримати хороші низькі частоти через відсутність компресії, а середні і високі звуки здаються більш відкритими і повітряними.
  3. Закритого типу. Виконується з повністю герметичного корпусу, що створює усередині замкнутий об'єм повітря. Цей обсяг утворює внутрішній тиск, що заважає нормальному ходу дифузорів динаміка. Такого роду колонки мають великі габарити з накладкою на внутрішні стінки - демпфера. Перевагою цієї системи є чистота звуку, в гамму якого не домішуються небажані сторонні звуки.
  4. Изобарического типу. Відрізняється складністю виготовлення і дорожнечею, але через конструктивних особливостей дозволяє збільшувати потужність і глибину низькочастотної складової. В середині колонки розташовуються два динаміки, розділені звуконепроникній перегородкою і спрямовані в одну сторону. Ці динаміки підключаються паралельно один одному і працюють в фазі.
  5. Пасивна. Основне її призначення - підвищити ефективність відтворення низькочастотної складової звуку за рахунок використання пасивного випромінювача. Цей випромінювач розташовується в глибині отвору, виконаного в корпусі колонки і не володіє магнітної системою. При подачі сигналу дифузор випромінювача рухається не за допомогою перетворення електричного сигналу, а під впливом потоку повітря, викликаного встановленим низькочастотним динаміком. Така конструкція дозволяє досягти глибокого баса, але може привнести гул в звук.
  6. З дипольним випромінювачем. Дипольного виду акустика відтворює звук в двох напрямках. Інша назва такого типу - біполярний. За своїм типом відноситься до відкритого виду. Для отримання прийнятних низьких частот буде потрібно використання динаміків з великими розмірами дифузорів.
  7. Контрапертурная. Рідко яка використовується конструкція. Динаміки в ній направляються в верхню або нижню сторону, і до них підводиться однаковий сигнал. При зіткненні звуку, випромінюваного динаміками, він змінює свій напрямок, поширюючись радіально. До недоліків такої системи відносять виникнення реверберації, через що «розмивається» стереопанорама. Переваги полягають у появі ефекту «розчинення» звукових коливань в приміщенні.
  8. Фазоінверторний. Ця система виготовляється у вигляді класичної колонки закритого типу, але зі спеціальним отвором. У нього встановлюється труба, що йде всередину ящика. Такий підхід дозволяє отримати низькочастотний звук значно нижче за частотою, ніж можливості динаміків. Така система дуже затребувана, тому що дозволяє у відносно невеликих розмірах корпусу відтворити глибокі баси, видаючи частоти, недосяжні простим застосуванням динаміків.

Використання закритого типу дає можливість не тільки розширити нижній частотний діапазон, а й підвищити коефіцієнт корисної дії. При цьому частотний діапазон не зміниться. Отвір фазоінвертора виконується різного виду і розмірів. Розміщуватися воно може на будь-якій поверхні колонки. При розробці акустичної системи найбільш важливо виконати правильно розрахунок розміру фазоинверторного короба, від чого залежить не тільки діапазон відтворюється частоти, але і якість всього звуку в цілому.

Принцип роботи пристрою

Будь-яка колонка закритого типу має в своєму складі отвір - фазоинвертор. Часто він називається акустичним тунелем або портом. Принцип роботи його полягає в зміні фази звукового коливання, викликаного задньою стороною дифузора на сто вісімдесят градусів. При виникненні резонансу в ящику амплітуда коливання дифузора досягає мінімального значення.

Пов'язано це з тим, що при русі вперед динамік створює розрідження в середині закритої колонки, тим самим витісняючи повітря в фазоінверторний канал і збільшуючи розрядження. Тому на частоті резонансу механічні хвилі випромінюються через отвір, а не дифузором динаміка.

Від розміру та виду закритого порту залежать обсяг повітря і частота резонансу, на яку налаштований канал. Обсяг повітря в каналі починає резонувати і посилювати відтворення частоти при настанні моменту, коли дифузор випромінює частоту, на яку розрахований фазоинвертор.

За своєю формою класичний тунель виконується кільцевої форми. Але для збільшення корисної внутрішньої площі йому часто надають щілинний вид. Відмова від циліндричної форми тунелю дозволяє скоротити його довжину і знизити шуми, що виникають при викиді повітря.

При помилках в розрахунку щілинного фазоінвертора налаштувати його набагато складніше, ніж класичний вид, так як він виготовляється спільно з колонкою. Сам розрахунок виконується складніше, ніж для систем закритого типу: при цьому, крім обсягу ящика, враховується настроюється частота резонансу. Оптимальні розміри підбираються з урахуванням амплітудно-частотної характеристики колонки, а саме її рівномірності.

Розрахунок низькочастотного тунелю

Існує кілька способів для проведення обчислень розмірів ФМ. Найбільш популярним є розрахунок фазоинвертора онлайн або з використанням спеціалізованих програм. Такі способи зазвичай вимагають знань безлічі параметрів використовуваних динаміків. Існують варіанти і простіше, але з великим розбіжністю кінцевого результату з реальним значенням. Хоча в будь-якому випадку після розрахунку і виготовлення доводиться проводити настройку.

Проста формула для обчислення

Метод обчислення полягає в використанні нескладних формул і відбувається методом підбору даних, коли за основу використовується бажана довжина ФМ каналу.

F = (C / 2 π) * K, де:

  • F - бажана частота настройки;
  • C - швидкість звуку;
  • π - математична постійна, рівна 3, 14;
  • K - коефіцієнт, що залежить від розмірів фазоінвертора.

При цьому коефіцієнт K дорівнює квадратному кореню відносини S / LV, де:

  • S - площа отвору;
  • L - довжина каналу;
  • V - об'єм колонки.

В якості одиниць виміру всюди використовуються метри, а для частоти - герци. При визначенні значень обсягу вважається, що краще вибрати вузький фазоинвертор, але такий підхід є помилковим, адже при цьому в ньому зростає швидкість руху повітря, а це вносить спотворення в звучання. Проектування широкого і довгого ФМ також позбавлено сенсу, адже довжина фазоинвертора не повинна перевищувати довжину хвилі в момент настання резонансу. Виконання цього правила допомагає позбутися від стоячих хвиль.

Використання спеціалізованих програм

Існує багато програм, що дозволяють автоматизувати розрахунки при побудові акустичних систем, наприклад, Bassport. Ця програма спеціально розроблена для автоматизації проведення розрахунку порту фазоінвертора. При розробці програми враховувалося, що коли швидкість потоку повітря в трубі стає більш шести метрів в секунду, то стають помітними шуми.

Інтерфейс програми інтуїтивно зрозумілий, тим більше вона має локалізацію російською мовою. Для отримання потрібних результатів знадобиться ввести:

  • швидкість звуку;
  • обсяг колонки;
  • частоту фазоінвертора і динаміка;
  • діаметр дифузора;
  • хід дифузора.

Після введення всіх даних залишиться натиснути кнопку «Перерахувати» і отримати результат, відповідний максимальної добротності, що залежить, перш за все, від співвідношення обсягу ящика до діаметру порту. Програма Bassport дозволяє виконати розрахунок для різних форм, але найчастіше, при швидкостях потоку до шести метрів в секунду, застосовується нескладна форма для трубчастого або щілинного виду.

Необхідно відзначити наступні нюанси при використанні програми. Вимірювання діаметра дифузора відбувається між відстанями протилежними середніх точок підвісів. Колір відображення цифри швидкості потоку, позначає можливі виникнення шуму: чорний - шуму немає, червоний - шум помітно чутний.

Використання онлайн-програм побудовано за таким же принципом: вводяться параметри системи і видається результат. Сайти з такими програмами легко знаходяться за запитом «фазоинвертор онлайн-калькулятор» в будь-якій пошуковій системі. Хоча для достовірності результатів слід перевірити ще раз отримані дані на кількох сайтах.

Після виконання розрахунків залишиться виготовити і налаштувати фазоинвертор. У домашніх умовах виконати такі операції нескладно, при цьому якісь особливі матеріали не знадобляться.

Самостійне виготовлення порту

Фазоинвертор так само, як і динамік, бере участь у відтворенні звуку. Для уникнення ефекту інтерференції канал розміщується ближче до випромінювача низької частоти на відстані, що не перевищує його довжину хвилі. Як ФМ використовуються жорсткі конструкції, наприклад, в саморобних виробах застосовуються каналізаційні пластикові труби.

Але при спробах розрахувати фазоинвертор для сабвуфера споживачі стикаються з тим, що діаметр таких труб не збігається з обчисленими значеннями, тому труба виготовляється з підручного щільного матеріалу - ватману. Для того щоб зробити канал самостійно, будуть потрібні:

  • газетний папір;
  • ватман;
  • клей.

Згідно виконаному розрахунку, підбирається підставу з діаметром трохи менше розрахованого. Потім, використовуючи оправлення, на нього намотується кілька шарів газетного паперу, обробленої клеєм. Намотування здійснюється щільно, з униканням попадання між шарами повітря.

Вирізана з ватману смужка, ширина якої збігається з довжиною трубки, в кілька витків намотується на поверхню газетного паперу. При цьому перед кожним витком наноситься епоксидний клей. Його отримують шляхом змішування смоли і затверджувача відповідно до інструкції. Після того як виконані всі витки, виріб обтягається по колу ниткою для додання жорсткості і ставиться на просушку.

Через добу підставу витягується. У разі виникнення труднощів його можна поламати зсередини і дістати частинами. Виготовлений канал такого виду має хорошу міцність і легко піддається додатковій обробці. Далі отримана трубка встановлюється в отвір колонки, але не до кінця і починається прослуховування звуку. У заводських умовах використовується спеціальний прилад. Такий пристрій працює на основі мультивібратора, який налаштовується на резонансну частоту динамічної головки. Після підключення динаміка запускається генератор і довжина труби регулюється по максимуму коливання в ній повітря.

Аналогічно можна провести настройку і самостійно. Для цього на вхід подається сигнал низької частоти. Трубка висувається вперед або занурюється всередину ящика, а після оцінюється обсяг повітря, що виходить. Встановивши положення максимального його виходу, надлишки труби видаляють зовні, а сам порт герметизують. При бажанні для додання конструкції закінченого вигляду виконується розкривши труби, але можна обійтися і без цього.

Категорія:

Технології