Альтернатива гудящим фазоинверторам: трансмиссионные линии (TQWT, ALT) / Хабр

Альтернатива гудящим фазоинверторам: трансмиссионные линии (TQWT, ALT)

Сегодня самым популярным акустическим оформлением как домашних, так и студийных АС заслуженно считается фазоинверторное. Применение фазоинвертора — это простой и недорогой способ получить достаточное количество низких частот без использования большой площади излучающей поверхности динамиков и шкафоподобных корпусов. Однако, как и другие рациональные решения в электроакустике, применение фазоинверторов имеет недостатки. И недостатки критично сказываются на верности воспроизведения. Среди самых вредных недостатков этих АС можно выделить бубнение, турбулентное гудение, резонансное дребезжание, уханье и прочие “злокачественные” особенности ФИ-звучания.

От всего вышеописанного хочется избавиться. Сложно найти меломана, который хотя бы раз не ругал фазоинверторную акустику и не искал альтернативу. С последней всё не так просто. Среди возможных вариантов относительное распространение получила лабиринтная акустика. Проблема лабиринтов в том, что они не технологичны и требуют высокой культуры производства, что закономерно отражается на стоимости. Относительно бюджетный вариант лабиринта — трансмиссионная линия, она позволяет добиться плавной АЧХ, при этом сохранить высокое звуковое давление в НЧ диапазоне, но менее требовательна к расчетам, производственным затратам и конструктивно проще классической лабиринтной акустики. Под катом речь о её истории, особенностях и современном применении.

Общие сведения

Иными словами, необходимо настроить корпус на резонансную частоту, при которой воздух на выходе из волновода будет двигаться синфазно с колебаниями диффузора. Правильно спроектированная трансмиссионная линия характеризуется высокой точностью в НЧ диапазоне при сохранении достаточно мощных, акцентированных басов.

Суть в том, что спроектировать ТЛ легче, чем другие типы лабиринтного оформления, при этом типичных фазоинверторных проблем не будет. Характерные гундосые и турбулентные призвуки не характерны для такой акустики. Главным достоинством таких АС является верность воспроизведения в НЧ диапазоне, при этом с сохранением достаточно небольших габаритов.

“Обратной стороной” трансляционной линии, как и у конструктивно родственных лабиринтов, является критичность к верному расчету. Значительные ошибки при расчетах существенно отразятся на звуке, проявятся ненужные дребезжащие резонансы, либо внушительная неравномерность АЧХ. Радует здесь то, что рассчитать её проще, чем более сложные типы лабиринтов.

Хорошо забытая труба Войта

Самое раннее упоминание об использовании трансмиссионной линии, которое мне удалось обнаружить — это опыт Пола Войта. Этого пионера электроакустики мир предпочел забыть знает, как отца электродинамического излучателя. В 1930-м Войт разработал, запатентовал и даже пустил в ограниченную серию акустические системы с трансмиссионной линией оригинальной конструкции.

Начав разработку, он экспериментировал и в определенный момент решил установить динамик в не очень традиционном месте, т.е. не в начале конусовидного рупора, а на одной из его сторон. В такой конструкции порт используется для регулировки заднего потока. Сама регулировка осуществляется увеличением, либо уменьшением количества демпфирующего материала в зависимости от типа используемого драйвера. Резонансная частота зависит от длины волновода, а также положения динамика.

Современный вариант TQWT
Трансмиссионная линия, названная позже трубой Войта — в разрезе очень напоминает классический рупор, снабженный дополнительными стенками. Сам Войт назвал динамик TQWT (Tapered Quarter Wave Tube) — конической четвертьволновой трубой. Такое название корпус получила по той причине, что как и во всех других классических типах ТЛ, для первой моды в трубе умещается четверть длины волны, для второй три четверти, для третьей пять и т.д.

Относительным недостатком такой конструкции является невозможность выбрать низкую частоту среза, так как в этом случае можно получить выраженные искажения на НЧ. В остальном оформление позволяет создать сравнительно компактную напольную акустику с “ровными” НЧ, близкую по характеристикам к более сложным лабиринтам.

TQWT — практически не применяется в массовой акустике, но очень часто используется радиолюбителями при создании собственных АС. Проблема в том, что полноценной, развитой теории, описывающей акустические процессы TQWT-систем, пока нет, чего нельзя сказать о хорошо описанных фазоинверторах.

ATL — трансмиссионная линия в полочниках

Когда упоминаются трансмиссионные линии, как правило речь идёт о напольных системах. Считается, что формфактор и объем полочников требуют максимально компактных решений, коим является фазоинвертор. Однако есть компания, которая нашла сравнительное эффективное конструкторское решение по трансмиссионной линии в полочниках. Основатели и разработчики из PMC являются принципиальными противниками ФИ-акустики и убеждены, что будущее за их инновацией. PMC одна из немногих современных компаний, которые специализируются на АС с трансмиссионной линией.
За десятилетия существования компания разработала десятки моделей для студийных и домашних АС с трансмиссионной линией, некоторые из которых существуют до сих пор. До 2000-х годов они производили преимущественно напольные системы, так как классическая ТЛ зачастую предполагала именно такой формфактор.

Позже инженеры несколько усложнили конструкцию и создали т.н. «трансмиссионную линию последнего поколения» или ATL (Advanced Transmission Line). Особенность такой конструкции в дополнительных элементах, позволяющих получить достоинства ТЛ в полочниках. Относительный минус этой конструкции в том, что по сложности и технологичности ATL близка к прочей лабиринтной акустике, что гарантированно увеличивает стоимость. Радует лишь то, что один из руководителей PMC Питер Томас считает, что:

”мы действительно верим в то, что с повышением цены должно расти и качество… наши покупатели далеко не дураки.” (из интервью Саше Метсону в 2010 году).»

Итог и несколько слов в защиту ФИ

Тем, кому надоели проблемы фазоинверторных АС, при этом эстетика или габариты помещений не позволяют применять закрытый ящик, пожалуй, стоит задуматься над приобретением или созданием собственной трансмиссионной линии. Я буду признателен за любые мнения относительно трансляционной линии, особенно интересны люди, которым доводилось самостоятельно создавать такие АС.

Традиционная реклама продаём акустические системы, в нашем каталоге представлены как традиционная акустическа с ФИ, так и АС с другими типами акустического оформления, в том числе с трансляционной линией.

Акустические системы своими руками

Звук, музыка и динамическая головка Что такое звук? Что такое музыка? Уточним терминологию Как работает динамическая головка? Параметры динамической головки Какие параметры влияют на звук? Диапазон воспроизводимых частот акустической системы Микро-и макродинамика звуковоспроизведения Параметры и цены динамиков, пригодных для построения хорошо звучащих систем Акустические системы

Типы акустического оформления Почему маленькие динамики звучат не так, как большие? Подходы профессионалов Почему фазоинверторы доминируют на рынке акустических систем? Какой же «ящик» звучит лучше? Рекомендации автора по изготовлению акустических систем

Расчет закрытых ящиков

Что происходит при помещении динамика в закрытый ящик? Формула для расчета АЧХ закрытого ящика Оптимальный объем ящика АЧХ для закрытого ящика произвольного объема Когда фазоинвертор становится похожим на закрытый ящик?

Расчет систем типа «трансмиссионная линия»

Акустические моды в трубе Эксперимент Мартина Кинга Основный принцип трансмиссионной линии Конструкции АС типа «Т-линия» Расчет параметров Т-линии Расчет Т-линии переменного сечения Две головки в одной акустической системе Разновидности трансмиссионной линии Подведем итоги

Создаем акустические системы своими руками

Можно ли сделать хорошо звучащую систему в домашних условиях? Как выбрать конструкцию акустической системы? Где взять хорошие динамики? Какие параметры динамиков необходимо знать для построения акустической системы? Как измерить параметры динамика в домашних условиях? Рекомендации по подбору динамиков в многополосной системе Разделительные фильтры: введение Приближение к реальности Рекомендация автора: последовательные фильтры 1-го порядка Расчет и изготовление катушек индуктивности Советы по выбору конденсаторов Последовательные и параллельные фильтры в трехполосных системах Фильтры высоких порядков Изготовление корпуса Подведем итоги

Стереофоническая система своими руками: трансмиссионная линия

Система с единственным широкополосным динамиком Коррекция АЧХ широкополосных динамических головок Двухполосная система с коаксиальными излучателями Двухполосная система: раздельные НЧ-и ВЧ-головки

Стереофоническая система своими руками: трехполосный вариант

С чего начать? Выбираем основную головку Система «10″+8″+1″» Система «10″+6″+1″»

Трифоническая система своими руками

Принцип работы Трифоническая система с общим низкочастотным излучателем на два канала Превращение стандартного стереокомплекса в трифоническую систему Что такое «сабвуфер»?

Советы по самостоятельному изготовлению усилителей

Простейший вариант: усилитель на интегральных схемах Улучшенный вариант: полупроводниковый усилитель без общей обратной связи На пути к «ламповому звуку»: несложные гибридные усилители

Список обозначений Список сокращений Список литературы Список использованных ресурсов Интернет

Акустическое оформление динамика

Акустическое оформление динамика: давайте начнем с вопроса, зачем оно нужно. Все мы представляем себе старые радиоприемники (радиолы), где в передней стенке была установлена единственная (широкополосная) динамическая головка. Они звучали, хотя и не давали глубокого, бархатистого баса, при этом их динамик как будто не имел какого-то специального акустического оформления (специального корпуса акустической системы). К этому вопросу мы еще вернемся ниже и увидим, что на самом деле это не так.

Хотя если взять динамическую головку, подключить ее к усилителю, расположив как-то произвольно, например, подвесив на чем-либо, мы, безусловно, услышим звук. Однако услышим ли мы все возможности данной головки? В высокочастотном диапазоне, пожалуй, да (если их не ограничивает сама запись и весь усиливающий тракт). В чем же проблема звучания полностью открытого динамика для низкочастотного и средне-низкочастотного диапазонов?

Эффект акустического короткого замыкания
Чтобы понять, в чем проблема воспроизведения низких частот динамиком, расположенном в открытом пространстве, нужно ввести понятие акустического короткого замыкания. В чем же суть этого процесса? Диффузор динамической головки (за исключением высокочастотных головок) открыт как спереди, так и сзади. При этом очевидно, что при движении его вперед он сжимает воздух спереди и разрежает его сзади.

Как правило, низкочастотные и среднечастотные динамические головки имеют диаметр где-то от 10 до 30 см. В такой ситуации в их диапазоне излучения воздух имеет возможность перетекать, огибая край динамика, с одной стороны на другую. Что же получается? Получается, что передняя и задняя часть диффузора звучат в противофазе, и за счет этого перетекания звуковое давление головки ослабляется. Ослабляется оно тем больше, чем ниже частота излучаемой волны.

Дело в том, что эффект акустического короткого замыкания зависим от длины волны излучаемого звука. На самом нижнем участке слышимого диапазона (десятки герц) он максимален. Длина волны звука в этом случае сильно превышает линейные размеры динамика. Таким образом, звуковая волна огибает его край и гасит колебания с противоположной его стороны.

Акустический экран или щит

Акустический экран или щит

Чем выше частота звука, тем этот эффект проявляется меньше. И здесь мы подходим к первому и простейшему (с точки зрения физики процесса) варианту. Но он, однако, не так прост в плане практической реализации. Этот вариант акустического оформления – акустический экран или щит. Действительно, чтобы предотвратить акустическое короткое замыкание в самом низкочастотном диапазоне, размер такого экрана должен быть соизмерим с длиной волны на нижней его границе, а это – десятки метров. На практике такое реализовать трудно, а дома – нереально.

Тем не менее, щит как акустическое оформление применяется на практике в элитных акустических системах очень высокой стоимости с дорогими динамическими головками, как правило, большого диаметра. При этом даже с такими головками акустическое короткое замыкание при применении щита не исключается, и в самом низу ослабление басов будет. Однако, поскольку диффузор динамика работает в свободном пространстве, такая акустическая система имеет минимум искажений. Правда, здесь нас подстерегает другая проблема – искажения от стен.

Поэтому щит нельзя устанавливать в непосредственной близости от стен, а сами стены должны быть оборудованы звукопоглощающими панелями. Короче говоря, как бы вы не любили идеальный звук, но если вы живете в небольшой квартире и не имеете возможности оборудовать свою комнату для прослушивания музыки, вам такое решение не подойдет.

Открытый ящик

Открытый ящик

Теперь давайте подумаем, как можно улучшить акустический экран, не меняя его сути. Такое решение очевидно. Ведь если загнуть боковые стенки щита, то можно увеличить путь звуковой волны для достижения акустического замыкания, не увеличивая фронтальные его габариты. Теперь уже получается ящик с боковыми стенками, но без задней. Динамик продолжает играть в открытом пространстве, но теперь, при прочих равных, габариты акустического оформления уменьшились.

Правда, могут быть отражения от боковых стенок, но эти стенки можно задемпфировать (то есть покрыть их звукопоглощающим материалом). При очень глубоком ящике (правда, на практике такие не применяют) у ящика может стать резонатором уже труба. Но это уже нереальный случай и совсем другое акустическое оформление. Тем не менее, на средних частотах неудачные пропорции ящика могут ухудшить его звучание. Поэтому глубокой такую акустику обычно не делают, при этом боковые стенки позволяют уменьшить (по сравнению со щитом) размеры ее передней стенки на 25-40%, что уже неплохо.

А в случае с открытым ящиком нас ждут всё те же проблемы акустики помещения, в котором он установлен – отражения от стен. Следующее развитие все того же открытого ящика связано с тем, что его низкочастотную составляющую можно несколько улучшить, частично затруднив движение звуковой волны через заднюю стенку, закрыв ее легкой панелью с большим количеством отверстий, тем не менее ограничивающих, в некоторой степени, прохождение звуковой волны (панель акустического сопротивления).

Если площадь этих отверстий окажется недостаточной, появятся проблемы с атакой (динамичностью звучания) на низких частотах, поэтому оптимальное соотношение открытости/закрытости ящика подбирается на слух. А теперь давайте вернемся в начало статьи и вспомним, где мы видели подобные панели акустического сопротивления. Ну конечно, это старые ламповые приемники и радиолы, колонки некоторых электрофонов! Вот оно, новое – хорошо забытое старое! Однако тот уровень низких частот, который удовлетворял большинство пользователей в 50-60-х годы прошлого века, в 70-е годы уже переставал устраивать многих.

Закрытый ящик

Закрытый ящик

Далее, логично рассуждая, теперь задаемся вопросом: если частичное закрытие задней стенки нам поднимало низкочастотную характеристику акустической системы, может быть, ее стоит совсем закрыть?

Да, сделать это оказалось возможным, однако свойства динамической головки, которая будет работать с закрытым ящиком, по сравнению с излучателями наших ламповых радиол, должны быть уже другими. Здесь в первую очередь стоит упомянуть так называемую добротность динамика (подробнее о характеристиках динамических головок будем говорить отдельно) и минимальную нижнюю частоту, которую он способен отыграть. Пока в двух словах: добротность – острота резонанса колебательной системы (а диффузор на своих подвесах, конечно, является колебательной системой).

Не вдаваясь сейчас в подробности, скажем, что закрытая герметично акустическая система повышает как добротность врезанной в нее головки, так и частоту резонанса всей системы, а значит, повышает и нижнюю частоту, которую последняя может воспроизвести.

С другой стороны, закрытый ящик (если он достаточно жесткий) убирает тыльное излучение динамика и исключает (на уровне динамика) акустическое короткое замыкание. Впрочем, при небольшой ширине нашей акустики оно может возникнуть на уровне системы в целом. Но это уже отдельный разговор. А мы можем теперь намного меньше заботиться о том, что у нас сзади колонок оказалась стена.

При этом, конечно, громкость закрытой акустики будет снижена за счет того, что тыльное излучение изолировано, а внутри ее могут возникать различные резонансные явления (о которых также стоит поговорить отдельно). Здесь только скажем, что для уменьшения последних внутренние стенки закрытого ящика, да и в ряде случаев все его пространство, демпфируют звукопоглощающими материалами.

Такие акустические системы были достаточно популярны в 70-х – начале 80-х годов прошлого века. Сейчас же рынок практически полностью забит, за исключением, пожалуй, совсем элитного сегмента, акустическим оформлением типа фазоинвертор. Что же это за акустическое оформление, и почему оно столь популярно?

Фазоинвертор

Фазоинвертор

Двигаемся далее в своих рассуждениях и зададимся вопросом: а можно ли использовать излучение тыльной стороны динамика, которое в закрытом ящике теряется вследствие его закрытости, но не возвращаться к полностью открытым решениям? Да, здесь просматриваются, как минимум, два варианта. Первого мы уже немного касались: это превратить ящик в длинную трубу (но об этом ниже). Второе решение – это встроить резонатор меньших размеров в закрытый ящик. Это и есть фазоинверторное оформление, заполонившее рынок.

Как это работает? Частота дополнительного резонатора (он может быть как трубкой, так и щелью в корпусе системы) подбирается несколько ниже той частоты, которую может эффективно отыгрывать наша низкочастотная головка. Таким образом, получается, что до определенной частоты играет динамик, а ниже, за счет резонанса фазоинвертора (порта), звучание в основном идет через последний. При этом фазы сигнала «гуляют» в зависимости от его частоты, и рассчитать все тонкости звучания подобной системы непросто (хотя есть и формулы и готовые программные решения).

На выходе мы получаем некое компромиссное решение, имеющее (особенно при некоторых просчетах) ряд проблем (например, призвуки воздуха, движущегося через порт). При всём этом, данное решение позволяет расширить диапазон звучания низкочастотной динамической головки при относительно небольших размерах корпуса системы. Помните, что закрытый ящик повышает порог звучания динамика?

Это, в свою очередь, дает возможность делать массовые моднели акустических систем при меньших затратах, используя и более бюджетные динамики. Для большинства неискушенных слушателей это приемлемо. Однако, справедливости ради, стоит сказать, что при точном расчете фазоинверторная система с хорошими головками и достаточно толстостенным корпусом может звучать на высоком уровне (особенно системы с двумя портами). И мы видим, что есть и достаточно дорогие и при этом хорошие (что не всегда коррелирует) фазоинверторные системы.

Пассивный излучатель

Пассивный излучатель

Теперь еще об одном варианте дополнительного резонатора в акустических системах. А что если столб воздуха, заключенный в порт, заменить мембраной, которая будет работать на своем резонансе также чуть ниже основного динамика?

Да, и так можно. Такое решение называют обычно – пассивный излучатель, пассивный динамик, пассивный радиатор. Хотя «радиатор» здесь звучит как-то неуместно.

Какие будут у такого решения плюсы и минусы? Раз мы заменили воздух на диффузор (кстати, обычно для этой цели берут корзину от динамика с диффузором, подвесом, но без катушки и магнита), то призвуков от движения воздуха через порт не может быть по определению.

Это хорошо, что же плохо? Плохо, что наш пассивный излучатель весит существенно больше воздуха. При низком собственном резонансе его вес будет снижать динамику на низких частотах. Кроме того, недоделанный динамик стоит больше трубки порта (хотя это вопрос отдельный и неоднозначный). Пассивный излучатель требует тонкой настройки.

В результате, такое решение находит применение, как правило, в двух абсолютно полярных сегментах: в совсем дешевых компактных переносных системах – бумбоксах, имеющих достаточно отдаленное отношение к музыке, и в элитных сабвуферах.

Трансмиссионная линия, или акустический лабиринт

Трансмиссионная линия, или акустический лабиринт

А сейчас давайте немного вернемся назад (к открытому ящику) и попробуем сделать его настолько глубоким, что он превратится в трубу, имеющую собственный резонанс в области низких частот. Теперь фазоинвертор нам оказывается не нужен. Резонанс корпуса акустической системы может сам по себе быть настроен так, что расширит звучание динамика вниз, причем, в отличие от фазоинвертора, он сделает это более мягко, с меньшей добротностью.

Дело в том, что фазоинвертор, хотя и расширяет вниз диапазон динамической головки, но спад его резонанса оказывается более крутым, что также не очень хорошо воспринимается на слух. Рассматриваемое нами решение – трансмиссионная линия – дает долее плавный и естественный спад. О трансмиссионных линиях можно говорить достаточно много (они требуют даже не одной статьи, а целой серии). В этой обзорной публикации считаю необходимым, в основном, обозначить темы для более подробных разговоров.

Поэтому, не углубляясь в типы трансмиссионных линий, кратко пробежимся по их общим плюсам и минусам. Итак, трансмиссионная линия, как правило, не компактное решение, хотя если ее свернуть во много раз (гармошкой), можно делать и полочные варианты. Большое количество изгибов, при этом, добавляет дополнительные паразитные резонансы (а это и есть основная проблема такого акустического оформления).

Конструкций трансмиссионных линий огромное множество. На нашей схеме изображён вариант, в котором, динамическая головка расположена не в конце линии а на 1/3 от ее начала (так делают в большинстве разработок). Данный прием позволяет существенно ослабить вторую (самую значимую) гармонику линии.

Бороться с остальными (более слабыми) приходиться, как всегда, заполняя трансмиссионную линию звукопоглощающими материалами. А если с демпфированием переборщить, то, как обычно, получим снижение атаки и более вялый звук. Так что опять, как и с любыми рассмотренными нами сегодня вариантами акустического оформления, получается искусство компромиссов. А это лишний раз подтверждает, что нет в мире идеальных решений, а любое качественное изделие – это лучшее сочетание компромиссов.

Простая методика настройки фазоинвертора

«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

Войдите в ОК

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.

Диагностика и настройка автомобильных аудиосистем

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%.

Кому интересно почитать теорию рекомендую:

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

Как настроить сабвуфер Мистери

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.

Автор:Андрей Голубев

, г. Москва

Содержание:

Вступление

При расчете порта необходимо выбрать предпочитаемый музыкальный жанр под себя. Если вы любители рока то низкая настройка порта вам не подойдет и наоборот, при прослушивании негров, высокая настройка порта не подойдет.

Для новичков лучше выбирать, что то универсальное и желательно на трубе, так как щелевой ящик переделать по простому нельзя для изменения настройки.

Музыкальные жанры:

Низкая настройка
— частота 25 — 29 Гц. Для любителей флекса, шатает автомобиль, надувает лобовое и самое важное это ветер, много ветра.Бас с такой настройкой глубокий и мягкий, из за чего не страдают уши. — При такой настройке клубняк, электро, рок и попсу, сабвуфер отыгрывать не будет. — Не все сабвуферы способны воспроизводить нормально такие частоты.
Повседневная настройка
— частота 30 — 35 Гц. Самая распространенная и популярная настройка порта. Для любителей негров и даб степ, где присутствует флекс кузова. Бас с такой настройкой более давильный на слух.
Музыкальная настройка
— частота 36 — 40 (42) Гц. Универсальная настройка или правильнее
БАЛАНС
между всеми жанрами. Бас с такой настройкой более выраженный, быстрый но жесткий. Флекс, соответственно, минимальный. — Больше подойдут короткоходные сабвуферы. — Вариант в сторону качество звука.
Спорт настройка
— частота выше 45 — 55 Гц. Такую настройку используют для замеров звукового давления на соревнованиях. В народе такой короб называют —
БОЕВОЙ
. Бас с такой настройкой очень жесткий и слушать музыку невозможно. — Не рекомендуем использовать такую настройку для повседневного прослушивания.

Как определить частоту настройки фазоинвертора?

Самый простой способ проверить частоту настройки фазоинвертора с помощью Тонгенератора частот. На частоте настройки короба, ход диффузора динамика минимален. Запускаем тонгенератор, выставляем примерную частоту и с шагом 1 Гц определяем на какой частоте ход минимальный.
Второй не менее простой способ, схожий с первым. Необходимо поставить сабвуфер диффузором вверх и насыпать на него крупу или что нибудь мелкое и легкое. Запускаем тонгенератор, выставляем примерную частоту и с шагом 1 Гц определяем на какой частоте материал оставался не подвижным, а на частотах выше или ниже заметно подпрыгивал. Эта частота и будет частотой настройки фазоинвертора.

Общие сведения

Трансмиссионная линия представляет собой полый волновод переменного или постоянного сечения. Один конец волновода закрыт, второй открыт. Динамический излучатель размещается со стороны закрытого конца. Труба, как правило, свернута и качественно задемпфирована. Суть в том, чтобы уменьшить амплитуду колебаний диффузора динамического излучателя в области наиболее низких частот вблизи резонансной частоты трубы и при этом компенсировать уменьшение отдачи от динамика собственными колебаниями трансмиссионной линии в основной, наиболее низкочастотной моде. В подавляющем большинстве случаев этого можно добиться, когда длина трансляционной линии совпадает с четвертью длины колебаний на частоте собственного резонанса динамика. Гапоненко в своей книге “Акустические системы своими руками” описывает это следующей формулой:
Где L — т.н. “акустическая” длина, которая превышает реальную геометрическую длину линии на величину:где S — площадь поперечного сечения трансляционной линии.
Иными словами, необходимо настроить корпус на резонансную частоту, при которой воздух на выходе из волновода будет двигаться синфазно с колебаниями диффузора. Правильно спроектированная трансмиссионная линия характеризуется высокой точностью в НЧ диапазоне при сохранении достаточно мощных, акцентированных басов. Суть в том, что спроектировать ТЛ легче, чем другие типы лабиринтного оформления, при этом типичных фазоинверторных проблем не будет. Характерные гундосые и турбулентные призвуки не характерны для такой акустики. Главным достоинством таких АС является верность воспроизведения в НЧ диапазоне, при этом с сохранением достаточно небольших габаритов. “Обратной стороной” трансляционной линии, как и у конструктивно родственных лабиринтов, является критичность к верному расчету. Значительные ошибки при расчетах существенно отразятся на звуке, проявятся ненужные дребезжащие резонансы, либо внушительная неравномерность АЧХ. Радует здесь то, что рассчитать её проще, чем более сложные типы лабиринтов.

Хорошо забытая труба Войта

Paul Voigt
Дело в том, что в то время Войт разрабатывал АС для кинотеатров, которые традиционно для того времени оформлялись в рупоры. Затем он переключился на радиоприёмники и домашнюю акустику, где применяемый им широкополосный двухдиффузорный динамик с механическим кроссовером не отличался мощным низом. Это вызвало необходимость в поиске нового акустического оформления более подходящего для подобных АС. Начав разработку, он экспериментировал и в определенный момент решил установить динамик в не очень традиционном месте, т.е. не в начале конусовидного рупора, а на одной из его сторон. В такой конструкции порт используется для регулировки заднего потока. Сама регулировка осуществляется увеличением, либо уменьшением количества демпфирующего материала в зависимости от типа используемого драйвера. Резонансная частота зависит от длины волновода, а также положения динамика.

Относительным недостатком такой конструкции является невозможность выбрать низкую частоту среза, так как в этом случае можно получить выражение искажения на НЧ. В остальном оформление позволяет создать сравнительно компактную напольную акустику с “ровными” НЧ, близкую по характеристикам к более сложным лабиринтам. TQWT — практически не применяется в массовой акустике, но очень часто используется радиолюбителями при создании собственных АС. Проблема в том, что полноценной, развитой теории, описывающей акустические процессы TQWT-систем, пока нет, чего нельзя сказать о хорошо описанных фазоинверторах.

ATL — трансмиссионная линия в полочниках

Когда упоминаются трансмиссионные линии, как правило речь идёт о напольных системах. Считается, что формфактор и объем полочников требуют максимально компактных решений, коим является фазоинвертор. Однако есть компания, которая нашла сравнительное эффективное конструкторское решение по трансмиссионной линии в полочниках. Основатели и разработчики из PMC являются принципиальными противниками ФИ-акустики и убеждены, что будущее за их инновацией. PMC одна из немногих современных компаний, которые специализируются на АС с трансмиссионной линией. За десятилетия существования компания разработала десятки моделей для студийных и домашних АС с трансмиссионной линией, некоторые из которых существуют до сих пор. До 2000-х годов они производили преимущественно напольные системы, так как классическая ТЛ зачастую предполагала именно такой формфактор.

”мы действительно верим в то, что с повышением цены должно расти и качество… наши покупатели далеко не дураки.” (из интервью Саше Метсону в 2010 году).»

Итог и несколько слов в защиту ФИ

Несмотря на ощутимые минусы фазоинверторной акустики, физика её работы хорошо описана, и большинство акустических эффектов предсказуемы. Это безусловно позволяет получить прогнозируемый результат, что очень важно при массовом производстве. Ряд компаний освоили трансляционные линии, однако она остается менее технологичной и более дорогой. Возможно, в определенный момент трансмиссионные линии станут достаточно доступными и массовыми, но это произойдет не раньше момента, когда будут теоретически описаны основные процессы, происходящие в трансмиссионной линии. Если говорить о массовых и недорогих (до $500) АС найти что-то кроме ФИ и колонок с пассивным излучателем будет крайне сложно. Тем, кому надоели проблемы фазоинверторных АС, при этом эстетика или габариты помещений не позволяют применять закрытый ящик, пожалуй, стоит задуматься над приобретением или созданием собственной трансмиссионной линии. Я буду признателен за любые мнения относительно трансляционной линии, особенно интересны люди, которым доводилось самостоятельно создавать такие АС.Традиционная рекламаМы продаём акустические системы, в нашем каталоге представлены как традиционная акустическа с ФИ, так и АС с другими типами акустического оформления, в том числе с трансляционной линией.

Используемые источники:

https://ldsound.ru/prostaya-metodika-nastrojki-fazoinvertora/
https://worldsound.ru/blog/articles/chastota_nastroyki_fazoinvertora/
https://habr.com/post/471408/