Расчет объема колонки для динамика. Расчет объема корпуса акустической системы: оптимизация звучания динамиков

Как правильно рассчитать объем корпуса для динамиков. Какие параметры важны при расчете объема акустической системы. Почему объем корпуса влияет на качество звучания колонок. Какие типы акустического оформления бывают.

Содержание

Параметры динамиков, влияющие на расчет объема корпуса

При расчете оптимального объема корпуса акустической системы необходимо учитывать ряд ключевых параметров динамиков:

  • Fs (частота резонанса) — собственная резонансная частота динамика
  • Vas (эквивалентный объем) — объем воздуха, имеющий податливость, равную гибкости подвеса динамика
  • Qts (полная добротность) — характеризует способность динамика к демпфированию колебаний
  • Sd (эффективная площадь диффузора)
  • Xmax (максимальное линейное смещение диффузора)

Эти параметры указываются производителем в спецификации на динамик. Если каких-то данных не хватает, их можно измерить самостоятельно с помощью специальных методик.

Типы акустического оформления и их влияние на объем

Существует несколько основных типов акустического оформления динамиков, каждый из которых требует своего подхода к расчету объема:


  1. Закрытый ящик
  2. Фазоинвертор
  3. Пассивный излучатель
  4. Трансмиссионная линия
  5. Рупор

Для закрытого ящика и фазоинвертора объем корпуса критически важен и требует точного расчета. Для остальных типов оформления объем также имеет значение, но допускает некоторую вариативность.

Расчет объема закрытого ящика

Закрытый ящик — самый простой тип акустического оформления. Его объем рассчитывается по формуле:

V = Vas / (Qtc/Qts — 1)

Где:

  • V — объем ящика
  • Vas — эквивалентный объем динамика
  • Qtc — целевая добротность системы (обычно 0.5-0.7)
  • Qts — полная добротность динамика

Чем меньше объем ящика, тем выше будет резонансная частота системы и тем хуже воспроизведение низких частот. При слишком большом объеме звучание становится «рыхлым».

Особенности расчета фазоинвертора

Расчет фазоинвертора сложнее, так как помимо объема нужно определить параметры порта (длину и диаметр). Обычно используют специальные программы. Основные этапы расчета:

  1. Выбор объема корпуса (обычно 1.2-2 Vas)
  2. Определение частоты настройки (как правило, немного ниже Fs динамика)
  3. Расчет размеров порта исходя из выбранного объема и частоты настройки

Правильно рассчитанный фазоинвертор позволяет получить более низкую граничную частоту по сравнению с закрытым ящиком того же объема.


Расчет объема для нескольких динамиков

При использовании нескольких одинаковых динамиков в одном корпусе возникает вопрос: как правильно рассчитать объем? Существует два основных подхода:

  1. Рассчитать объем для одного динамика и умножить на количество динамиков
  2. Рассчитать объем как для одного динамика с эквивалентными параметрами

Второй подход более корректен. При параллельном соединении динамиков их эквивалентные параметры изменяются следующим образом:

  • Fs не меняется
  • Vas умножается на количество динамиков
  • Qts делится на корень из количества динамиков

Получив эквивалентные параметры, можно рассчитать объем по стандартным формулам для одного динамика.

Влияние объема корпуса на звучание акустической системы

Объем корпуса оказывает существенное влияние на характеристики акустической системы:

  • Частотная характеристика, особенно в области низких частот
  • Эффективность системы
  • Искажения
  • Динамический диапазон

При недостаточном объеме корпуса возникают следующие проблемы:

  • Повышение резонансной частоты системы
  • Ухудшение воспроизведения низких частот
  • Увеличение искажений на низких частотах
  • Снижение максимальной акустической мощности

Слишком большой объем также нежелателен, так как приводит к «размытому» звучанию и потере контроля над низкими частотами.


Программы для расчета акустических систем

Для точного расчета параметров акустических систем рекомендуется использовать специализированные программы. Наиболее популярные из них:

  • WinISD — бесплатная программа с широкими возможностями
  • BassBox Pro — профессиональный инструмент для проектирования АС
  • LEAP — мощный пакет для моделирования акустических систем
  • AkAbak — программа для расчета и анализа АС

Эти программы позволяют не только рассчитать объем корпуса, но и смоделировать частотную характеристику, импеданс, эффективность и другие параметры будущей акустической системы.

Практические рекомендации по расчету объема корпуса

При расчете объема корпуса акустической системы полезно учитывать следующие практические рекомендации:

  1. Всегда опирайтесь на реальные параметры используемых динамиков
  2. Учитывайте внутренний объем, занимаемый динамиками, кроссовером и демпфирующим материалом
  3. Для фазоинверторов оптимальный объем обычно составляет 1.2-2 Vas
  4. Для закрытых ящиков рекомендуемая добротность системы Qtc = 0.5-0.7
  5. При использовании нескольких динамиков рассчитывайте эквивалентные параметры
  6. Используйте специализированные программы для более точных расчетов
  7. Не забывайте про внутреннее демпфирование корпуса

Следуя этим рекомендациям, вы сможете рассчитать оптимальный объем корпуса для вашей акустической системы и получить максимальное качество звучания.



Расчет корпусов TQWP и чертежи трубы Войта

Данная программа представляет собой EXCEL-евский файл, в котором собран инструментарий для расчёта корпусов Tapered Quarter Wave Pipes (TQWP) или свернутый рупор или труба Войта, который описал данное акустическое решение в 30-х годах XX века.

За основу был взят файл John Rutter по расчетам David B. Weems, сделана попытка минимизировать разброс параметров вычислений допущеных в этом файле, произведена адаптация под метрическую систему мер.

Также автор добавил в TQWP программу блок расчёта деталей корпуса с возможностью вывода на печать эскизов с размерами.

Программа адаптирована под два режима просмотра 800х600 и 1024х768, для выбора режима на основных листах программы имеются кнопки.

Лист «Расчет TQWP»

Блок расчета содержит все необходимые данные для вычисления размеров корпуса. Нужно заметить, что все размеры внутренние, добавляйте тощину материалов.

Данные можно вводить только в ячейки подсвеченные белым цветом и только в миллиметрах, остальные ячейки информационные и защищены от редактирования.

Рис. 1. Интерфейс программы расчтеа корпуса TQWP

В принципе все просто, но данные, по которым могут возникнуть вопросы постараюсь объяснить.

Толщина материала внутренней перегородки: желательно брать плотный материал не подверженный резонансу (ДСП, фанера, лучше бакелитовая), толщиной не менее 20 мм, так, как перегородка является элементом крепления боковых панелей.

Внешний диаметр корзины динамика: внешние габариты динамика.

Диаметр эффективной части диффузора: желательно брать данные, предоставленные производителем, но можно и измерить самим, нужно измерить расстояние между центрами подвеса диффузора, что тоже близко к истине.

Диаметр посадочного отверстия: пригодится при расчете деталей корпуса.

Собственная резонансная частота динамика: необходима для автоматического расчета частоты настройки корпуса TQWP.

Глубина закрытой части рупора: глубина площадки закрытого конца рупора (конуса). Категорически не рекомендуется делать больше 25–50 мм. Изменяя этот параметр можно в небольших пределах менять положение динамика по вертикали на передней панели.

Эффективная площадь диффузора: вычисляется автоматически.

Площадь открытой части рупора: равна 2,5-ой эффективным площадям диффузора. Вычисляется автоматически.

Площадь закрытой части рупора: вычисляется автоматически.

Позиция динамика: расстояние от закрытого конца рупора до центра посадочного отверстия динамика. Вычисляется автоматически.

Ширина корпуса: по умолчанию за ширину корпуса принимается внешний диаметр корзины головки.

При желании изменить ширину корпуса, нужно подставить значение, на которое увеличится ширина с каждой стороны.

Глубина корпуса: внутренняя глубина корпуса. Вычисляется автоматически.

Высота корпуса: внутренняя высота корпуса. Вычисляется автоматически.

Глубина открытой части рупора: вычисляется автоматически.

Длина перегородки: вычисляется автоматически.

Высота порта: вычисляется автоматически.

Площадь порта: равна эффективной площади диффузора.

Внутренний объем корпуса: вычисляется автоматически.

Длина свернутого рупора: равна 1/4 длины волны, частоты настройки корпуса. Вычисляется автоматически.

Внешний диаметр ВЧ головки: если не предполагается использование ВЧ головки этот параметр можно упустить.

Диаметр посадочного отверстия ВЧ головки: Если не предполагается использование ВЧ головки этот параметр можно упустить.

Формулы применяемые при расчете TQWP

Рис. 2. Формулы применяемые при расчете TQWP

В таблице расчета TQWP сознательно допущена неточность по сравнению с оригинальным файлом. Вопрос в том, что считать открытым концом рупора, днище корпуса или расстояние от верхней части порта до задней стенки?

По моему убеждению, порт не является частью резонатора. Хотя это мое, личное мнение. Я могу и ошибаться. Согласно расчетам David B. Weems фактическая длина рупора может быть на 20% больше расчетной, так что, даже если я ошибаюсь, погрешность все равно в пределах допустимой нормы.

Лист «Корпус TQWP»

Здесь автор предлагает наиболее простой вариант чертежа TQWP. В конструкции предусмотрена возможность установки ВЧ головки. Так как размеры корпуса достаточно внушительные, желательно применять материал не менее 20–25 мм толщиной.

Передняя панель состоит из двух элементов: основной панели, на которую крепится широкополосный динамик и декоративной панели, которая приклеивается и притягивается саморезами к основной панели. Широкополосный динамик устанавливается в корпус снаружи, впотаи, ВЧ внахлест.

Дабы придать большую жесткость, нижняя панель тоже выполнена в виде бутерброда. Для придания респектабельного вида, предлагается два гриля, верхний прикрывающий динамики и нижний, закрывающий отверстие порта.

Рис. 3. Лист «Корпус TQWP»

Краткое описание вводимых данных.

Передняя панель: толщина материала основной передней панели.

Передняя декоративная панель: толщина материала декоративной передней панели.

Задняя панель: толщина материала задней панели.

Боковая панель: толщина материала боковых панелей.

Перегородка 1: толщина материала внутренней перегородки 1. Во избежание резонанса, желательно использовать материал, как можно толще. Перегородка также является элементом крепления боковых панелей и ребром жесткости.

Перегородка 2: толщина материала днища закрытого конца рупора.

Верхняя панель: толщина материала верхней панели.

Нижняя панель 1: толщина материала нижней фальшь панели. Желательно использовать материал, как можно толще, так, как панель является элементом крепления боковых и задней панелей.

Нижняя панель 2: толщина материала нижней панели.

Гриль верхний: толщина материала декоративной накладки на динамик.

Гриль нижний: Толщина материала декоративной панели прикрывающей отверстие порта. Ровна толщине декоративной передней панели.

Высота терминала: Если предполагается использование прямоугольного терминала. Если терминал другой формы или отсутствует, оставляйте ячейку пустой.

Ширина терминала: Если предполагается использование прямоугольного терминала. Если терминал другой формы или отсутствует, оставляйте ячейку пустой.

Диаметр терминала: Если предполагается использование круглого терминала. Если терминал другой формы или отсутствует, оставляйте ячейку пустой.

Расстояние между корпусами динамиков: Расстояние между корпусами динамиков. При использовании ВЧ динамика.

Нижний обвод верхнего гриля: Расстояние между отверстием под динамик и нижней кромкой гриля.

Площадка крепления нижнего гриля: Площадка на основной передней панели не прикрытая декоративной передней панелью, предназначенная для элементов крепления нижнего гриля.

Скос на передней декоративной панели: Параметр не обязательный.

Толщина ткани для гриля: Необходимо для корректного расчета нижнего гриля.

Эскизы чертежей TQWP

После того, как введены все обязательные параметры материалов, необходимых для построения корпуса, можно распечатать эскизы чертежей, нажатием кнопки «Распечатать эскизы». На печать будут выведены 8 листов формата А4 с указанием размеров. К сожалению эскизы не маштабированы.

Необходимо отметить, что эскиз гриля будет распечатан в 2-х вариантах, для одного динамика и для двух ( включая ВЧ ). Выбирайте какой больше нравится.

Рис. 4. Эскизы чертежей TQWP

Лист «Примеры демпфирования трубы Войта»

Показано влияние на АЧХ размещения демпфирующего материала в корпусе.

Рис. 5. Примеры демпфирования трубы ВойтаРис. 6. Лист «Рекомендации по демпфированию колонок TQWP»Рис. 7. Лист «Расчёт длины волны свернутого рупора»

Если кто-то воспользовался этой программой для расчета и изготовления АС, не сочтите за труд, написать пару слов Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript о своих впечатлениях, замечаниях и предложениях. Автор будет благодарен, за небольшой репортаж о проведенных вами работах.

Скачать программу тут или тут.

Читайте также

  • TQWP
  • TQWP своими руками
  • TQWP чертежи
  • Изготовление колонок
  • труба войта
  • труба войта чертеж

Расчет акустического фазоинвертора →

 

Расчет объема корпуса для двух динамиков — Акустика

dimablack
Местный