Фазоинвертор для колонок что это
ФАЗОИНВЕРТОР
Фазоинвертор представляет собой щель или трубу, находящуюся в корпусе звуковой системы. За счет резонанса этой трубы обеспечивается расширение низкочастотного диапазона. С конструктивной точки зрения фазоинвертор – это закрытый, но не полностью герметичный ящик.
Принцип работы фазоинвертора
Суть работы данного устройства заключается в том, что при помощи акустического резонатора осуществляется переворот (инверсия) фазы звуковой волны, исходящей от тыльной части диффузора. На выходе фазоинвертора эта уже инверсированная волна суммируется с волной, излучаемой фронтальной поверхностью диффузора. Это существенно увеличивает на частоте настройки прибора уровень звукового давления.
Достоинства и недостатки устройства
Преимущества этого вида акустического оформления известны достаточно хорошо. Приблизительно 90% производимых в мире современных акустических систем оснащены фазоинвертором. Нижняя граница частоты в таких системах в 1,26 раза меньше, чем в закрытых аналогах (при одинаковых размерах корпуса и КПД).
Если взять акустику с одинаковыми габаритами и показателями нижней границы частоты, то системы с фазоинвертором будут обладать большим на 3 дБ КПД. И наконец, при одинаковых значениях нижней границы частоты и КПД, габариты такой системы будут значительно меньше.
К недостаткам фазоинвертора можно отнести невысокие переходные характеристики (по сравнению с системами закрытого типа) и более сложный процесс согласования усилителя с акустической системой. То есть длительность затухания и время нарастания звукового сигнала определяются лишь качеством исполнения самого фазоинвертора. На практике это проявляется в глухом звуке литавр, «бухающем» звучании барабана, размытости щипка при воспроизведении музыки от струнных инструментов и пр.
Стоит отметить, что достоинства существенно перевешивают вышеупомянутые недостатки. Поэтому большинство компаний, специализирующихся на производстве звукового оборудования, внедряют в свои модели данное устройство.
Фазоинвертор. Немного теории
Понимание, доработка и настройка акустического оформления типа «Фазоинвертор».
Все просто! Не нужно иметь степень по физике, не нужно высшей математики, лишь логика и здравый смысл – ведь это все, что Вам нужно, чтобы получить достойный звук. В этом разделе постараемся разложить все «по полочкам», доступно и понятно описать работу и настройку корпуса типа «Фазоинвертор». Обладая знанием – исследуйте и творите свои уникальные системы!
Фазоинвертор — тип акустического оформления, объединяющий высокое качество звучания, внушительную громкость, простоту в построении и дальнейшей настройке, так же, ФИ сравнительно мал в плане вытесняемого в багажнике пространства.
Мы рекомендуем использовать оформление такого типа всем нашим пользователям в качестве первого корпуса, так же, мы тестируем и рекомендуем начальные, наиболее универсальные в реальной работе, параметры корпуса типа ФИ. Но, как всем Вам известно, из каждого правила есть исключения. И если рекомендованные нами решения удовлетворяют большинству Ваших требований, то всегда найдутся такие, кому нужно что то свое – это и участники различных соревнований, и любители «ветра», и любители «прокачивать площадки»… Эта статья посвящается как раз таким людям, построившим стандартный корпус и желающим получить больше – больше качества, или больше давления, или глубже бас, или…или…
Для начала давайте разберемся, как работает ФИ.
Если закрытый ящик(ЗЯ) попросту устраняет волны, созданные обратной стороной диффузора, то ФИ преобразует эти волны в «полезные», за счет чего происходит существенный рост эффективности и звукового давления. Несомненным плюсом ФИ, в сравнении с ЗЯ, является значительно более высокая эффективность и громкость, минус ФИ — высокий уровень групповых задержек, выраженный в «размытости» и более низкой точности баса.
Порт передает энергию в значительно более узком диапазоне, чем фронтальная часть диффузора. Потому изменения затрагивают лишь часть общего диапазона работы сабвуфера. Впрочем, для большинства значительный выигрыш в громкости или эффективной ширине диапазона куда более важен, чем не такой значительный проигрыш в качестве, от того ФИ — это, пожалуй, самый популярный корпус сегодня.
Схематическое изображение принципиальной конструкции корпуса ФИ изображено на рисунке ниже.
ФИ имеет 2 составляющие — объем(как передаточная среда) и порт(как дополнительный излучатель). Принцип работы оформления типа «фазоинвертор» — корпус инвертирует по фазе энергию обратной стороны диффузора и при помощи порта передает ее в среду, тем самым усиливая акустическую отдачу. Проще говоря, корпус делает из «отрицательных» волн «положительные», эти «положительные» волны и усиливают итоговую отдачу.
В случае с ФИ, мы настоятельно рекомендуем использование фильтра инфранизких частот.
Раздел 2. Углубляемся.
С принципом работы разобрались, теперь перейдем к практике.
Мы уже много лет проводим тестирование корпусов типа ФИ и за годы работы выявили наиболее востребованные параметры корпуса, которые удовлетворят большинство наших пользователей. Но если есть желание получить действительно что то особенное от баса — придется поработать и настроить ФИ индивидуально.
При правильном подключении, диффузор движется сначала вверх, создавая разряжение в корпусе, за тем вниз, создавая сжатие. И это нормально, но в частных случаях лучше работает в обратном порядке. Потому, первое что мы попробуем изменить – заставим диффузор перемещаться сначала вниз, затем вверх. Для этого достаточно лишь поменять полярность подключения динамика – «перепутаем» плюс с минусом, теперь диффузор сперва переместится вниз и это серьезно изменит звучание. Не путайте акустические клеммы с питанием, подключив питающие провода к усилителю не верно, Вы гарантированно его сожжете.
Размяли динамик, отслушали наш стандартный корпус, поигрались с настройками магнитолы и частотами срезов, покрутили эквалайзеры и прочие «улучшайзеры»… что то все равно не устраивает? Так перейдем к существу вопроса и изменим корпус так, чтобы устраивало все!
Настройка. Давайте сразу договоримся, во многих источниках под «настройкой» ФИ принято понимать некую единственную частоту. Мы якобы можем включить какую нибудь программу, в которую нужно внести какие то параметры и которая сразу же нам скажет и нарисует нужный ящик. Все это в корне не верно. Настройка — это осознанный и практический процесс, итогом которого является нужный результат, не зависимо от того, будет это качество звука или какое то сверх-естественное давление или особенно широкий диапазон.
Объем служит для того, чтобы изменить полярность обратной волны с «-» на «+», порт же является своего рода передатчиком энергии. Проще говоря, объем нужен тем больше, чем ниже и глубже нужен бас, порт же нужен строго определенный, тк от порта зависит то, на сколько и какая именно частота будет усилена. Еще проще говоря, объем устанавливает рамки рабочего диапазона, порт усиливает нужную часть диапазона или расширяет его вверх или вниз.
Далее рассмотрим то, как на практике происходит процесс настройки корпуса. И для начала определим основные параметры, которые мы сможем измерить, ощутить, услышать и изменить. Не будем углубляться в физику, оно и не нужно, будем размышлять проще…
Громкость – все знают что это такое, измеряется в Децибеллах (Дб). Громкость бывает пиковая (большинство соревнований SPL), измеряется максимальный результат на одной частоте, и усредненная (формат LoudGames) – измеряется ряд частот, среднее значение принимается за конечный результат. Разницу в 3Дб мы уже можем услышать, разница в 10Дб очень хорошо ощутима на слух любому.
Эффективность – этот параметр описывает то, сколько фактической громкости мы получаем с одинаковой подводимой мощности. Пример: имея 500Вт, менее эффективный корпус даст 110Дб в среднем, более эффективный – 120Дб. Нашей задачей является получить максимум эффективности на всех воспроизводимых частотах.
Диапазон воспроизводимых частот – применительно к сабвуферу это диапазон частот от 20 до 100Гц. В идеале сабвуфер должен воспроизводить все эти частоты и с одинаковой громкостью, но в реальности этого конечно нет, сабвуфер отрабатывает часть диапазона и имеет спад громкости ближе к граничным частотам своих возможностей. Наша задача – заставить сабвуфер фактически воспроизводить частоты от 20 до 100Гц, но современные автомобильные мидбасовые динамики способны работать в диапазоне уже от 70-80Гц, а многие и от 50-60Гц, что существенно облегчает задачу.
Групповое время задержек(ГВЗ) – измеряется в миллисекундах, и чем оно выше, тем менее «содержательным» наш бас будет. На практике большое ГВЗ выражается в явном «запаздывании» баса, в отсутствии множества деталей, в «обмякшем», не эмоциональном и «гудящем» басе. Почему «групповое время» — если задержка одинакова на каждой воспроизводимой частоте во всем слышимом диапазоне от 20 до 20000Гц, то бас будет идеален и точен не зависимо от того, на сколько велика эта задержка. Более того, наличие задержки естественно, и чем ниже частота, тем выше задержка. Но в реальности разница между временем задержки на разных частотах гораздо выше идеала и куда менее постоянно, и ввиду этой непостоянной разницы звук превращается в кашу – одна частота играет раньше, другая позже. Наша задача – снизить ГВЗ до естественного уровня.
Максимум эффективности в полном диапазоне воспроизводимых частот при минимуме ГВЗ – наш рецепт идеального корпуса. В реальности же, как обычно, все не так просто, выигрывая в одном, жертвуем чем то другим…
Имея корпус типа «Фазоинвертор», мы оперируем тремя взаимосвязанными переменными – объем, площадь порта и длина порта. Изменяя их, мы имеем возможность добиваться нужного результата по каждому из вышеперечисленных параметров. Разберемся, за что отвечает каждая из этих переменных и как изменения повлияют на параметры звучания, а так же, как повлияет изменение на здоровье нашего динамика и надежность системы в целом.
Объем. Увеличивая объем, мы увеличиваем эффективность, но увеличиваем и ГВЗ, перемещаем нижнюю границу диапазона вниз, но так же, вниз перемещаем и верхнюю границу. И наоборот.
Объемом мы задаем границы диапазона воспроизводимых частот. Все знают о том, что с понижением частоты растет длина волны, а это значит, что чем больше объем, тем больше будет время задержки тыловой волны и тем более эффективным будет преобразование тыловой волны с «-» на «+» на нижних частотах, но тем менее эффективным будет преобразование на верхних частотах.
С увеличением объема, увеличивается уровень и ГВЗ внизу и вверху, но если внизу диапазона увеличение ГВЗ воспринимается как естественное, то вверху это совсем не так. Изменения эффективности так же происходят, с увеличением объема растет эффективность внизу, но падает вверху.
Безусловно, объем оказывает влияние и на ГВЗ, и на эффективность, но это влияние не велико и находится вблизи естественных пределов. Главная задача объема — получение нужного эффективного диапазона воспроизводимых частот.
Динамик и объем связаны между собой. Чем больше используемый объем, тем эффективнее динамик должен быть. Простой пример: 8″ динамик запускаем в объеме 150 литров, звука практически не будет, но 18″ динамик в том же объеме легко даст полноценный бас. Все дело в том, что с увеличением линейного хода, или с увеличением размера, или с увеличением эффективности, или с увеличением сразу всех трех этих характеристик, динамик способен эффективно воздействовать на бОльшую массу воздуха.
В результате наших собственных тестов мы уже определили для вас наиболее эффективный объем для каждого нашего сабвуфера, иными словами, мы определили диапазон, в котором сабвуфер будет работать так, чтобы было возможно получить наиболее качественный звук благодаря отсутствию «провала» между мидбасом и сабвуфером, при этом мы измерили множество различных мидбасов в различных реальных условиях, определив, что нижняя воспроизводимого ими диапазона — 69-84Гц. Если Ваш мидбас реально и эффективно работает ниже обозначенных рамок, то мы рекомендуем увеличивать объем, в следствии чего сабвуфер будет работать ниже, а жертва верхней границей окажется безболезненной для системы.
С объемом разобрались, с его помощью задаем начальные границы диапазона, теперь рассмотрим порт. Порт имеет 2 параметра — площадь сечения и длина, и изменяя эти параметры, мы определяем, какой ширины диапазон будет усилен портом, в какой части рабочего диапазона будет располагаться это усиление, на сколько эффективным будет усиление, как это повлияет на ГВЗ.
Длина порта. Увеличивая длину порта, тем самым мы увеличиваем массу воздуха в порте, то есть, увеличиваем нагрузку на динамик, заставляя его «толкать» бОльшую массу воздуха. Больше воздуха — выше эффективность, но выше и уровень ГВЗ.
Длина порта на прямую влияет на динамик, повышая или, наоборот, понижая нагрузку на диффузор. В условиях оптимальной нагрузки динамик работает наиболее эффективно, создается и приличный уровень звукового давления и организуются условия для обеспечения достаточно хода диффузора, а значит, и охлаждение звуковой катушки будет достаточным и звук будет приятно глубоким и точным. Увеличивая длину порта, мы конечно увеличиваем эффективность, но увеличиваем и нагрузку на диффузор, ход будет меньше, охлаждение хуже, ГВЗ выше.
Наша рекомендация, указанная к каждому динамику — это своеобразная золотая середина между высокой эффективностью и уровнем ГВЗ, что называется «динамик нагружен оптимально».
Необходимо иметь ввиду, нагрузка на динамик создается как корпусом ФИ сзади, так и салоном автомобиля спереди. Все наши тесты мы проводим для среднего багажника автомобиля средних размеров. Предположим нагрузка на динамик спереди снижается (слушаем с открытыми дверями или автомобиль слишком большой, типа микроавтобуса), в этом случае длину порта необходимо увеличить, тем самым мы компенсируем падение фронтальной нагрузки повышением тыловой нагрузки. Обратный случай — замкнутое пространство багажника седана ввиду своего ограниченного объема существенно «сдерживает» ход сабвуфера, нагрузку в этом случае так же необходимо компенсировать, но уже путем уменьшения длины порта.
Изменяя длину порта, мы так же можем достигнуть и другой цели — расширить диапазон воспроизводимых частот или вверх или вниз, но в этом случае неизбежно выведем систему из равновесия. Увеличивая длину порта, мы, как и в случае с объемом, но в гораздо меньшей степени, увеличиваем и время задержки «тыловой» волны, тем самым повысим эффективность работы сабвуфера в нижней части диапазона. Однако, как уже было сказано выше, сделав это, мы жертвуем «здоровьем» динамика, заставляя его работать выше своих возможностей. Оптимальная же длина порта усиливает весь диапазон воспроизводимых частот, усиливая центральную его часть с плавным падением к краю.
Наша рекомендация длины порта — это золотая середина между высокой эффективностью и ГВЗ в условиях установки сабвуфера в багажнике средних размеров для обслуживания объема салона среднего автомобиля.
Итак, что мы имеем. Отталкиваясь от наших рекомендаций, увеличиваем длину порта в случае, если необходимо компенсировать нагрузку на динамик. Увеличиваем длину порта чтобы увеличить отдачу внизу рабочего диапазона, увеличить нагрузку на динамик и принести в жертву эффективность и увеличить ГВЗ. И наоборот.
Площадь порта. Изменяя площадь порта, мы сужаем или расширяем диапазон воспроизводимых частот сабвуфера, так же, изменяем как эффективность, так и ГВЗ.
Площадь, как и длина порта, разгружают или нагружают динамик, изменяя массу воздуха в порте. Чем больше площадь, тем выше ГВЗ и выше эффективность и наоборот.
Порт имеет определенную пропускную способность. Чем больше площадь порта, тем выше его пропускная способность, тем лучше порт работает на низких частотах, но тем более узким будет диапазон. Однако, слишком большая площадь порта сильно перегрузит динамик до такой степени, что его эффективность упадет до нуля. И наоборот, слишком малая площадь порта, и о прибавке громкости, свойственной ФИ, можно забыть.
Наш порт — это разумный компромисс между шириной диапазона, эффективностью и ГВЗ. В итоге, опять же отталкиваясь от наших рекомендаций, увеличиваем площадь порта в случае, если есть необходимость получить повышенную эффективность в суженном диапазоне частот, или же уменьшаем площадь порта в случае, когда нужно расширить диапазон или снизить ГВЗ, но есть возможность и жертвовать эффективностью.
Комплексные изменения. Как мы видим, и объем, и порт отвечают за одни и те же параметры, но в реальности их влияние не одинаково ни по степени, ни по силе воздействия на конечный результат. Изменяя объем, мы настраиваем диапазон воспроизводимых частот, изменяя порт, мы настраиваем сабвуфер на работу в конкретных условиях. Однако, как Вы уже поняли, существует множество вариантов изменений сразу нескольких параметров, в результате чего есть возможность настроить сабвуфер так, чтобы он работал индивидуально. Это означает, что Вы добровольно жертвуете каким то менее значимым параметром звучания, но получаете возможность выделить гораздо более значимый.
Пределы изменений. Изменение объема всегда будет оказывать менее существенное влияние на характер звучания, чем порт, но пределы изменения объема значительно более широкие. Полезные изменения объема находятся в пределах +-60% от исходного. Изменения площади и длины порта следует делать с особой осторожностью, и в пределах не более 35%. Все изменения, выходящие за эти пределы, повлекут серьезные негативные последствия, перекрывающие все видимые плюсы. Это и существенные изменения звучания в негативную сторону, равно как возможно и очень значительное повышение нагрузки на динамик.
Так же, при комплексных переменах остерегайтесь «двойного действия». К примеру, увеличили объем и увеличили длину порта — оба эти действия не просто сильно понизят диапазон воспроизводимых частот, но и крайне серьезно перегрузят динамик. Необходимо проявить максимум осторожности и внимания к внесению изменений подобного характера.
Вполне возможно, внося одно изменение, компенсировать его другим. Например, увеличивая объем, уменьшить длину порта и т.п. Такие изменения способны как привести к нужному результату, так и компенсировать нежелательные последствия.
Помните, любые изменения полезны до того момента, пока не вносят более существенный вред. Нет таких изменений, которые дают только плюсы и не имеют минусов. При изменении нами рекомендованного корпуса, перед Вами стоит конкретный вопрос – чем, в какой степени и ради чего Вы готовы жертвовать.
Программы для компьютерного моделирования. В природе существует ряд программ, способных смоделировать результат работы сабвуфера на базе некоторых параметров. Мы рекомендуем ознакомиться с такими программами, по одной единственной причине — они способствуют пониманию изложенного материала. Однако, результат моделирования ни в коем случае не должен являться для Вас руководством к действию ввиду того, что ни одна программа на сегодняшний день не учитывает и половины тех нюансов, которые в реальности влияют на работу сабвуфера. Невозможно с помощью программы построить сабвуфер с нуля, однако возможно понять, как то или иное изменение корпуса повлияет на характер звучания в целом. Иными словами, программа поможет только тогда, когда уже есть от чего отталкиваться и нужно внести какие то изменения в уже существующий и рабочий корпус.
Начальное руководство мы получили, давайте теперь рассмотрим на реальных примерах применение полученных знаний…
Пример 1. Мидбас поставили в ящик или в хорошо подготовленную дверь, теперь он работает значительно ниже и эффективнее чем раньше, а естественная величина задержки на нижней границе мидбасового диапазона возросла. Получается, что нам уже не нужен диапазон работы от 20 до 80Гц, а нужен лишь от 20 до 60Гц. Мы знаем, что DD исследует и создает корпуса так, чтобы они эффективно воспроизводили частоты «сверху вниз», то есть, DD жертвует самым низом, чтобы правильно состыковать мидбас и сабвуфер и получать «цельный» звук. Увеличиваем объем и смотрим что получилось – сабвуфер теперь работает более эффективно и глубоко, а возросшая задержка на верхней границе не оказала влияния на звук, т.к. разница между нижней задержкой мидбаса и сабвуфером не изменилась.
Пример 2. Низкокачественный мидбас поставили в штатное место… При таких условиях возникает существенный провал между сабвуфером и мидбасом, в результате ряд частот мы просто не слышим, а сабвуфер играет «отдельно от музыки». Чтобы получить естественный звук, лучше всего будет не перекладывать проблему «с больной головы на здоровую» и поработать с мидбасом. Но если это невозможно (а оно часто невозможно по целому ряду причин), существует ряд решений:
— уменьшаем объем корпуса. Жертвуя нижними частотами, мы все же получаем «цельное» звучание.
— уменьшаем площадь порта и уменьшаем длину порта. Жертвуя эффективностью, получаем более широкий диапазон воспроизводимых частот.
— уменьшаем объем и увеличиваем длину порта. Жертвуя «здоровьем» динамика, расширяем диапазон…
Пример 3. Нужен более глубокий, более «мягкий» бас…
— уменьшаем площадь порта. Жертвуя эффективностью, мы расширяем диапазон и уменьшаем разницу в громкости между частотами в центре диапазона, уменьшаем ГВЗ, получаем точный, низкий, приятный бас, но менее громкий…
— уменьшаем объем, увеличиваем длину порта, уменьшаем площадь порта, в итоге изменений уровень ГВЗ падает вместе с эффективностью, а диапазон существенно расширяется с плавным спадом за пределами…
Пример 4. Хочется «надавить» на соревнованиях…
— в этом случае уменьшаем объем, увеличиваем площадь и длину порта, получаем рост эффективности в центре диапазона и резкий спад по краям, сам же диапазон смещается вверх ближе к резонансной частоте кузова. Для музыки не подойдет, но «надавить» уже куда веселее.
Пример 5. Хочется много «инфры» c «ветерком»…
— увеличиваем объем, увеличиваем площадь порта. Сдвигаем диапазон в «нужное» место и площадью порта увеличиваем эффективность, бинго, жертвуем всем в пользу эффективности на самых низких частотах.
— увеличиваем объем, увеличиваем площадь порта, увеличиваем длину порта. Тот же самый результат, но в условиях, когда мощности недостаточно и есть некоторый «запас» в системе охлаждения.
Пример 6. Нужно получить максимально качественный бас…
— уменьшаем площадь порта. Теряем в эффективности, но получаем более широкий диапазон и уменьшаем ГВЗ.
— уменьшаем площадь порта и уменьшаем объем. Теряем в эффективности еще больше, расширяем диапазон вверх и серьезно уменьшаем ГВЗ…
Пробуем! Полученный звук нестандартен и с помощью простых манипуляций с объемом корпуса или параметрами порта уже соответствует Вашей системе! Для персонализации большинства систем и этих знаний более чем достаточно. Однако профессиональный подход подразумевает более детальные и более точные изменения.
Понимание того, за что отвечает изменение, мы уже дали, профессионалу же нужно нечто большее — это измеренные и предельно точные режимы работы, в которых возможно «выжать» максимум пользы из сабвуфера, предельно качественный звук, предельно высокий уровень громкости, предельно точный диапазон работы…
Фазоинвертор не на бумаге
Такие задачи возникают у детей, у взрослых и у олигархов. Первым задают, у вторых горят, третьи — контролируют. Все эти решаются известными методами, мы пойдём дальше.
Закономерным финалом саги о фазоинверторе будут практические аспекты его воплощения в жизнь. Ключевым элементом здесь становится именно труба, она же — тоннель, она же в результате рабской транслитерации с английского — порт. Именно она, труба, позволит реализовать на практике два главных параметра, определяющие акустический облик задуманного фазоинвертора: объём корпуса и частота его настройки. Эти две величины, одна в литрах, вторая — в герцах, становятся результатом либо самостоятельного расчёта, либо следования ранее сделанным калькуляциям. Их источником могут быть изготовители динамика, наши тесты или же советы специалистов, основанные на их практике. Во всех трёх случаях бывает, что даются готовые размеры тоннеля, обеспечивающие настройку известного объёма на нужную частоту, но, во-первых, не каждый раз, а во-вторых, слепое копирование не всегда возможно и всегда непохвально. Так что более общей и гораздо более продуктивной будет такая постановка задачи: известны объём и частота, а вопрос об их физической, в материале, реализации станем решать самодеятельно. Часть истории будет организована по принципу вопросов и ответов: номенклатура вопросов известна, в редакционной почте они повторяются с регулярностью, дающей повод для статистических выкладок, которые так любит наш тестовый департамент. Не стану отнимать у них любимую игрушку, у нас — свои. Итак, что вначале, рассчитываем тоннель или покупаем трубу, которой этим тоннелем предстоит стать? По идее надо вначале купить — трубы бывают не любого диаметра, а из некоторого ряда значений, если брать готовые, а не накручивать самому из бумаги на клею, как пионер из кружка юного космонавта. Но начать придётся всё же с хотя бы грубой прикидки, и дело здесь в том, что…
К вопросу о толщине: проталкивая тот же объём воздуха через более тесный тоннель, его придётся разгонять до более высокой скорости. А «скорость — это смерть»
Толщина имеет значение
Если тоннель действительно труба (есть ведь и варианты), какой она должна быть в диаметре? Самый общий и самый грубый ответ: чем больше, тем лучше. Совет действительно радикален и может вызвать протестную реакцию: а если я возьму и сделаю тоннель диаметром вдвое больше динамика? Не возьмете и не сделаете, как бы ни старались, об этом больше ста лет назад позаботился некто Герман Гельмгольц, резонатором имени которого фазоинвертор и является, а позже — создатели автомобилей, сделавшие их по габаритам меньше существовавших в то время паровозов. Итак, по порядку, почему больше и почему что-то этот процесс остановит.
Окончательная и фактическая формула, заменяющая компьютерную программу. Она правильная, проверили неоднократно. Смысл выделенного красным «хвостика» будет объяснен в тексте.
Впрочем, намного раньше, чем фазик погибнет как средство звуковоспроизведения, он станет источником звуков, для которых не предназначен, вихри, возникающие при излишне высокой скорости движения воздуха, создадут струйные шумы, нарушающие гармонию басовых звуков самым бессовестным и неэстетичным образом.
Что следует принять за минимальное значение площади сечения тоннеля? В разных источниках вы найдёте разные рекомендации, далеко не все из них авторами были когда-либо опробованы хотя бы путём вычислительного эксперимента, о других уж не говорим. Как правило, в такие рекомендации закладываются две величины: диаметр диффузора и максимальная величина его хода, то самое Xmax. Это разумно и логично, но в полной мере относится лишь к работе сабвуфера на предельном режиме, когда о качестве звучания говорить уже немного поздно. Основываясь на многочисленных практических наблюдениях, можно взять на вооружение куда более простое правило, оно небезупречно и не совсем универсально, но работает: для 8-дюймовой головки тоннель должен быть не меньше 5 см в диаметре, для 10-дюймовой — 7 см, для 12-ти и больше — 10 см. Можно ли больше? Даже нужно, но вот именно сейчас нас кое-что остановит. А именно — длина тоннеля. Дело в том, что…
Длина имеет значение
Гельмгольц написал бы свою формулу точно так же,
просто в тот момент не было фотографа.
Как и было сказано, её скомандует великий Герман фон Гельмгольц. Вот он, у доски в Гейдельбергском университете, а на доске — та самая формула. Ну ладно, в этот раз её написал я, но придумал — он и написал бы точно так же. Эта немудрёная, поскольку выведена для идеального случая, зависимость показывает, какова будет частота резонанса некоей полости (нам привычнее ящик, хотя Герман фон делал эдакие пузыри с трубами-хвостиками) в зависимости от объёма V, длины L и площади сечения хвостика. Обратите внимание: параметров динамика здесь нет, и было бы странно, если бы они были. В любом случае полезно запомнить и никогда не поддаваться на провокации: настройка фазоинвертора полностью и исчерпывающе определяется размерами ящика и характеристиками тоннеля, соединяющего этот ящик с окружающей средой. Помимо этого в формулу входят только скорость звука в атмосфере планеты Земля, обозначенная «с», и число «пи», не зависящее даже от планеты.
Может ли тоннель находиться снаружи ящика? Да целая фирма на этом построила свой бизнес, патент на удобный для размещения сабвуфер был растиражирован стонями тысяч басовых труб SAS Bazooka. А производители встроенных сабвуферов для домашних театров вообще не парятся…
Можно ли тоннель оставить внутри, но согнуть как удобнее?
Эта же формула плюс некоторые поправки заложена и во все известные программы по расчёту фазоинверторов, но прямо сейчас формула для нас удобнее, всё на виду. Смотрите: что будет, если вместо минималистского тоннеля поставить другой, попросторнее (и потому получше)? Потребная длина возрастёт пропорционально квадрату диаметра (или пропорционально площади, но ведь мы трубу-то собрались по диаметру покупать, по-другому не продают). Перешли от 5-сантиметровой трубы к 7-сантиметровой, это к примеру, длина при той же настройке понадобится вдвое больше. Перешли на 10 см — вчетверо. Беда? Пока — полбеды. Дело в том, что…
Калибр имеет значение
Беда сейчас будет. Ещё раз глядим на формулу, на этот раз — в знаменатель, фокусируйте зрение. При всех прочих равных длина тоннеля будет тем больше, чем меньше объём ящика. Если для того, чтобы настроить на 30 Гц 100-литровый объём, имея в распоряжении 100-миллиметровую сантехническую трубу, надо открыжить и вклеить в ящик отрезок говнопровода протяжённостью 25 сантиметров, то при объёме ящика 50 л это будет полметра (что уже не меньше, чем полбеды), и при довольно распространённых 25 л тоннель такой толщины должен будет иметь метровую длину. Это уже беда, без вариантов.
В наших, практических условиях объём ящика в первую очередь определяется параметрами динамика, и в силу причин, читателям этой серии уже хорошо известных, для головок калибра 8 дюймов оптимальный объём редко превышает 20 л, для «десяток» — 30 — 40, лишь когда дело доходит до 12-дюймового калибра, мы начинаем иметь дело с объёмами порядка 50 — 60 л, и то не всегда.
Форма имеет значение
Вы едва ли могли не заметить: я очень люблю копаться в патентах, поскольку считаю, пусть дорога от изобретения к реальной жизни не столь уж коротка, патент — отражение мысли в виде вектора, то есть — с учётом направления. Большинство новаций, предложенных (и неуклонно предлагаемых) неутомимыми умами в отношении фазоинвертора, сконцентрировано на борьбе с двумя мешающими факторами: длина тоннеля, когда его сечение велико, и струйные шумы, когда его сечение, стремясь сократить длину, попытались уменьшить. Первое, простейшее решение, о допустимости которого нас спрашивают в редакционной почте раз по пять в месяц: можно ли тоннель поместить не внутрь ящика, а снаружи? Вот ответ, окончательный, фактический и настоящий, как бумага на квартиру профессора Преображенского: можно. Хоть частично, хоть целиком, внутрь ящика тоннель запихнули исключительно из эстетических соображений, у фон Гельмгольца он торчал снаружи, и ничего, он это пережил. Да и современность наша даёт примеры: вот, скажем, ветераны car audio не могут не помнить (многие, честно говоря, не могут забыть) «басовые трубы» фирмы SAS Bazooka. Они ведь начались с патента на сабвуфер, который удобно поместить за сиденьем грузовика — любимого транспорта американцев. Для этого изобретатель протянул трубу фазоинвертора вдоль корпуса снаружи, заодно уж придав её распластанную по поверхности цилиндрического корпуса форму. Это — один пример, есть другой: некоторые фирмы, выпускающие встроенные сабвуферы для домашних кинотеатров, выводят наружу трубу-тоннель полосового сабвуфера-бандпасса. Тип сабвуфера в данном случае значения не имеет: это тот же резонатор имени сами знаете кого. Ещё одно решение тоже, судя по письмам, ищут, но опасаются. «Можно ли гнуть тоннель?» Ответ — в стиле Филиппа Филипповича и очевиден. Иначе не выпускали бы сразу несколько компаний (DLS, JL Audio, Autoleads, etc. etc.) гибкие трубы специально для этой цели. А в области патентной документации есть даже интересная подсказка, как можно эту задачу решить не без изящества и материальной экономии: была в своё время предложена конструкция модельного тоннеля, который бы собирался из типовых элементов в любой желаемой форме, иллюстрация поведает об остальном. От себя добавлю: большая часть изображённых в патенте деталей трогательно напоминает номенклатуру элементов канализационных сетей местного значения, что и является практическим рецептом внедрения интеллектуального эксцесса американского изобретателя.
Уход от цилиндрической формы тоннеля предлагался и для сокращения его длины, и в виде локальной «аэродинамической обработки», для снижения струйных шумов.
Борясь с неуместной длиной тоннеля, часто идут по пути строительства так называемых «щелевых портов», их достоинство — в конструктивной интеграции с корпусом, что позволяет, при известном воображении, сделать тоннель довольно протяжённым, на прилагаемой схеме — сразу несколько вариантов, которым вопрос, разумеется, далеко не исчерпывается (три верхних эскиза принадлежат перу известного хай-эндщика Александра Клячина, остальное было делом техники).
Щелевой тоннель интегрирован с ящиком, от этого его можно сделать длиннее обычного, «вставного», подгонять длину, правда, гораздо труднее…
Значит, надо подгонять не длину, а сечение: вот как это делал один житель столицы Пермского края.
В сворачивании тоннеля фазоинвертора некоторые светлые умы дошли до крайностей: один светлый предложил, например, свернуть тоннель в виде спирали вокруг цилиндрического корпуса громкоговорителя, другой на хитрую формулу Гельмгольца ответил тоннелем-винтом, такая концепция нам здесь, в России, знакома…
Экзотические, отчаянные решения
(свернуть тоннель спиралью или винтом)
Но вообще-то все эти решения (даже с винтом) — лобовые, здесь тоннель неизменной длины просто приделывается или складывается так, чтобы не мешал. Известны (и даже продаются в товарных количествах) реализации другого принципа. Здесь дело вот в чём.
Сечение имеет значение
Не площадь, как таковая, а характер её изменения по длине тоннеля. До сих пор мы, ведомые учением фон Гельмгольца в его самой простой, школьной форме, считали непременным, что поперечное сечение тоннеля постоянно. А нашлись люди, которые это условие нарушили и даже нажили на этом денег.
Опытные читатели помнят, например, статью нашего итальянского коллеги профессора Матарацци, где он предлагает эффективные решения по сокращению длины тоннеля путём придания ему конической или дважды конической, как песочные часы, формы. В «А3» №10/2001 расчёты по программам профессора приведены в виде таблиц, а сами программы сеньор недавно по нашей просьбе нашёл и прислал. Ко времени выхода этого номера из печати мы их выложим на сайт в разделе «Приложения». Правда, исходный код рассеянный профессор потерял безвозвратно, так что программки остаются на итальянском, если кто знает, как перевести, не имея кода, примем помощь с признательностью.
А пока отметим: в своих изысканиях профессор и не первый, и не единственный. На этом направлении происходили даже целые трагедии. Давние читатели журнала, возможно, помнят заметку в «А3» №2/2003 о судебном иске по поводу тоннеля фазоинвертора, не столь давним напомню: корпорация Bose усмотрела, что другая корпорация, JBL, использовав в своих колонках тоннели фазоинвертора с криволинейной образующей, названные Linear-A, тяжко посягнула на интеллектуальную собственность Bose Corp. В доказательство был приведен патент США, где упоминалось, в числе прочего, что неплохо было бы тоннель сделать с эллиптической образующей, он тогда будет и короче, и тише с точки зрения струйных шумов. Напрасно JBL пыталась втолковать суду, что у Bose эллипс, а у JBL — экспонента. Суд пояснил, что эллипсы-шмеллипсы — дело десятое, а колонок продали много, бухгалтерия Bose посчитала: нажива JBL составила 5676718 долларов и 32 цента, что и предлагалось внести в кассу обиженной стороны. Занесли как миленькие, включая медяки, а во всех колонках тоннели поменялись на другие, FreeFlow, типа — улучшенная модель. Вот как бывает…
Уход от цилиндра как формы тоннеля предлагали очень и очень многие. Кто — в стиле Матарацци с вариациями, кто — в скромном, локальном масштабе, ограничиваясь приданием криволинейных обводов концам цилиндрического тоннеля с целью снижения струйных шумов от завихрений. Наиболее же радикальное средство борьбы и с длиной, и с шумами не только придумал, но и эксклюзивно пользуется им уже не один год Мэттью Полк, основатель компании своего имени. Суть устройства под названием PowerPort такова: часть функций тоннеля берёт на себя одна или две, на каждом конце трубы, кольцевая щель между стенкой ящика и поставленным на строго рассчитанном расстоянии от неё «грибком», впрочем, на рисунке всё видно. Такими тоннелями снабжаются практически все домашние громкоговорители Polk Audio. И ежели только кто покусится, плакали его 32 цента плюс ещё кое-что. Для себя же, любимых, никто не запретит такую штуку попробовать, тем более что когда-то давно Полк выложил на свой корпоративный сайт таблицу в «Экселе», по которой можно всё рассчитать, я её тогда же с этого сайта попёр (получив на это позже, задним числом, благословение автора — я же не с целью наживы) и даже перевёл сопроводительные инструкции на великий и могучий, это всё лежит у нас на сайте.
Самое эффектное решение в этой области: PowerPort Мэттью Полка. Изобретение не осталось на бумаге, оно — составная часть почти всей акустики Polk Audio.
A propos, и труды профессора Матарацци, и революционная разработка Мэттью Полка напоминают нам вот о чём: гимназическая формула Гельмгольца, помимо прочего, не учитывает очень существенный для практики эффект: в огромном большинстве случаев (практически — всегда) один из концов тоннеля прилегает к стенке корпуса сабвуфера, это касается как круглых труб, отпиленных заподлицо со стенкой, так и труб, снабжённых аэродинамической законцовкой, а в ещё большей степени — щелевых портов, прилепившихся к стенке. Близость стенки создаёт концевой эффект, напоминающий то, чего намеренно добивался автор PowerPort — виртуального удлинения тоннеля. Поэтому-то к формуле, непосредственно произведенной из трудов фон Гельмгольца современные прикладные спецы рекомендуют вводить поправку, чисто эмпирическую, но оттого не менее нужную, она выделена красным, чтобы было ясно, где классик XIX века, а где — практика XX.
А вообще-то, друзья дорогие, пора браться за дело, не век же в бумажках копаться. Дело-то как раз в этом…