Расчет короба для сабвуфера
Итак, вы определились с сабвуфером, подобрали к нему усилитель, выбрали акустическое оформление и решили самостоятельно изготовить корпус. Перед тем как создать чертеж вам нужно рассчитать короб для сабвуфера, то есть получить исходные данные. Для закрытого ящика — это объем; для фазоинвертора — это объем корпуса, площадь сечения порта и его длина; для четвертьволнового резонатора — длина и площадь сечения тоннеля; для бандпассов — объем отсеков, площадь и длина портов, форма корпуса. Все эти параметры нужно рассчитать и для этого применяются специальные программы. Основой для всех калькуляций являются параметры Тиля — Смолла.
Смысл правильного расчета сабвуфера заключается в том, что бы спроектировать такое оформление, в котором динамик будет выдавать бас, подходящий для ваших вкусов и музыкальных предпочтений. Например, для закрытого ящика плавность АЧХ и характер звучания будет зависеть от объема корпуса, который вам нужно будет подобрать исходя из характеристик вашего сабвуферного динамика; для фазоинвертора частота настройки и горб АЧХ зависит от объема корпуса, объема порта, его длины формы и сечения и т.д.
Какой должна быть частота резонанса фазоинвертора?
Частота резонанса фазоинвертора (в общем случае) должна быть на 1/3 (на 33 %) ниже, частоты резонанса того же динамика в том же ящике при закрытом отверстии фазоинвертора.
Пример: Fрез. динамика в ЗЯ = 60 Гц. 60 х 0,33 = 20гц. 60-20 = 40 Гц.
Расчётная резонансная частота ФИ в данном примере должна быть 40 Гц.
Для этой частоты, а считаю далее диаметр и длина фазоинвертора под объём данного ящика. А теперь рассмотрим более научные варианты расчета фазоинвертора.
Программы для расчета корпуса сабвуфера
Speaker Box Lite
Одна из самых современных и удобных программ для расчета сабвуферов. Speaker Box Lite поможет вам быстро и удобно рассчитать корпус для сабвуфера, а так же нарисовать его эскиз и сделать раскрой материала. Cтроит графики АЧХ, учитывает передаточную функцию салона, основывается на параметрах Тиля — Смолла, дополнительно отображает импеданс системы, фазовую характеристику, групповые задержки и т.п.
JBL speaker shop
Программа для расчета оформления динамиков и сабвуферов в частности. Программка старая и не работает с последними операционками, но до сих пор лучше ничего не придумано, по этому приходится применять небольшие ухищрения для работы. Программа строит графики АЧХ, учитывает передаточную функцию салона, учитывает параметры Тиля — Смолла — то есть все что нужно, чтобы правильно рассчитать короб для сабвуфера.
BassBox 6 Pro
Программа для расчета сабвуферов, работает на основах JBL speakershop, в 5й версии у них был даже одинаковый интерфейс — в 6й его изменили. Но программа работает хорошо и кому-то возможно будет удобнее работать с ней.
Bassport
Узконаправленная программа, предназначена для расчета портов фазоинвертора для определенного объема, полноценно корпус в ней не рассчитать. Все внимание направлено на проектирование портов, учитывает воздушные потоки, формы, расстояния до стенок и перегородок.
UniBox (Unified Box Model)
Очень простая программка, работает на Microsoft Windows Excel 2000. Может симулировать уровень звукового давления, кривую импеданса динамиков, АЧХ и т.п.
Как работать с JBL SpeakerShop?
Весь функционал программы делится на два больших модуля. С помощью первого можно рассчитать объем короба для сабвуфера. С помощью второго рассчитывается кроссовер. Для того, чтобы приступить к расчёту, следует открыть SpeakerShop Enclosure Module. В нём имеется возможность моделирования АЧХ для закрытых ящиков, фазоинверторных корпусов, бандпассов, а также пассивных радиаторов. В практике чаще всего используют два первых варианта. Множество полей для ввода может сбить с толку. Однако не стоит отчаиваться.
Для того чтобы рассчитать литраж, вполне достаточно использовать лишь три параметра:
- резонансная частота (Fs);
- эквивалентный объем (Vas);
- полная добротность (Qts).
Для повышения точности расчёта допустимо использовать и другие характеристики. Их можно найти в руководствах к динамикам или в интернете. Всё же, как было сказано выше, можно вполне обойтись и этой тройкой характеристик, называемых параметрами Тиля-Смола. Ввести эти параметры можно в форму, которая появиться после нажатия клавиш Ctrl+Z. Помимо этого, к форме можно перейти после выбора пункта меню Loudspeaker – Parametersminimum. После введения данных программа предложит подтвердить их. На следующем этапе необходимо смоделировать амплитудно-частотную характеристику, далее – АЧХ.
Объем корпуса и площадь порта для сабвуфера
Фундаментом для расчета является объем предполагаемого корпуса, а от него зависит площадь порта.
Любой корпус содержит в себе какой-то объем воздуха. Так вот на определение оптимального размера влияет большое количество факторов: это ход динамика, резонансная частота, мощность, передаточная функция салона, сама настройка корпуса и т.п. Тем не менее, проходя через воронку всех этих зависимостей, на выходе проявляются какие-то общие результаты и диапазоны, которые и применяются для первоначального определения объема. Диапазоны эти привязаны к площади диффузора динамика, как к одному из основных параметров. Даны они в кубофутах, это результаты множества опытов энтузиастов АЗ по всему миру, но нужно отметить что наибольший вклад внесли конечно американские коллеги. Такие диапазоны стали формироваться на американских форумах с начала 2000 годов, так же сюда замешаны общие рекомендации разных производителей и вот выведены примерные значения, которые все это время проверялись практикой и незначительно корректировались.
Если перевести в понятные нам литры, то получатся вот такие цифры.
Это лишь примерные рамки для отправной точки расчетов. Так как зависимостей очень много, и разные динамики в одном и том же объеме будут играть по разному. Так же один и тот же корпус в разных системах так же будет звучать по разному. Так вот для нахождения оптимального объема нужно учесть основные факторы, которые влияют на поведение сабвуфера.
Расчет корпуса закрытого ящика
Объем закрытого ящика влияет на итоговую резонансную частоту и добротность динамика. И от этого будет зависеть на сколько динамик будет низко играть и какой будет характер звучания.
Как ориентироваться в представленном диапазоне.
1) Смотрите на линию рассчитанной АЧХ в программе для расчета и подбирайте тот предполагаемый график звучания, который вам подходит.
2) Так же ориентируйтесь на такой объем, что бы итоговая добротность была близка к 0,7.
3) Учитывайте мощность. В случае если усилитель у вас чуть меньше РМС сабвуфера и соответственно связка будет настроена на номинал усилителя. Двигайтесь в большую сторону, если же усилитель настроен на номинал динамика или просто равен по заявленной мощности сабвуферу – берите среднее значение. Если же вы очень опытный любитель АЗ и учли подъемы импеданса понижения напряжения и тп. и настроили мощный усилитель выше заявленного номинала динамика, что бы выжать из сабвуфера максимум, тогда ужимайте объем.
Чем больше объём ящика, тем легче двигаться диффузору и тем эффективность больше что и нужно на сравнительно малой мощности. Меньший же объем имеет большую упругость и будет являться своего рода подушкой безопасности для динамика, что нужно на повышенных мощностях. Это относится не только к ЗЯ но и к ФИ так как большой объем при высокой мощности может приводить к не достаточному демпфированию динамика на частоте настройки или превышению хода на других частотах.
К примеру, возьмем 10 саб с RMS 300 Вт, а усилитель — 250 Вт. В таком случае ориентируйтесь на объем в районе 18-20 литров.
Но при этом не забывайте про добротность и примерную АЧХ. Вот среди этих параметров и нужно искать компромисс.
Расчет корпуса фазоинвертора
В случае с объемом действуйте так же как с ЗЯ. Только вместо добротности добавляется зависимость объема от настройки корпуса. Настройкой называют частоту, на которой сабвуфер будет наиболее эффективно работать, а соответственно и громче играть.
Настройка корпуса выбирается из музыкальных предпочтений. Если грубо то Low, srewed и всевозможные заниженные треки это 27-33 Гц; рэп, дабстеп и тп. 30-37 гц; джаз, рок инструментал, клубная музыка 40-45 Гц; а если всего понемногу – это 35-40 Гц.
Общее такое правило, чем ниже настройка, тем больше объем. Это связано с резонансной частой, а так же дает меньшее удлинение порта при понижении настройки.
Ориентируйтесь на максимум объема для настройки ниже 30 Гц и на минимум при настройке свыше 40 Гц.
Таким образом, при определении объема в представленных диапазонах ищите компромисс между мощностью настройкой и формой АЧХ.
Для фазоинвертора нужно еще определять площадь порта. Вообще основная задача, сделать порт таким, чтобы скорость в нем не превышала определенных значений, после которых, могут появляться шумы или чтобы он не запер ящик. Либо чтобы порт не был слишком большим, для правильной нагрузки сабвуфера.
Существует общая рекомендация 12 – 16 дюймов на кубофут. То опять же примерный диапазон. И площадь порта зависит, в том числе от мощности сабовой связки и чем итоговая мощность выше, тем больше нужен порт и наоборот. На слабых мощностях большой порт не нужен. Но это не все, тут еще нужно учитывать форму порта, внутреннюю его площадь, шероховатость и тп. Как видите, опять все уходит гораздо глубже и из теории можно не выбраться. К счастью существует безопасное значение это как раз верхнее значение рекомендаций 16 квадратных дюймов на 1 кубофут объема или 3,65 кв.см. на 1 литр объема для щели. Для круглого порта можно использовать 3,2 3,65 кв.см. на литр. Эти значения гарантированно дадут вам порт, который будет хорошо работать в абсолютном большинстве переменных, даже не смотря на некоторые допущения и опускание некоторых зависимостей.
В принципе с опытом приходит понимание, где можно уменьшить порт, возможно для экономии места или иногда нужно правильно нагрузить связку на малой мощности. Но и данные рекомендации на 1 литр не разочаруют и это отношение можно применять практически всегда.
Вариант №3. Расчет размера фазоинвертора по номограмме
рис. 9. Номограмма
В области низких частот работа громкоговорителя не зависит от формы ящика или типа фазоинвертора, а определяется лишь двумя параметрами акустического оформления — объемом ящика-фазоинвертора V и частотой его настройки Fb. К нахождению этих величин и сводится в основном расчет акустического оформления.
Для того чтобы уяснить методику расчета громкоговорителей с помощью номограммы, рассмотрим несколько примеров.
Пример 1.Рассчитать оптимальное акустическое оформление для известной низкочастотной головки. Допустим, что с помощью измерений параметры головки определены: Qa=3,2, Qe=0,33, Vas=0,120м3, fs=40 Гц. При работе от усилителя с нулевым выходным сопротивлением (Rg=0) Qt головки составит 0,3. Отметим на оси абсцисс точку Qt=0,3, проведем через нее перпендикулярную оси прямую и найдем ординаты точек пересечения прямой с кривыми в верхней и нижней частях номограммы: Vas/V=3, fb/fs=1,25, f3/fs=1,47. Подставляя в полученные отношения измеренные значения параметров головки Vas=0,120м3, fs=40 Гц, находим: V=0,04 м3, fb=50 Гц, f3=59 Гц. Таким образом, если не принимать мер к дополнительному регулированию Qt, для получения гладкой частотной характеристики громкоговорителя заданную головку достаточно поместить в ящик-фазоинвертор объемом 0,04 м3 и настроить его на частоту 50 Гц. Частота среза громкоговорителя при этом окажется равной 59 Гц.
Пример 2.Для той же исходной головки с Qa=3,2, Qe=0,33, Vas=0,120м3, fs=40 Гц требуется так рассчитать параметры ящика-фазоинвертора, чтобы частота среза громкоговорителя оказалась равной 35 Гц. При оговоренной частоте среза расчет начинается с определения f3/fs. В рассматриваемом случае f3/fs=0,875. Далее через точку с ординатой 0,875 на кривой f3/fs проводится прямая, перпендикулярная оси абсцисс, и определяются координаты точек пересечения ее с кривыми Vas/V и fb/fs , т. е. Qt=0,415, Vas/V=1.05, fb/fs =0.93. Подставляя в полученные отношения значения параметров головки Vas=0,12м3, fs=40 Гц, находим V=0,114 м3, fb=37 Гц. Следовательно, для того чтобы получить гладкую частотную характеристику громкоговорителя с частотой среза f3=35 Гц, объем ящика-фазоинвертора должен составлять 0,114 м3, а частота настройки — 37 Гц. Кроме того, поскольку требуемое значение общего Q головки отличается от измеренного (при работе от усилителя с нулевым выходным сопротивлением Qt=0.3), для достижения желаемой формы частотной характеристики потребуется дополнительное регулирование этого параметра.
Пример 3.Дана низкочастотная головка (Qa=3,2, Qe=0,33, Vas=0,12м3, fs=40 Гц) и задан объем акустического оформления 19 V=0,06 м3. Требуется рассчитать громкоговоритель, обладающий гладкой частотной характеристикой. Определим отношение Vas/V =2. Через точку с ординатой 2 на кривой Vas/V проведем прямую, перпендикулярную оси абсцисс, и найдем координаты точек пересечения ее с кривыми fb/fs и f3/fs : Qt=0,345; fb/fs=1,1; f3/fs=1,2. Подставляя в последние отношения значения параметров головки, находим fb=44 Гц, f3=48 Гц. Таким образом, чтобы с данной головкой и в ящике оговоренных размеров получить гладкую частотную характеристику громкоговорителя, потребуется настроить ящик-фазоинвертор на частоту fb=44 Гц и с помощью средств регулирования довести общее Q головки до значения 0,345.