Закрытый ящик

Традиционно считается, что с точки зрения динамики закрытый ящик является одним из лучших видов оформления, к тому же прост в расчете и некритичен к отклонениям от оптимальных расчетных значений. Но и здесь есть некоторые «подводные камни». К примеру, динамики, способные играть самый низ в закрытом ящике разумного размера, как правило, имеют очень большую массу подвижной системы и соответственно низкое значение acceleration factor.

Кроме того, в них есть некоторые «сюрпризы», на которых обычно не заостряют внимание. Математическая модель динамика в ящике — масса, подвешенная на пружине

Однако почему-то не учитывается конечная масса этой «пружины». Возьмем, к примеру, Scan Speak 10″. Масса подвижки 47 г, ящик 50-60 л. Вспомним физику с химией: воздух 28 г/моль, любой газ 22,4 л/моль. Получаем массу воздуха в ящике 70 г! Это даже больше, чем масса подвижки.

(В движущуюся массу включено все: диффузор, подвес, соколеблющийся воздух не только внутри ящика, но и снаружи — прим. ред.).

Трудно сказать что-то определенное по поводу расчета такой уточненной модели, но необходимо задуматься: если динамик демпфируется усилителем, то что происходит с колеблющейся воздушной массой после прекращения сигнала? Она ведь воздействует на диффузор, пусть и в небольшой мере, но, как показывает практика слухового восприятия, ничего незначительного не бывает. Какова реальная частота и добротность резонанса с учетом массы воздуха в ящике?

У профессиональных систем с высокой чувствительностью и легким диффузором соотношение массы подвижной системы и массы воздуха в ящике будет еще больше.

Еще момент. Ход динамика 5 мм, объем ящика 50 л, площадь диффузора 330 см2. Можно рассчитать силу, приложенную к задней части диффузора при максимальных амплитудах смещения по разности давлений на заднюю и переднюю поверхности. Получилось около 1,1…1,3 кгс. Много это или мало? Можем рассчитать силы инерции и движущую силу катушки, для примера на 50 Гц с ходом в 5 мм. Получается около 1,8 кгс. Как видите, величины вполне сопоставимы.

(По катушке F=BLI, сила инерции F=Ma, a=2S/t2, с учетом, что за 1/4 периода динамик сместится на 5мм.)

Это не имеет отношения к теме задержки баса, но влияет на модальные режимы излучения динамика.

Неестественная форма АЧХ большинства систем с субвуфером

Этот пункт хочется отметить особо, так как здесь — первопричина того, почему независимо от типа конструктивного оформления субвуфер нарушает сцену (фокусировку, локализацию), и тем сильнее, чем выше уровень его громкости по сравнению с громкостью основных акустических систем.

Спектр натуральных звуков по своей природе не имеет того подъема к низким частотам, которого принято добиваться субвуферами. Стоит внимательнее прислушаться к грому, прибою, звучанию симфонического оркестра и даже органа, в конце концов к взрыву, чтобы понять это.

Что происходит при ударе в барабан (или по струне рояля)? К слову, именно атака рояля считается самой сложной для воспроизведения аппаратурой. Палочка (колотушка, молоточек) с начальной скоростью соударяется с поверхностью мембраны (струны). Начинаются местные мелкие прогибы и волны около точки касания, и только потом вся мембрана (струна) смещается на максимальную амплитуду и появляется основная низкочастотная гармоника. То есть атака не начинается с самой низкой гармоники — у большинства инструментов атака начинается c кратных частот. То, что мы слышим вживую, это отчетливая атака, сопровождаемая низким послезвучием с естественно ослабленным давлением.

Теперь представим АЧХ с подъемом к низким частотам. Начало атаки будет присутствовать, но низкочастотная составляющая, и так появляющаяся с задержкой по другим физическим причинам, будет акцентирована. Иными словами, если, к примеру, барабанщик играл синхронно с другими музыкантами, то есть синхронным было начало удара, — мы воспримем не столько начало атаки, сколько акцентированный «горб» на нижней части АЧХ, воспроизводимой субвуфером. Еще более заметно это явление у бас-гитары, особенно если музыкант играет не медиатором, а пальцами, ведь при этом четкость атаки снижается.

Есть основания полагать, что этот эффект усугубляется еще и маскировкой. Ведь если источники сигнала совмещены в пространстве (в данном случае источник — большой барабан), то более низкий по частоте сигнал маскирует более высокий. В результате как бы исчезает звучание гармоник поверхности мембраны. Тот же эффект будет с любым другим музыкальным инструментом. При спадающей же АЧХ маскировка ослабнет, при возрастающей — усугубится.

Вспомните «ударное» и «быстрое» звучание дискотечных систем. Кажущаяся скорость баса исходит из особенности АЧХ: общий упор на верхнюю часть басового диапазона с сильным «горбом» на 80…120 Гц и с ослабленным «нижним» басом. Можно посмотреть параметры Тиле-Смолла для концертных басовых 15″ динамиков: параметр F3 у большинства из них в оформлении редко опускается ниже 50 Гц, причем с легким спадом уже от 80…100Гц.

А теперь вспомните звучание субвуфера в автомобилях, пусть даже верхнего ценового ряда в оформлении «кабинет» или «фриэйр»!

Потому считаю категорически неприемлемой АЧХ с подъемом книзу при воспроизведении живой музыки, когда акцент делается на достоверную натуральную передачу материала.

Напрашивается мысль о принципиальной невозможности создания универсальной акустики, способной передавать достоверно звучание живых инструментов и одновременно добиваться сочной подачи баса в рок-музыке, для чего делают подъем на 40…50 Гц.

И еще важный момент — при конструировании акустических систем и настройке комплекса звукоусиления необходимо учитывать влияние помещения прослушивания, так как небольшая комната может создать значительный подъем АЧХ в области ниже 100 Гц, и даже при теоретически правильной АЧХ системы звучание басов будет ненатуральным из-за резонансов и стоячих волн.

Рупор

Рупорный бас считается наиболее быстрым и точным

Что касается «отставания» рупоров — теоретически оно очень малое, но надо принять во внимание транспортное запаздывание по длине хода волны вдоль канала (внутри свернутого рупора при тыловом рупоре). Если на низких частотах задержка в 7…10 мс считается незаметной, то при длине рупора до 3 м отставание будет незаметным

Плюс у рупоров естественная АЧХ без подъема к самому низу. Транспортное запаздывание можно скомпенсировать физическим расположением излучателей относительно друг друга.

Но применение рупоров ограничено их габаритами. Здесь еще следует учесть, что, как правило, басовые рупоры рассчитывают для излучения в одну восьмую пространства (угол помещения), что ограничивает область применения. Для «настоящего баса» размеры рупора очень внушительны, для открытого большого пространства практически нереализуемы.

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.

TQWP и добротность

О… сколько нарубили ))

Рупор — это тоже Войт, именно он первый запатентовал и сделал и динамик широкополосный для домашнего аудио и рупорный (трактрисса) ящик для АС. Ловтер — вот кто теперь делает те динамики (на основе тех, что разработал Войт — тогда они были партнерами — Войт делал динамики и АС, а Ловтер делали электронику).

Динамик для рупоров- обладает мощнейшей магнитной сситемой, полной добротсностью около 0.25-0.3, легким и мягким (относительно конечно) подвесом и соединяется с рупором (хоть экспонентой, хоть трактриссой) через компрессионную камеру, которая посути является заодно и регулятором полной добротности и фильтром срезающим высокие на входе в рупор. Далее Рупор. Хоть трактиссу хоть экспоненту… Но для НЧ 35-40 герц выходное очко такого рупора уже должно быть недетских размеров )))))

TQWP — смесь рупора и трансмиссионной линии. Рупор особой формы — да его геометрические зависимости входного, выходного отверстия высоты установки динамика и высоты кормуса определяют АЧХ. Что обычный рупор, что TQWP являются по импедансу излучению гребенчатыми фильтрами… и их в результате АЧХ как пила ))) но если у широкополосного рупора ВЧ и верхняя СЧ обрезается в той самой компрессионной кмере(но порой этого недостаточно чтобы сгладить гребенку), то в TQWP однозначно все резонансы кроме первого пика душим звукопоглощением.

А добротночть в TQWP меняется незначительно )) по сравнению с ЗЯ и рупорной системой… следовательно для TQWP nht,metncz динамик с жестким подвесом и полной добротностью около 0.7 иначе динамик будет раздемпфирован. За счет пика импеданса (сопротивления излучению) у такого четвертьволнового резонатора (и настройка на 1/4 о резонансной частоты динамика) подвижная система демпфируется механичеси на частоте резонанса динамика. Подвижка стоит на месте и излучает порт… (как в системах с ФИ — но там есть дополнительный излучатель) что просто заметно улучшает звучание за счет снижения нелинейных искажений самого динамика. Ну и задержки не очень велики за счет того, что звуковая вола безмпрепятственно летит через порт…..

Я не помню параметров фостексов, но поню, что они все сделаны либо для сисемы баклоадед хорн и требуют компрессионной камеры перед входом в рупор… либо для фазоинверторов. В любом случае, если поставить такой динамик в TQWP… то придется забивать весь волновод-рупор ватой… а это очень не есть хороше. Либо будет размытый бас.

Рупорам рупорные динамики — TQWP — фриаэрные динамики.

Впринципе и там и там можно добиться приличного звучания БАСА. НО у 8ми- дюймовогофостекса с динейным ходом 2-3мм глубокого баса ждать не придется.. и для озвучивания приличного помещения этим басом )) ему не хватит мощности на низах. Если устраивает мидбас 50-60 герц — можно делать баклоадедхорн… Если хочется реального баса 40-45 герц и без пижонства «я громче и не слушаю» или » а мне баса хватает» то требуется либо 12″широкополосник (хотьв онкене хоть в TQWP хоть в ФИ хоть в вариовенте) либо сабвуфер к любимим фостексам/ловтерам/етц. етсетра етсетра.

Да и с ВЧ у 8ми дюймовых широкополосников уже есть проблемы с направленностью… еще больше этих проблем у 12″ динамиков — поэтому (ИМХО) без твиттера не обойтись.

↑ Идея

Что имелось в наличии — практически весь необходимый инструмент, а это уже полдела. Так же имелась автоакустика Soundmax SM-CSM62, практически новая

Понимаю, что опытные скажут, что мол опять автоакустика, да на ней ничего путного не построишь и т.д., ну ничего страшного, так сказать будем учиться на своих ошибках, что бы потом было легче, да и руку набить на постройке — это дорогого стоит. Внешний вид был выбран изначально и не обсуждался. Вертикальные узкие и высокие напольные АС. По всем параметрам акустики (а они, как выяснилось, у среднебюджетной акустики 16.5 см. практиче одинаковые) предполагалось делать ЗЯ, что более благоприятно для автоакустики, да и проще в изготовлении. Были заказаны у знакомого панели ДСП размером 1200×200х200 мм, что в итого дало бы примерно около 40 л. чистого внутреннего объема, который при необходимости можно было чем-либо заполнить, для его уменьшения.

Но мы не ищем легких путей. Прокручивая Интернет в очередной раз, наткнулся на статью по описанию и изготовлению TQWP. Решение было принято и начался процесс. Так же АС строились на перспективу, с возможностью дальнейшего апгрейда под замену акустики. Расчет производился в одноименной программе

Расчет и чертеж АС TQWP

Так как никаких параметров ТС по данной акустики найти не удалось, а для расчета необходим всего один Собственная резонансная частота динамика (Fs), было перелопачено куча информации по 16,5 см автоакустики со схожими конструкциями и материалу изготовления диффузора и опытным путем было установлено, что Fs в среднем разнится в пределах от 50 до 80 Гц. Была выбрана 60 Гц. Небольшая ошибка в выборе Fs по большому счету не приводила, к каким либо существенным отклонениям в расчете программы.

↑ Этапы сборки

Т.к. изначально были заказаны панели высотой 1200 мм, пришлось в дальнейшем сверху устанавливать перегородку, для подгонки к расчетным размерам. Как раз в верхнем боксе расположился кроссовер и ВЧ динамик. Процесс выпиливания отверстий под динамики и дальнейшей подгонки, а также вся первичная сборка производилась в гараже. Окончательная сборка производилась дома. Вот некоторые этапы

Все стыки проклеивались клеем «Момент» и стяжка шурупами 3,5×30 мм. Частично паредняя и задняя стенки изнутри были проклеены автомобильной звуко-вибро изоляцией, оставшейся с давних обрезков. Одновременно, для удобства был прикреплен наполнитель — 300-й синтепон. Наполнитель использован примерно на 70-80% от общего объема.

Ну и как выяснилось, самый трудоемкий процесс — это обшивка карпетом.

Вот так это выглядит в оконченном состоянии

И на месте

Выводы

Если форму АЧХ можно скорректировать графическим эквалайзером, то причины, указанные в пунктах 2 и 3, являются некорректируемыми. Остается искать быстрый динамик для закрытого ящика либо, еще лучше, для «бесконечного экрана» или строить бескомпромиссный рупор с выходным сечением в несколько квадратных метров.

Интересно было бы набрать портал из излучателей в экранах, плотно состыкованных в общий щит размером в несколько метров на каждую сторону. Получив такой диполь, можно добиться звучания баса, близкого к идеалу. Все секции будут компактны и транспортабельны, а общий размер портала позволит избежать акустического короткого замыкания на рабочих (музыкальных) частотах.

Не претендуя на научность и абсолютную достоверность изложенных фактов, надеюсь, что кого-то эта статья подтолкнет к размышлению на данную тему и, возможно, поиску новых путей решения проблемы.