Параметры Тиля — Смолла (Fs, Qts, Vas) ⋆ Doctor BASS
Параметры сабвуфера Fs, Qts, Vas. Параметры Тиля — Смолла
Тиль и Смолл
Тиль и Смолл это два ученых, которые сформировали единый, общепринятый подход к вычислению характеристик низкочастотных динамиков на основе основных параметров (Fs, Qts, Vas).
Невил Тиль/A. Neville Thiele (слева), Ричард (Рихард) Смолл/Richard Small (справа)
Параметры Тиля — Смолла определяют поведение динамика в диапазоне низких частот
Для нас с вами эти параметры очень важны, так как они используются для расчета правильного акустического оформления динамика или проще — для расчета корпуса сабвуфера. Все необходимые данные вы можете найти в технической документации на саб, часто они указываются и на коробках. Ниже мы подробнее рассмотрим основные параметры для понимания звуковых процессов и нюансов при выборе сабвуфера.
Параметры (Fs, Qts, Vas)
Fs — резонансная частота динамика
Резонансная частота (Fs) — частота резонанса сабвуфера без акустического оформления (без корпуса).
Fs меньше 25 Гц считается низкой, а больше 40 Гц — высокой. Резонансная частота зависит от общей жесткости подвеса сабвуфера и массы его подвижной системы. Общая жесткость, в свою очередь, зависит от жесткости центрирующей шайбы и жесткости подвеса диффузора.
Развернуть расчет Fs
Fs — резонансная частота динамика, Гц
,где:
Сms — гибкость подвеса подвижной системы динамика, м/Н,
Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг.
Qts — полная добротность
Полная добротность (Qts)
Другими словами — чем выше добротность, тем сильнее «болтается» саб в районе своей резонансной частоты (Fs), а чем ниже, тем эффективнее колебания гасятся (контролируются).
Складывается из механической добротности, которая зависит в основном от материала центрирующей шайбы, а не подвеса диффузора, как многие думают и электрической добротности, зависящей от величины магнита, длины обмотки катушки и ширины зазора в магнитной системе. От полной добротности механическая составляет 10-15%, а электрическая 90-85%, соответственно.
Низкой добротностью считается значение 0.3-0.35, высокой — 0.5-0.6.
Развернуть расчет Qts
Qts — полная добротность на частоте Fs,
,
где:
- Qms — механическая добротность на частоте Fs,
,
Fs — резонансная частота динамика, Гц,
Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг,
Rms — механическое сопротивление подвеса подвижной системы (определяет «потери» в подвесе), Н·с/м,
,
Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг,
Fs — резонансная частота динамика, Гц,
Re — сопротивление звуковой катушки, Ом,
Bl — коэффициент электромеханической связи (индукция поля в магнитном зазоре умноженная на длину провода звуковой катушки), Тл·м.
Vas — эквивалентный объем
Эквивалентный объем (Vas) — объем воздуха в корпусе, обладающий той же упругостью, что и сабвуфер. Зависит от жесткости подвеса и площади диффузора
Чем больше диаметр и мягче сабвуфер, тем больше Vas.
Нужно отметить особенность связи Vas и Fs. Так как, резонансная частота (Fs) определяется жесткостью подвеса и массой подвижной системы, а эквивалентный объем (Vas) — диаметром диффузора и той же массой подвижки, может получится, что два сабвуфера одного диаметра и с одинаковой Fs будут совершенно разными — один тяжелый и жесткий, другой легкий и мягкий. Соответственно, эквивалентный объем для этих динамиков будет совершенно разным, как и размер правильного корпуса — вот почему данный параметр очень важен при расчетах короба для саба.
Развернуть расчет Vas
Vas — эквивалентный объем, л,
,
где:
- ρ — 1,18421 кг/м³ — плотность воздуха при температуре 25 °C и влажности 0 %,
- с — 346,1 м/с — скорость звука при 25 °C,
- Sd — площадь диффузора, м.
Видео
Используйте параметры Тиля — Смолла для того, чтобы рассчитать корпус для сабвуфера. Применяйте эти параметры для правильного выбора типа корпуса сабвуфера (ЗЯ, ФИ, ЧВ, FreeAir) или для подбора динамика под задуманный тип, как это правильно сделать читайте здесь.
Читать еще:
Жмите на кнопку чтобы поделиться материалом:
Вконтакте
Одноклассники
Главный принцип автомобильного сабвуфера | журнал АвтоЗвук
Последний раз мы вплотную оценивали поведение динамика по параметрам Тиля — Смолла несколько месяцев назад, впору «вспоминать всё» по второму заходу, но не станем. Припомним лишь одну ключевую фразу.
Близко к тексту из «А3» №5/2005: «Для мидбасов, обречённых на работу во фри-эйрных условиях, параметры головки и будут финальными, а для сабвуфера параметры головки мы используем для расчёта, по которому делаем оформление, считающееся оптимальным».
Это означает, что мы эдак плавно и без помпы перешли к операциям с сабвуферным звеном автомобильной аудиосистемы, без которого не обойтись. Или не удаётся обойтись, или не хочется обходиться, или и то и другое. Но прежде чем перейти к делу, зададим всё же для порядка вопрос: «А, собственно, почему?»
А ДЕЙСТВИТЕЛЬНО, ПОЧЕМУ?
Вопрос отчасти святотатственный, но всё же вспомним: самые заядлые аудиофилы (и примкнувшие к ним просто любители послушать музыку) запросто обходятся дома колонками с низкочастотными динамиками калибра (пользуясь нашей терминологией) в те же 6 — 7 дюймов, что у нас стоят на фронте, и прекрасно себя чувствуют. Главных причин, по большому счёту, две, не велик труд их снова припомнить.
Первая: двери автомобиля вовсе не равноценны могучим корпусам домашних колонок, что с ними ни делай, и на самых низких частотах звуковое давление падает. Диффузор мидбаса (если его полоса частот ничем принудительно не ограничена) отчаянно трясётся, пытаясь изобразить басы, но они гибнут в утечках и нежёсткости тонкой стальной оболочки, и слышимым результатом становятся только искажения. Они, как и полагается гармоникам, выше по частоте, потому воспроизводятся прекрасно.
Вторая: в машине музыку слушают на более высоких уровнях громкости, в особенности — на низких частотах. Это обусловлено и несравненно более высоким уровнем внешних шумов, и просто традицией, которая может перевесить любые физические закономерности. Насколько автомобилисты любят басы? Генерально мы ответ знаем: сильно любят. А точнее, в децибелах?
СТАТИСТИКА ЛЮБВИ
В октябре 2004 года мы впервые стали измерять АЧХ по звуковому давлению в салоне автомобилей, попавших в рубрику «Системы». Данные измерений копились и продолжают копиться в виде файлов в формате анализатора Phonic PAA2, у которого есть, в числе прочего, и возможность осреднения снятых характеристик. И вот решили мы посмотреть, как будет выглядеть АЧХ, представляющая собой синтез деятельности профессиональных установщиков за полтора года. Глас народа — глас божий, в ходе осреднения многочисленные индивидуальные особенности и/или огрехи должны были сгладиться как статистические шумы, а общие тенденции — проявиться. Так что вот: впервые публикуется АЧХ, полученная на основе примерно 80 частотных характеристик, снятых за полтора года.
Результат осреднения АЧХ в салоне по примерно 80 аудиосистемам профессиональной работы, оплаченных и принятых заказчиками. Индивидуальные особенности нивелировались, и стало ясно: приблизительно такую АЧХ народ желает видеть в своей машине. А против народа не пойдёшь, да и ни к чему это
Любопытная получилась картинка, повод для размышления о нравах, царящих в обществе. Но мы сейчас сосредоточимся на низкочастотной области. Общая тенденция: люди хотят иметь звуковое давление на низких частотах существенно выше, чем на средних. Если бы они не хотели, им бы такие АЧХ не делали. Пользуясь другими функциями PAA2, мы даже вычленили отклонение АЧХ на низких частотах от горизонтальной прямой. На частоте 40 Гц подъём «народной» АЧХ составил более 14 дБ. Что это означает? Предположим, что у вас такие волшебные мидбасы, что они способны обеспечить ровную АЧХ до 40 Гц. И к ним сейчас подведена мощность всего-то, скажем, 5 Вт. Чтобы устроить такой подъём на басах, на 40 Гц подводимая к динамикам мощность должна оказаться примерно в 25 раз больше. Не 5 Вт, а 120 — 130. Реально? Нет, разумеется, у нормальных 6-дюймовых динамиков допустимая по тепловому режиму мощность и та ниже, а задолго до неё искажения превысят все мыслимые пределы. Вот почему эта часть частотного спектра в автомобиле и отыгрывается специализированным динамиком, для которого сотня ватт не катастрофа, а нормальный режим работы.
Для того чтобы сосредоточиться в этом разговоре на низких частотах, мы выделили из графика «общенародной» АЧХ низкочастотную область в виде отклонения АЧХ от горизонтальной. Трудно не заметить, что ниже 80 Гц вкусы любителей автозвука кристаллизовались в куполообразную АЧХ с максимумом на 40 Гц
Кстати, мы не удержались и выполнили такую же операцию, оставив в выборке только машины, занимавшие высокие места на автозвуковых соревнованиях. Как и ожидалось, «среднечемпионская» АЧХ выглядит куда скромнее «общенародной».
Подход к басовой тематике суперпрофессионалов — победителей автозвуковых соревнований высокого ранга отличается большей сдержанностью. В быту звучание басов многих соревновательных машин считается суховатым, но именно оно наиболее корректно и достоверно
Оставив в выборке только те системы, в которых сабвуфер был устроен по принципу закрытого ящика, а не фазоинвертора, подтвердили то, что и так знали: именно ЗЯ даёт наиболее ровную АЧХ. При правильном выборе параметров, естественно
Знакомые с прошлыми выпусками «В.В.» должны были бы заметить в приведенной логике признаки некоторого лукавства. Действительно, ведь есть же передаточная функция салона, благодаря которой именно в машине (то есть там, где этого требуют народные массы) АЧХ начиная с некоторой частоты идёт на подъём сама собой, без всякого вмешательства со стороны человека. Хорошо, что заметили, действительно, передаточная функция салона — истинная божья благодать для автоаудиолюбителей, не будь её — получить искомую характеристику даже с помощью сабвуфера было бы неимоверно трудно, а на высоких уровнях громкости (не будем забывать и об этой вкусовой особенности) — и вовсе невозможно. Однако факт наличия и бесперебойной работы передаточной функции не устраняет необходимости в отдельном басовом звене, а просто предъявляет определённые требования к его проектированию и расчёту. Или надо напомнить про передаточную функцию? Сейчас самое время, дальше без неё — никак.
МЕХАНИЗМ БОЖЬЕЙ БЛАГОДАТИ
Решили всё вспоминать, так давайте и будем всё. Итак, предсказано, замечено, объяснено теоретически и неукоснительно подтверждено практикой: если в салоне машины работает динамик, обладающий ровной горизонтальной АЧХ, то при снижении частоты сигнала начиная с некоторого значения звуковое давление в салоне станет возрастать, притом что подведенная к динамику мощность остаётся неизменной. Частота, начиная с которой это происходит, определяется размерами салона.
Здесь у некоторых получается неразбериха: компрессионный эффект, он же действие передаточной функции, бывает, путают с резонансами, возникающими в салоне. Для ясности давайте проделаем мысленный опыт. Пусть в салоне автомобиля установлена акустика, на которую мы подаём сигнал скользящего тона. Начиная сверху. Пока частота сигнала высока, звуковые волны короткие, они весело, со скоростью звука, бегают по салону, отражаясь и поглощаясь на его границах. Когда длина волны, возрастая со снижением частоты, начнёт быть сравнима с наименьшим(!) размером салона, это обычно его высота, возникнет стоячая волна, и в зависимости от того, где расположен слушатель, он может попасть в точку минимума или, наоборот, максимума интенсивности звуковых колебаний. Принципиально, что таких значений частот несколько (если только салон не имеет форму шара со слушателем строго в центре), а воспринимаемый слушателем (или микрофоном, если идут измерения) эффект существенно зависит от их координат в салоне.
Движемся ниже по частоте. В какой-то момент длина волны станет столь велика, что даже половина её длины перестанет укладываться вдоль наибольшего(!) размера салона (это, разумеется, обычно его длина). Вот с этого момента и начнётся подъём АЧХ совершенно безвозмездно и безнаказанно.
Что именно произошло на этой волшебной частоте, почему произошло и как будут события разворачиваться дальше? Давайте в последний раз разберёмся, чтобы можно было считать вопрос закрытым. Для этого (снова мысленно, это вас не утомляет?) по-суворовски возьмём волшебную частоту в клещи с двух направлений.
Начинаем наступление сверху. Идеальный динамик устроен так, что если к нему подводится постоянная мощность, то на любой частоте выше частоты своего основного резонанса и вплоть до верхней частотной границы, о которой сейчас не будем говорить, потому что тема иная, создаваемое им звуковое давление будет постоянным. Это — идеал, разумеется, на реальных АЧХ акустики мы видим, что там и сям проявляются разные подробности, но общий-то ход АЧХ именно таков, если закрыть глаза на мелочи. А вот теперь вам придётся поверить мне на слово (чтобы избежать формул, пусть даже не очень мохнатых).
Звуковое давление, создаваемое динамиком в безграничном пространстве, пропорционально колебательному ускорению диффузора. Для того чтобы это ускорение оставалось постоянным при снижении частоты, колебательная скорость должна расти обратно пропорционально частоте (вдвое при снижении частоты на каждую октаву), а амплитуда колебаний диффузора — обратно пропорционально квадрату частоты (то есть — вчетверо с каждой октавой при движении вниз по шкале частот.
Так это реально и происходит, что (пусть не количественно) можно увидеть совершенно невооружённым глазом. Подадим на динамик синусоидальный сигнал, скажем, 100 Гц, подняв уровень до такого значения, чтобы было хорошо слышно. Увидим: диффузор колеблется с двойной амплитудой эдак примерно в два миллиметра. Ничего не меняя, поднимем частоту до 200 Гц. Слышно, мягко говоря, не хуже, а колебания диффузора заметить уже непросто, амплитуда теперь составляет полмиллиметра. Поднимем частоту до 1000 Гц. Динамик орёт как потерпевший, а движение диффузора не увидит и соколиный глаз, их размах упал до двух сотых миллиметра. Значит, запомнили: в безграничном пространстве, в свободном воздухе, звуковое давление, создаваемое динамиком, будет постоянным, если амплитуда колебаний диффузора растёт вчетверо на каждую октаву снижения частоты. И только в этом случае.
Теперь пойдём с другого конца шкалы частот, снизу. Представьте себе, что динамик приделан снаружи к ящику, который в этом опыте будет изображать салон автомобиля (чтобы не портить дорогостоящее транспортное средство), а диффузор колеблется на очень низкой частоте, ну, например, 1 Гц. Или 5. Или 10. Ни о каком распространении звуковых волн внутри ящика, пусть он даже размером с автомобиль, говорить не приходится, длина звуковой волны с частотой 10 Гц больше 30 м, а при частоте 1 Гц — и вовсе 340. Значит, при колебаниях диффузора колебания давления в ящике-салоне происходит не путём распространения волн, а сразу всюду, точно так же, как если бы динамик был поршнем, а внутренность ящика — цилиндром. А теперь ответьте: как будет зависеть изменение давления в ящике от амплитуды колебаний диффузора? Разумеется, линейно, на каждый миллиметр движения поршня-диффузора объём внутри ящика изменится на одну и ту же величину, насос, одним словом.
Сопоставим результаты мысленных (к счастью) экспериментов на высокой и на крайне низкой частотах. Когда мы идём сверху, звуковое давление в салоне распространяется по волновому механизму, салон большой, волны маленькие, для них это, можно считать, бесконечный простор. Динамик добросовестно старается создавать на любой частоте одно и то же звуковое давление, а для этого с каждой октавой при движении вниз амплитуда колебаний диффузора возрастает вчетверо.
На низких частотах динамик пытается делать то же самое: при возрастании частоты на октаву амплитуда колебаний диффузора снижается вчетверо. Но здесь-то, как мы только что согласились, колебания давления в салоне (а это и есть звуковое давление) пропорционально первой степени амплитуды колебаний диффузора, а значит, послушно падает вчетверо с каждой октавой роста частоты. Или растёт (опять же вчетверо) при движении в обратном направлении.
Что такое изменение звукового давления в четыре раза на октаву? Это 12 дБ по звуковому давлению, отсюда эта знаменитая величина, собственно, и берётся.
Где-то эти две кривые (точнее, пока прямые) должны повстречаться. Это произойдёт вблизи той самой волшебной частоты, определяемой наибольшим размером салона.
Разумеется, все понимают: в природе не бывает так, что дошли до определённой частоты и как по команде всё стало по-другому. Здесь так далеко вниз от характерной частоты работает компрессионный механизм, когда звуковое давление пропорционально ходу диффузора. Намного выше этой частоты действует волновой механизм, когда звуковое давление пропорционально квадрату хода диффузора. Вблизи частоты, о которой мы говорим, один механизм постепенно уступает место другому. Постепенно, а в ходе этого процесса в салоне происходят и другие, так сказать, «плещут холодные волны, бьются о берег морской». Поэтому даже часто встречаемые картинки, на которых горизонтальный участок АЧХ салона, плавно изгибаясь, переходит в наклонный — тоже упрощённое видение картины, наши неоднократные измерения показывают: в переходной области (на практике 75 — 100 Гц) салонная акустика предельно непредсказуема, и нам придётся действовать в рамках той или иной идеализации. Вплоть до предельной, но наглядной.
Но прежде чем перейти от некоего совершенно уже безгрешного динамика к более похожему на реальный, определимся с величиной частоты, на которой волновой механизм распространения звука в салоне уступает место компрессионному. Или — на которой начинается столь вожделенный нами подъём АЧХ без всяких усилий с нашей стороны.
Физически эта частота соответствует тому моменту, когда половина самой длинной волны, появившейся в салоне, перестанет в этом салоне помещаться, хоть поперёк, хоть вдоль, хоть поставленная на попа. Реально это всегда вдоль, автомобили всё же в длину больше, чем в остальных направлениях. Когда перестаёт помещаться полволны, это значит, что во всех точках салона давление среды (воздуха или его смеси с табачным дымом) в любой момент времени изменяется в одну сторону: или всюду повышается, или всюду понижается на следующем полупериоде.
Отсюда простое и популярное правило: берётся число 170 (половина скорости звука в метрах в секунду) и делится на самый большой размер салона. Здесь обычно начинается большой и горячий базар про то, какая передаточная функция у какого автомобиля, исходя из его размеров. Разная, конечно, кто спорит. Но если принять во внимание все факторы, на эту функцию влияющие, мы увидим, что собственно размер автомобиля из них — самый заметный, но далеко не самый важный.
Будем реалистами и перестанем, наконец, без нужды поминать «Оку» и «стретч» на базе Lincoln Town Car. Немногочисленные желающие заняться высококачественным озвучиванием одного и другого наверняка найдут решения столь же нестандартные, сколь и их автомобили. В реальной жизни размеры салона различаются не так сильно, как размеры автомобиля, да и размеры большинства автомобилей разнятся не на порядок.
Держу пари: с вероятностью 95% длина вашей машины — от 4 до 5 м. С вероятностью 90% — от 4,1 до 4,6. На салон придётся от 2,2 до, скажем, 2,5 м. Частота начала подъёма АЧХ, соответственно, 75 ± 5 Гц. Надо ли копья ломать по этому поводу? Разбег в выборе параметров сабвуфера, как показывают длительные наблюдения, существенно шире, а влияние волновой каши, возникающей в салоне вблизи этой частоты — существенно сильнее. Лучше сосредоточиться на базовых принципах, детали придут в своё время. Ведь до сих пор мы строили свои теории в рассуждении того, что динамик идеален и воспроизводит любые частоты. А ведь такого не бывает даже в самой сухой теории.
Предельно, до фантастики идеализированная картина того, что происходит в салоне. Фантастика в том, что мы предположили: у сабвуфера резонансная частота почти что нулевая, он до самых низких инфразвуковых частот сохраняет неизменным создаваемое звуковое давление. Это — фантастика, но она пока нужна. А идеализация в том, что плавный переход от горизонтальной АЧХ к наклонной (и у сабвуфера, и у передаточной функции) условно заменён резким изломом. Пока это на логику существенно не повлияет. Частота, на которой начинается наклонная ветвь АЧХ передаточной функции, принята равной 80 Гц, что недалеко от реальных значений.
Ход диффузора в зависимости от частоты отложен в логарифмическом масштабе, поэтому то, что он увеличивается в 100 раз при снижении частоты сигнала в 10, выражается наклоном прямой.
Если предположить, что такой сабвуфер действительно существует, АЧХ в салоне в идеальном случае неуклонно стремилась бы вверх с наклоном 12 дБ/окт., при этом амплитуда колебаний диффузора, весьма скромная даже на довольно низких 100 Гц, к самым низким частотам пыталась бы достичь совершенно невменяемых значений. В реальных условиях ниже 20 Гц кузов автомобиля начинает «дышать» настолько, что звуковое давление перестаёт расти, но сабвуфер этого не знает и продолжает колотиться как ненормальный. Если это не предотвратить
ЕСТЬ ДРУГАЯ ЧАСТОТА
Динамик в оформлении типа «закрытый ящик», что включает в себя и случай акустического экрана, это как бы бесконечно большой закрытый ящик, имеет строго определённую нижнюю частотную границу эффективного излучения. Это — частота основного резонанса динамика в ящике. Ниже этой частоты при по-прежнему постоянной подводимой мощности звуковое давление падает в темпе 12 дБ/окт. А амплитуда колебаний диффузора перестаёт расти. Ниже резонансной частоты она остаётся постоянной. В домашней акустике именно это считается нижней частотной границей, ниже колонка издаёт очень мало звуков. И именно это имел в виду изобретатель закрытого ящика Эдгар Вильчур (прошлый выпуск «В.В.»), когда говорил об «оптимальной резонансной частоте». Оптимальная — это когда амплитуда не выходит за пределы линейности. 6-дюймовый динамик с резонансной частотой (в ящике) 20 Гц на нижних частотах захлебнётся от непосильного хода диффузора. А если резонансная частота будет не 20, а 60 Гц, рост амплитуды на этой частоте остановится (будучи в 9 раз меньше, чем был бы на 20 Гц при том же звуковом давлении) и искажения останутся в норме.
Но ведь это — дома, там простор, а у нас в салоне — теснота и передаточная функция. С крутизной наклона, позвольте-ка, те же самые 12 дБ/окт. Значит, дома получается так: как только пройдена резонансная частота, амплитуда колебаний диффузора расти перестаёт, следовательно, при снижении частоты сигнала звуковое давление будет падать обратно пропорционально квадрату частоты (это как раз 12 дБ/окт.). А у нас в салоне, если амплитуда колебаний диффузора остаётся постоянной там, где уже началась компрессионная зона, это означает: работает «акустический насос» с постоянным ходом поршня и создаёт постоянное, не зависящее от частоты звуковое давление, то есть — горизонтальную АЧХ. Или, если угодно, по-другому. Звуковое давление падает со скоростью 12 дБ/окт., а передаточная функция — растёт в том же темпе. Так на так и получается. Вот только где начнёт падать, а где расти — вопрос отдельный.
Чуть более реальный, но всё же неоптимальный случай. Из самых светлых побуждений для машины спроектировали cабвуфер с резонансной частотой 20 Гц. Мечта домашнего аудиофила. Что произошло: до самых 20 Гц АЧХ в салоне растёт под влиянием передаточной функции, и только там переходит в горизонтальную линию (о которой домашний аудиофил не смеет и мечтать). Ни простой народ, ни тем более прославленные чемпионы такую АЧХ, как можно видеть из нашей статистики, не хотят. В том числе и потому, что ход диффузора на не очень нужных для звука сверхнизких частотах по-прежнему очень велик.
В реальной жизни такое получается, когда по дури или с озорства сабвуферную головку с низкой резонансной частотой, предназначенную для установки в ящик, монтируют в заднюю полку и она работает в режиме бесконечного экрана (free air)
СТОЛКНОВЕНИЕ ДВУХ ЧАСТОТ
Вот здесь мы и дошли до главного секрета автомобильных сабвуферов. А заключается он в том, что они начинают работать там, где домашняя акустика заканчивает свою деятельность. Частота раздела «фронт — сабвуфер» приходится на значение 50 — 100 Гц. Это — экстремальные границы, большинство систем настроены на раздел на частоте не ниже 60 и не выше 85 Гц. Именно внутри этого коридора и сидит волшебная частота начала подъёма АЧХ под действием передаточной функции. И примерно там же должна находиться резонансная частота сабвуфера (в ящике), если перед конструктором системы стоит задача получить вменяемую АЧХ.
На приведенный иллюстрациях, предельно идеализированных для пущей наглядности, показаны типовые случаи взаимодействия резонансной частоты сабвуфера и частоты перехода передаточной функции.
Своего рода парадокс: в практике домашней акустики, чтобы получить нижнюю граничную частоту 50 Гц, надо и резонансную частоту басовых динамиков в оформлении делать примерно такой же, а в автомобиле, чтобы ровно и спокойно доиграть до 20 Гц, резонансную частоту самого низкочастотного звена в системе можно выбирать в районе 60 — 80 Гц. При этом дома будет «вуфер», а в машине — действительно САБвуфер, по конечному результату.
В принципе это — главное, на чём основан расчёт сабвуфера в оформлении типа ЗЯ, дело за малым: научиться выбирать сабвуфер и объём ящика, которые, вместе взятые, позволят «попасть» в настройку. Ровно через месяц и выберем.
Выбор чемпионов. Если резонансная частота сабвуфера (с учётом оформления, в сборе) находится вблизи «волшебной частоты» на переходной функции, это, при определённых условиях, может произвести на свет идеально ровную АЧХ, а ход диффузора не растёт ниже 80 Гц, сохраняя вполне допустимые величины. При этом обратим ещё раз внимание: у САБвуфера, способного с постоянной отдачей звучать до 20 Гц, собственная резонансная частота — около 80 Гц. Так вот у нас происходит. Теперь, если выбирать резонансную частоту ниже области перехода, не доходя, разумеется, до фанатизма из предыдущего примера, АЧХ ниже 80 Гц будет подниматься параллельно самой себе, приближаясь к «общенародной», но без выраженного горба на 40 — 50 Гц, происхождение которого к закрытому ящику отношения не имеет
Другой пример неудачного выбора параметров сабвуфера. Или взяв неподходящий динамик (предназначенный для free air), или чересчур пожадничав с объёмом ящика, сделали сабвуфер с резонансной частотой заметно выше «волшебной». Результат: отдача сабвуфера начинает падать там, где передаточная функция ещё не работает в полную силу, а когда она наконец возьмётся за дело, будет поздно, АЧХ провалится, и компенсировать это придётся увеличением подводимой к сабвуферу мощности (что ему может не понравиться) и коррекцией АЧХ в области раздела между фронтом и сабвуфером, это ведь тоже может оказаться где-то здесь, на 80 — 100 Гц
Автозвук своими руками — По каким параметрам выбирать сабвуфер?
У любого сабвуфера, помимо красивой цифры RMS которая говорит о его номинальной мощности, есть еще масса параметров, которые гараздо важнее! Эти данные, могут заочно дать представления о том как будет звучать сабвуфер, для какой музыки он подойдет и какой ему нужен короб.
На какие параметры стоит обращать внимание при выборе сабвуфера.
В первую очередь это значения параметров Fs, Vas и Qts, на основании этих параметра можно с легкостью узнать для какого оформления подойдет данный сабвуфер и какие жанры он сможет играть и как хорошо, правда если использовать их в программе для расчета сабвуферных коробов, например JBL SpeakerShop или BassBox 6 prо. Сами по себе, по отдельности, данные параметры дают малое представление о савуфере, но кое какие выводы сделать все же можно.
Fs — резонансная частота.
— низкое значение Fs, ниже 25Гц, может говорить о том что у сабвуфера тяжелая подвижная система и он больше сгодится под низкие жанры, бас будет низкий и глубокий, а на быстрых жанрах музыки, бас будет вялым и отстающим. Но это не всегда так, есть исключения! Mms в помощь.
— высокое значение Fs, от 40Гц и выше, говорит о том, что сабвуфер может играть только быстрые жанры. А если у сабвуфера будет еще и низкое значение Qts 0.2 — 0.3, а еще и легкий Mms, до 200гр. — то это чисто Spl-ный саб.
Vas — эквивалентный объем. Vas говорит о жесткости подвижной системы (центрирующая шайба, подвес), при прочих равных, сабвуфер с низким значением Vas будет с более жестким звуком неже ли сабвуфер с боле высоким значением Vas, у которого бас будет мягче.
Qts — полная добротность. Значение Qts косвенно говорит об мощности сабвуферного мотора (имеется в виду магнитная сила), чем меньше значение Qts — тем мощнее мотор и наоборот, чем выше Qts — тем слабее мотор. А чем слабее мотор, тем более просторный короб необходим сабвуферу! Free Air сабвуферы имеют значение Qts от 0,6 и выше.
Оптимальные значения Fs, Vas и Qts
| Параметры | музыкальный сабвуфер | низкоиграющий сабвуфер | спортивный сабуфер |
| Fs | 25-35Гц | 20-30Гц | 35-50Гц |
| Vas | 30-50л | 20-40л. | 20-35л. |
| Qts | 0.4-0.6 | 0.3-0.5 | 0.1-0.3 |
А еще, зная Fs и Qts, можно без предварительного расчета в программах, узнать какой корб необходим сабвуферу — Как правильно выбрать короб для сабвуфера?
По мимо трех основных параметров, не лишним будет обратить внимание на следуюие параметры, которые так же будет полезны при выборе сабвуфера.
Mms — масса подвижной системы сабвуфера, которая включает в себя массу диффузора, катушки, и частично массы подвеса с центрирующей шайбы. Сабвуферы с Mms до 200 гр. хорошо играют все музыкальные жанры, кроме низких треков. Для флекса и заниженных треков ищите сабвуферы с Mms от 250гр. и ниже.
X-max — максимальный линейный ход диффузора сабвуфера. Для быстрых музыкальных жанров подходят сабвуферы с x-max не более 20мм в обе стороны. Для низкоиграющих сабвуферов x-max от 40мм.
И напоследок я бы отметил параметр Sd — эффективная площадь диффузора, чем она больше тем громче сабвуфер. К примеру — два совершенно одинаковых по всем прочим параметрам сабвуфера, но один с широким подвесом, а второй с хайрол подвесом, у второго Sd будет больше, соответственно он будет громче. А еще бывает!, что на сабвуфер с небольшим линейным ходом, ставят неоправданно широкий подвес в «комерческих целях», что бы придать сабуферу грозный вид насоса, что б люди лучше его брали, а можно было бы поставить обычный подвес и выиграть в отдаче, правда такой сабвуфер покупали бы уже не так хорошо. Так, что обращайте внимание на x-max в таких случаях.
Автомобильные сабвуферы — основные параметры » Теория автозвука » Бас Клуб
Сегодня на страницах БасКлуба поговорим о том, какими основными параметрами обладает автомобильный сабвуфер и попробуем в этих параметрах немного разобраться. Для чего нужны эти параметры, спросите Вы? Все просто, эти параметры нужны при проектировании правильного акустического оформления для вашего сабвуферного динамика. А можно обойтись без этого всего, без параметров и теории? Легко. И вы, на нашем форуме по автозвуку, пополните ряды пользователей, которые постоянно задают вопросы подобного плана: «а почему мой сабвуфер гудит, а не играет», «а почему мой сабвуфер играет тихо», «а почему у меня нет плотного и качественного баса» и т.д. Автомобильный сабвуфер это прежде всего отдельная акустическая система, предназначенная для качественного и полноценного воспроизведения низких частот звукового диапазона, обычно это диапазон от 20 Гц до 80 Гц. Скажем прямо, настоящего баса, глубины звучания в автомобиле без сабвуферы вы не получите никогда. Обычная акустика не способна заменить сабвуфер, она конечно пытается это сделать, но в итоге мы получаем только жалкую пародию на бас. Применение же сабвуфера позволит вам разгрузить акустику на низких частотах и позволит придать яркости и глубины звучания ваших любимых музыкальных композиций. Качество звука значительно повысится, поскольку вам не придется перегружать фронтальную акустику «басом», следовательно уменьшится и количество искажений.
Параметры
Остановимся на основных параметрах сабвуферного динамика, понимание этих параметров вам очень пригодиться в процессе проектирования и построения ящика для вашего сабвуфера. Абсолютный минимум данных для расчета сабвуферного ящика это, резонансная частота динамика Fs, полная добротность Qts и эквивалентный обьем Vas. Если вы не знаете хотя бы одного из этих параметров, а самому их измерить у вас нет возможности — браться за этот динамик не стоит. Ничего путного расчитать вы не сможете.
Резонансная частота (Fs)
Резонансная частота — это частота резонанса динамика без какого-либо акустического оформления. Она так и измеряется — динамик подвешивают в воздухе на возможно большем расстоянии от окружающих предметов, так что теперь его резонанс будет зависеть только от его собственных характеристик — массы подвижной системы и жесткости подвески. Бытует мнение, что чем ниже резонансная частота, тем лучше выйдет сабвуфер. Это верно только отчасти, для некоторых конструкций излишне низкая частота резонанса — помеха. Для ориентира: низкая — это 20 — 25 Гц. Ниже 20 Гц — редкость. Выше 40 Гц — считается высокой, для сабвуфера.
Полная добротность (Qts)
Добротность в данном случае — не качество изделия, а соотношение упругих и вязких сил, существующих в подвижной системе динамика вблизи частоты резонанса. Подвижная система динамика во много сродни подвеске автомобиля, где есть пружина и амортизатор. Пружина создает упругие силы, то есть накапливает и отдает энергию в процессе колебаний, а амортизатор — источник вязкого сопротивления, он ничего не накапливает, а поглощает и рассеивает в виде тепла. То же самое происходит при колебаниях диффузора и всего, что к нему прикреплено. Высокое значение добротности означает, что преобладают упругие силы. Это — как автомобиль без амортизаторов. Достаточно наехать на камешек и колесо начнет прыгать, ничем не сдерживаемое. Прыгать на той самой резонансной частоте, которая присуща этой колебательной системе. Применительно к громкоговорителю это означает выброс частотной характеристики на частоте резонанса, тем больий, чем выше полная добротность системы. Самая высокая добротность, измеряемая тысячами — у колокола, который в результате ни на какой частоте, кроме резонансной звучать не желает, благо еще, что этого от него никто и не требует. Популярный метод диагностики подвески машины покачиванием — не что иное как измерение добротности подвески кустарным способом. Если теперь привести подвеску в порядок, то есть прицепить параллельно пружине амортизатор, накопленная при сжатии пружины энергия уже не вся вернется обратно, а частично будет загублена амортизатором. Это — снижение добротности системы. Теперь опять вернемся к динамику. С пружиной у динамика все, вроде бы, ясно. Это — подвеска диффузора. А амортизатор? Амортизаторов — целых два, работающих параллельно. Полная добротность динамика складывается из двух: механической и электрической.
Механическая добротность определяется главным образом выбором материала подвеса, причем в основном — центрирующей шайбы, а не внешнего гофра, как иногда полагают. Больших потерь здесь обычно не бывает и вклад механической добротности в полную не превышает 10 — 15%. Основной вклад принадлежит электрической добротности. Самый жесткий амортизатор, работающий в колебательной системе динамика — это ансамбль из звуковой катушки и магнита. Будучи по своей природе электромотором, он как и полагается мотору, может работать как генератор и именно этим и занят вблизи частоты резонанса, когда скорость и амплитуда перемещения звуковой катушки — максимальны. Двигаясь в магнитном поле, катушка вырабатывает ток, а нагрузкой для такого генератора служит выходное сопротивление усилителя, то есть практически — ноль. Получается такой же электрический тормоз, каким снабжены все электрички. Там тоже при торможении тяговые двигатели заставляют работать в режиме генераторов, а нагрузка их — батареи тормозных сопротивлений на крыше. Величина вырабатываемого тока будет, естественно, тем больше, чем сильнее магнитное поле, в котором движется звуковая катушка. Получается, что чем мощнее магнит динамика, тем ниже, при прочих равных, его добротность. Но, конечно, поскольку в формировании этой величины участвуют и длина провода обмотки, и ширина зазора в магнитной системе, окончательный вывод только на основании размера магнита было бы делать преждевременно. А предварительный — почему нет? Базовые понятия — низкой считается полная добротность динамика меньше 0,3 — 0,35, высокой больше 0,5 — 0,6.
Эквивалентный объем (Vas)
Большинство современных головок громкоговорителей основано на принципе «акустического подвеса». Концепция акустического подвеса заключается в установке динамика в такой объем воздуха, упругость которого сопоставима с упругостью подвеса динамика. При этом получается, что в параллель к уже имеющейся в подвеске пружине поставили еще одну. Эквивалентным объемом будет при этом такой, при котором веновь появившаяся пружина равна по упругости уже имевшейся. Величина эквивалентного объема определяется жесткостью подвеса и диаметром динамика. Чем мягче подвес, тем больше будет величина воздушной подушки, присутствие которой начнет беспокоить динамик. То же происходит с изменением диаметра диффузора. Большой диффузор при одном и том же смещении будет сильнее сжимать воздух внутри ящика, тем самым испытывая большую ответную силу упругости воздушного объема. Именно это обстоятельство зачастую определяет выбор размера динамика, исходя из имеющегося объема для размещения его акустического оформления. Большие диффузоры создают предпосылки для высокой отдачи сабвуфера, но требуют и больших объемов. У эквивалентного объема интересные родственные связи с резонансной частотой, без осознания которых легко промахнуться. Резонансная частота определяется жесткостью подвеса и массой подвижной системы, а эквивалентный объем — диаметром диффузора и той же жесткостью. В результате возможна такая ситуация: предположим, имеется два динамика одинакового размера и с одинаковой частотой резонанса. Но только у одного из них это значение частоты получилось вследствие тяжелого диффузора и жесткой подвески, а у другого — наоборот, легкого диффузора на мягком подвесе. Эквивалентный объем у такой парочки при всей внешней схожести может различаться очень существенно, и при установке в один и тот же ящик результаты будут драматически различны.
Качественный сабвуфер для вашего автомобиля
Сабвуфер – это устройство, которое делает звук в вашем автомобиле более качественным, объемным, громким и четким. Это то, чем уникальное звучание отличается от обычного.
Для того, чтобы возможность приобретения и установки сабвуфера стала возможной, в автомобиле должна стоять компонентная или же коаксиальная аудиосистема. Кроме того, необходим также звуковой усилитель.
Дизайн динамиков тоже может быть агрессивным
Виды сабвуферов
Автомобильные сабвуферы условно разделяются на корпусные или раздельные динамики. А в зависимости от корпусного покрытия они делятся еще на несколько видов.
Закрытые сабвуферы – это сабвуферы, динамик которых встроен в закрытый корпус. Обычно подобные устройства отличаются небольшими габаритами. Особенно в них прослушиваются низкие частоты, однако громкость не прибавляется.
Фазоинверторные сабвуферы – устройства, в которых динамик установлен в ящик с портом (фазоинвертором), который является отверстием в корпусе. Это отверстие способствует усилению звукового давления и улучшению глубины басовых характеристик. Подобный сабвуфер обладает немалыми габаритами, отличается громким и четким басовым рядом и является лучшим вариантом для слабых усилителей.
Банд-пасс. В данном варианте сабвуфер тоже интегрируется в ящик, а звук подается из фазоинвертора. Этот сабвуфер предназначается для тех, кому нужны качественные и мощные басы. Корпус Банд-пасса более сложен, чем и объясняется его более высокая в сравнении с остальными сабвуферами стоимость.
Характеристики хорошего сабвуфера
На какие характеристики следует обратить внимание при покупке сабвуфера? Во-первых, на частоту диапазона – на допустимую границу его предельного звучания. Сабвуферы могут иметь низкие басы (20-40 Герц), средние (40-80 Герц) и высокие (80-160 Герц). Большинство данной техники работает в среднем и высоком диапазонах, однако лучше, чтобы диапазон колебался в пределах 30-60 Герц.
Во-вторых, следует обратить внимание на частоту деления кроссовера. Если соответствие равняется 70 Герцам, будут хорошо слышны звуки с разными частотами и достигающие более установленного предела (в данном случае – более 70). Настройка такого устройства производится на усилителе. Сам кроссовер устанавливается на магнитолы, а вот для того, чтобы достичь гибкости в басовых настройках и лучшей функциональности, понадобится отдельный звуковой процессор.
Корпусный сабвуфер
В-третьих, придется обратить внимание на максимальное звуковое деление. Другими словами – максимально-допустимое звучание устройства. Правда, в случае, если покупателя интересует лишь качество басов, данный показатель можно не учитывать. В-четвертых, следует обратить внимание на чувствительность. Лучше, если данный показатель превышает высоту в 90 децибелл. При хорошем показателе можно позволить себе более слабый усилитель. А подобная чувствительность ощутимо снижает нагрузку на сам усилитель. То есть, при повышении общей громкости системы нет искажения звучания.
В-пятых, необходимо оценить размер самого динамика. Стандартный размер динамика – порядка 10-12 дюймов, но можно подумать над парой сабвуферов с динамиками в 8 или 10 дюймов.
Последним, на что также стоит обратить внимание, является резонансная частота. Она определяется показателями распространения без акустического эффекта и может меняться от физических характеристик.
При внимательном отношении к сабвуферу звук в машине всегда будет отличного качества.
Что такое сабвуфер и из чего он состоит ⋆ Doctor BASS
Из чего состоит сабвуфер
На этой страничке мы коротко пробежимся по элементам, из которых состоит любой НЧ и СЧ динамик. Это поможет лучше понять устройство сабвуфера и более полно представить процесс воспроизведения звука.
Итак, что такое сабвуфер или низкочастотный динамик. Сабвуфер это прибор, преобразовывающий частоту сигнала в колебания воздуха, которые мы воспринимаем как звук.
Принцип работы следующий — сигнал от усилителя по проводам передается на катушку, которая при взаимодействии с магнитом передвигается и перемещает диффузор динамика, который и создает звуковые волны (колебания воздуха).
Теперь хватит определений, посмотрим лучше на картинки.
Компоненты
Внизу отмечены основные элементы из которых состоит сабвуфер.
Подвес — крепит диффузор к корзине. Совместно с длиной обмотки катушки влияет на величину хода динамика, а от материала зависят эластичность и прочность.
Монтажное кольцо — выполняет роль уплотнителя, в некоторых моделях может крепить подвес к корзине.
Вывод проводов — современным решением является выведение проводов от катушки по центрирующей шайбе, что исключает возможность повреждения и посторонних звуков во время работы.
Клемма — к клеммнику подключаются акустические провода от усилителя, в некоторых моделях может отсутствовать, предлагая обладателю прямое подключение, либо соединение через терминал корпуса.
Звуковая катушка — располагается в зазоре между керном и верхним фланцем, там где образуется магнитное поле. Катушка это цилиндр (гильза), на который намотан тонкий медный провод (обмотка катушки). Гильза соединена с диффузором, за счет чего он и приводится в движение.
Корзина является корпусом динамика и каркасом для всех элементов.
Пылезащитный колпак — препятствует попаданию пыли в зазор звуковой катушки.
Диффузор — площадь, создающая колебания воздуха, которые мы слышим как звук.
Центрирующая шайба — центрует и удерживает катушку в зазоре.
Магнитная система. Магнит изготавливается из особых сплавов или же магнитной керамики — специальным способом спрессованных и «спечённых» порошков. От массы и материала магнита зависит мощность динамика.
Магнит расположен вокруг керна и закреплен между верхним и нижним фланцами. Все это вместе составляет магнитную систему сабвуфера.
Вентиляционные отверстия и канал для отвода воздуха используются для выведения тепла и защиты катушки от перегрева. Охлаждение бывает пассивное и активное, оба варианта используются в динамиках. При пассивном охлаждении тепло рассеивается за счет теплопередачи материалов, а при активном горячий воздух отводится за счет движения диффузора, соответственно при ускорении или увеличении диапазона движения повышается и интенсивность охлаждения.
Заключение
Это были основные элементы, составляющие устройство сабвуфера, такой принцип имеют низкочастотные и большинство среденчастотных динамиков. Высокочастотные строятся несколько по другому.
Совокупность, материалы и взаимодействия всех этих элементов определяют характеристики сабвуфера, параметры Тиля — Смолла и конечно характер звучания и качество динамика.
Видео о том из чего состоит сабвуфер
Надеюсь после этого материала вы разобрались из чего состоит сабвуфер и как он работает.
Читайте наши статьи, узнавайте новое, слушайте качественную музыку с отличным басом!
Читать еще:
Жмите на кнопку чтобы поделиться материалом:
Вконтакте
Одноклассники