Фазоинвертор или закрытый ящик: сравнение и что лучше

О басах и корпусах (рукопись)

Обилие различных по своим характеристикам динамиков для НЧ звена (а точнее сабвуфера) в состоянии повергнуть человека, пытающегося построить звук в акустической системе в состояние растерянности. И я надеюсь, что эта справка поможет кому-нибудь.

Может показаться странным, но динамик в основном характеризуют три основных параметра Тиля-Смолла:

F_s — частота резонанса в открытом пространстве;
Q_ts — полная добротность динамика; и
V_as — эквивалентный объем.

Что означает F_s, я думаю понятно всем, а что такое Q_ts и V_as? Ответ таков: Q_ts (справедливо для для акустического оформления бесконечный экран и закрытый ящик) есть отношение передаточной функции динамика на частоте F_s к передаточной функции на частотах, где амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) динамика горизонтальна, т.е. на частотах выше F_s. Другими словами, Q_ts — характеризует эффективность динамика на резонансной частоте. Таким образом, если Q_ts = 0,707, то на F_s величина звукового давления создаваемого динамиком будет меньше, чем на горизонтальном участке АЧХ на 20*Log₁₀(0,707)=-31дб, если Q_ts=0,3 — то на -10,5 дБ.

V_as — объем воздуха, который обладает гибкостью (величина обратная упругости) такой же, как и подвижная система динамика.

При размещении динамика в закрытом ящике (ЗЯ) гибкость воздуха внутри ящика добавляется к гибкости подвижной системы динамика и его резонансная частота изменяется. Существует следующая закономерность, при помещении динамика в ящик объемом V_as его резонансная частота F_s и добротность Q_ts возрастают в 1,4 раза.

Вооружившись этой информацией, подберем динамики для гипотетического автомобиля, передаточная функция салона которого имеет подъем 12 дБ/октава, начиная с частоты 55 Гц в сторону низких частот. Объем багажника 300 литров. Ну, пусть в багажник нашего автомобиля безболезненно для владельца влезет 30 литровый ящик сабвуфера. Подберем динамики для трех (самых распространенных) видов акустического оформления, а именно:

бесконечный экран (БЭ), V намного больше V_as;
закрытый ящик (ЗЯ), V сравним с V_as;
фазоинверторn (ФИ), V сравним с V_as.

Все системы должны иметь F₃ (частота на которой АЧХ системы имеет значение на 3 дб. ниже, чем на горизонтальном участке и продолжает спадать в сторону низких частот) равную 55 Гц и Q_t=0,707 (полная добротность системы, при которой достигается наиболее ровная АЧХ).

Итак, нужно F₃=55Гц и Q_ts=0,707, спад АЧХ -12 дБ/октава.

Бесконечный экран

В нашем случае, задняя полка, либо другая поверхность, отделяющая багажник от салона.

Тут все ясно F_ts=F₃, Q_ts=Q_t, 10*V_as меньше объема багажника (V), тогда влиянием объема багажника можно пренебречь.

Да еще, Вам придется поверить, АЧХ динамика в БЭ ниже F_s имеет спад -12 дБ/октава.

Закрытый ящик

Для закрытого ящика справедливы следующие отношения:

Для прикидки выберем ящик с объемом равным V_as, (1+V_as/V)^0.5=1,4. Таким образом:

V_as=30 литров, АЧХ ЗЯ ниже F₃ имеет спад -12 дб/октава.

Фазоинвертор

Самое интересное. Сразу оговорюсь, что фазоинвертор штука хитрая. У ФИ гладкая АЧХ получается при разных сочетаниях параметров V_as/V, F_s/F₃ и Q_ts. Поэтому для приблизительных прикидок придется сделать (достаточно верное) допущение: при использовании динамика с Q_ts=0.3…0.5, для оптимально рассчитанного ФИ V_as/V=1,4. Для такого ФИ справедливы отношения:

Для нашего случая получим: F_s= 47,4 Гц, Q_ts= 0,36, V_as=V*1,4=30*1,4=42 литра, АЧХ ФИ ниже F3 имеет спад -24 дб/октава.

Результаты для наглядности сведены в таблицу.

Оформление	БЭ	ЗЯ	ФИ
F_s	55	39,3	47,4
Q_ts	0,707	0,505	0,36
V_as	до 30 л	30	42
Крутизна АЧХ	-12 дб/октава	-12 дб/октава	-24 дб/октава

Видно, что динамики различны и никак не взаимозаменяемы. Приведенные выше прикидочные расчеты могут использоваться для подбора динамика под конкретное оформление.

Что лучше — закрытый ящик или фазоинвертор?

На этот ответ решать вам. Но для нас закрытый ящик дает самую ровную АЧХ, что соответствует реальному звуку. Фазоинвертор делает басы глубже, но при этом звуковая картина портится.

Параметры динамиков предопределяются конструкторами при их разработке. Поэтому трудно ожидать, что, например, коаксиальный 6х9, очевидно разработанный для установки в заднюю полку (БЭ), будет приемлемо работать в ФИ или в ЗЯ (хотя исключения наверняка есть).

Фазоинвертор или закрытый ящик: сравнение и что лучше

Качество акустического звучания напрямую зависит от передачи низкочастотной составляющей звука. В сабвуферах закрытого типа сложно получить низкую граничную рабочую частоту. Повышение общей упругости системы уменьшает показатели звукового давления на низких частотах. В целях усовершенствования работы музыкальных динамиков, специалисты заручились поддержкой дополнительных устройств таких, как фазоинвертор и закрытый ящик.

Особенности фазоинвертора

Фазоинвертор – музыкальное устройство, представляющее собой щель или трубу. Вспомогательный элемент располагается во внутренней части корпуса звуковой системы. Задача фазоинвертора – преобразить один входной сигнал в два. Акустический резонатор инверсирует, то есть постепенно переворачивает звуковые волны, зарожденные на тыльной части диффузора. Перевернутая звонкая волна соединяется со звуками фронтальной поверхности диффузорной конструкции. Таким образом, повышается степень звукового давления. На свет появляется низкочастотный звук.

Размер и вид порта изделия определяет частоту резонанса и объем воздуха. Специалисты выпускают кольцевые и щелевые по форме устройства. Кольцевой вид – классический вариант туннеля фазоинвертора. Щелевые каналы мастерят с целью увеличения внутренней площади фазоинверторного порта. В продаже отсутствуют цилиндрические по форме туннели. Цилиндрический порт снижает уровень шума и значительно уменьшает его длину. В таком случае представленное устройство не сможет качественно справиться с поставленной задачей.

Выбор профессионалов и музыкальных любителей в пользу фазоинвертора объясняют следующие преимущества доступного оборудования:

Высокое КПД корпуса.
Широкое использование. 90% современных акустических систем успешно функционируют благодаря таким устройствам.
Равные значения между КПД и нижней границей частоты значительно уменьшают габариты используемой системы.
С помощью современного ФИ можно установить необходимую звуковую частоту.

В то же время в арсенале музыкального агрегата имеются свои слабые стороны. Среди них выделяют низкий уровень качества звука, а также невысокие переходные характеристики. Длительность нарастания и затухания сигнала полностью зависит от состояния здоровья фазоинвертора. Могут возникать определенные трудности в процессе согласования взаимодействия усилителя с акустической системой.

Минусы фазоинвертора побуждают новичков и опытных меломанов пользоваться закрытыми ящиками.

Все о закрытом ящике

Закрытый ящик – один из популярных видов акустического оформления. Простой сабвуфер имеет вид герметичного короба. Устройство с относительно ровными амплитудно-частотными характеристиками отлично взаимодействует с разными музыкальными направлениями. ЗЯ предназначен для инструментальной, джазовой, клубной и классической музыки. Отличная находка для поклонников ровного баса.

И все же закрытый ящик подходит не для всех видов музыкального динамика. Определить совместимость помогут параметры Тиля-Смола указанные в специальной документации, прилагаемой к звуковому устройству. В случае отсутствия рекомендаций от производителя, проверить совместимость можно самостоятельно, с помощью некоторых подсчетов. Значение резонансной частоты динамической головки необходимо поделить на значение плотной добротности, то есть Fs/Qts. Если полученная цифра в результате математический действий окажется ниже 80 ГЦ, значит приобретенный закрытый ящик подходит для выбранного динамика. В противном случае, следует подыскать другое акустическое оформление.

Основными достоинствами закрытого ящика называют небольшие габариты конструкции, а также качественное звучание. По объему корпус такого сабвуфера идеально подходит для разных видов низкочастотных динамиков. Простое в использовании музыкальное устройство обладает ровным АЧХ. Закрытый ящик придется по душе почитателям разных музыкальных жанров.

Сравнение музыкальных устройств и особенности применения

Фазоинвертор и закрытый ящик – схожие и одновременно такие разные музыкальные помощники. У представленных видов акустического оформления единая цель существования – повышение уровня звукового давления и улучшение качества низкочастотного звука. Оба вида сабвуфера привлекают меломанов своими небольшими габаритами. И закрытый ящик, и фазоинвертор можно собрать самостоятельно или приобрести в специальных магазинах (даже через интернет).

И все же представленные варианты акустического оформления во многом отличаются друг от друга. Покупка фазоинвертора обойдется дешевле, нежели приобретение герметичного короба. При этом изготовить закрытый ящик своими руками намного проще, чем создать ФИ. Первый вид сабвуфера славится высоким уровнем КПД, тогда как вторая акустическая система лучше взаимодействует с разными музыкальными направлениями. Обсуждаемые конструкции отличает уровень качества звука. У закрытого ящика звук качественнее, чем у его оппонента.

Выбор и использование сабвуфера зависит от финансовых возможностей и личных предпочтений меломана. Для подчеркивания и установки определенной частоты лучше приобретать фазоинвертор, так как подобные возможности имеются в его настройках. В погоне за качественным звучанием рекомендуют остановиться на ЗЯ. Желающим самостоятельно изготовить акустическую систему приглянется закрытый ящик. С помощью этого сабвуфера меломаны наслаждаются мелодиями разных музыкальных направлений.

Существет три типа акустического оформления: А именно — это закрытый ящик, фазоинвертор и бандпасс. Останвимся на них немного подробнее.

Закрытый ящик (ЗЯ) — sealed box

Это наиболее простой в изготовлении тип аккустического оформления АС. Колебания в таком ящике находятся в закрытом обьеме и в конечном итоге гасятся. Но поскольку звуковая волна это энергия, то затухая она превращаются в тепло. И хотя количество этого тепла невелико оно все же оказвает влияние на характеристики аккустической системы. (теплея воздух расширяется и повышает жесткость системы). Для предотвращения этого эффекта ЗЯ заполняют изнутри звукопоглощающим материалом, который, поглощая звук поглощает и тепло. Повышение температуры воздуха становится намного меньше и динамику «кажется» что позади него существенно больший объем чем на самом деле. На практике таким способом удается добиться увеличения «аккустического» объема ящика по сравнению с геометрическим на 15-20%.

При всей простоте этой конструкции она обладает многими достоинствами. Во-первых, простота расчета характеристик. Здесь есть всего один параметр -обьем. Во-вторых, во всем диапазоне частот колебания диффузора сдерживаются упругой реакцией воздушного обьема. Это существенно снижает вероятность перегрузки динамика и его механических повреждений. В-третьих, при грамотном выборе параметров головки и объема для нее закрытый ящик не имеет себе равных в области импульсных характеристик, в значительной мере определяющих субъективное восприятие басовых нот.

Если все так хорошо, зачем нужны все остальные типы акустического оформления? Подвох один-единственный. К.П.Д. У закрытого ящика он наименьший по сравнению с любым другим типом акустического оформления. При этом чем меньше нам удастся сделать объем ящика, при сохранении того же рабочего частотного диапазона, тем меньше будет его эффективность.

Фазоинвертор (ФИ) — vented box

Cледующий по распространенности тип акустического оформления. ФИ более гуманен по отношению к излучению тыловой стороны диффузора. В фазоинверторе часть энергии, которая в закрытом ящике «ставится к стенке» используется в мирных целях. Для этого внутренний объем ящика сообщается с окружающим пространством тоннелем, заключающим в себе некоторую массу воздуха. Величина этой массы выбирается таким образом, чтобы, в сочетании в упругостью воздуха внутри ящика создать вторую колебательную систему, получающую энергию от тыльной стороны диффузора и излучающую ее куда нужно и в фазе в излучением диффузора. Такой эффект достигается в не очень широком диапазоне частот, от одной до двух октав, но в его пределах к.п.д. существенно возрастает.

Помимо более высокого к.п.д. фазоинвертор обладает еще одним важнейшим достоинством — вблизи частоты настройки значительно уменьшается амплитуда колебаний диффузора. Это может на первый взгляд показаться парадоксом — как наличие здоровенной прорехи в корпусе громкоговорителя может сдержать движение диффузора, но тем не менее это — факт жизни. В своем рабочем диапазоне фазоинвертор создает для динамика совершенно тепличные условия, причем точно на частоте настройки амплитуда колебаний минимальна, а большая часть звука излучается тоннелем. Допустимая подводимая мощность здесь максимальна, а искажения, вносимые динамиком — наоборот, минимальны.

Фазоинвертор существенно более капризен к выбору параметров и настройке, поскольку выбору, под конкретный динамик, подлежат уже три параметра: объем ящика, поперечное сечение и длина тоннеля. Тоннель очень часто делают так, чтобы у уже готового сабвуфера можно было регулировать длину тоннеля, меняя частоту настройки.

Полосовой громкоговоритель — bandpass

Третий тип сабвуфера, довольно часто используемый в автоустановках (хотя и реже, чем два предыдущих) — полосовой громкоговоритель. Если закрытый ящик и фазоинвертор — акустические фильтры верхних частот, то полосовой, как и вытекает из названия — объединяет в себе фильтры верхних и нижних частот. Простейший полосовой громкоговоритель — одинарный 4-го порядка (single vented). Он состоит из закрытого объема, т.н. задней камеры и второго, снабженного тоннелем, как у обычного фазоинвертора (передняя камера). Динамик установлен в перегородке между камерами так, что обе стороны диффузора работают на полностью или частично замкнутые объемы — отсюда и термин «симетричная нагрузка».

Из традиционных конструкций полосовой громкоговоритель, в любом варианте — чемпион по эффективности. При этом эффективность прямо связана с шириной полосы пропускания. Частотная характеристика полосового громкоговорителя имеет вид колокола. Путем выбора соответствующих объемов и частоты настройки передней камеры, можно построить сабвуфер с широкой полосой пропускания, но органиченной отдачей, то есть колокол будет низким и широким, а можно — с узкой полосой и очень высоким к.п.д. в этой полосе. Колокол при этом вытянется в высоту.

Бандпасс — капризная штука в расчете и самая трудоемкая в изготовлении. Поскольку динамик закопан внутри корпуса, приходится идти на ухищрения по сборке ящика так, чтобы наличие съемной панели не нарушало жесткости и герметичности конструкции. Импульсные характеристики тоже не из лучших, в особенности при широкой полосе.

Чем же это компенсируется? Прежде всего, как говорилось — высочайшим к.п.д. Во-вторых — тем, что весь звук излучается через тоннель, а динамик полностью закрыт. При компоновке такого сабвуфера открываются немалые возможности для установки его в автомобиль. Достаточно найти небольшое местечко на стыке багажника и салона, где может разместиться жерло тоннеля — и путь мощнейшим басам открыт. Специально для таких установок фирма JLAudio, например, выпускает гибкие пластмассовые рукава-тоннели, которыми она предлагает соединять выход сабвуфера с салоном. Вроде шланга пылесоса, только толще и жестче.

Теперь немного о самих сабах

Прежде чем делать ящик для саба нужно выбрать головку, под которую, собственно, и будут рассчитаны его физические параметры. Для выбора динамика необходимо знать как можно больше его электромеханических параметров. Абсолютный минимум данных это: резонансная частота динамика Fs: полная добротность Qts и эквивалентный обьем Vas

Если же 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 вы сделать, скорее всего, 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.

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.

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 вновь 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 сильно различны.

Фазоинвертор или закрытый ящик: сравнение и что лучше

Надо же с чего-то начать жж. Ну например с этой моей реплики на одном форуме двухгодичной давности.
На оформление «закрытый ящик» часто жалуются по причине «вялой атаки». И приводится причина:»сзади динамика в закрытом ящике воздух, который надо сжимать». Как будто в оформлении Фазоинвертор подвижная система динамика ни на что не нагружена и механически и электрически. Давайте с этим разберемся.
[QUOTE]михаил ураков пишет:
Бумага ,единственный материал который ПРИИГРЫВАЕТСЯ и со временем приобретает эзотерические свойства ,которые выше нашего понимания.
[/QUOTE
]
Я никак не сторонник эзотерики в качестве каких-то определяющих свойств, но что бумага приигрывается — по-моему среди производителей динамиков давно не откровение. А вот состав бумаги для диффузоров всегда являлся секретом фирмы и как указывает А.М. Лихницкий в конце 30-х годов технологи «Клянгфильм» хранили рецептурные эталоны в сейфе с крайне ограниченным доступом. Как и некоторые (но не все клея), некоторые (но не все) материалы подвеса и т.д. Ну и конечно бумага единственный достоверный материал для динамиков в СЧ диапазоне. Не могу не согласиться с тем, что у любителей сконов куча веток где они могут друг другу их нахваливать. Одним из интересных, как мне кажется, свойств бумажного диффузора является некий оптимальный брэйкап эффект.Т.е. горе-разработчики гнались за голым поршнем, мастеря многополоски с жуткими фильтрами высоких порядков и в конце концов найдя счастье в мертвых пластиковых и алюминиевых тарелках. Однако раньше вероятно было известно, что ограниченный брэйкап на выходе из поршня при удачном рецепте может дать подобие естественных ревербераций инструментов и зала, где они играли. ВОзможно в этом и был секрет приближения к верности. Одним из вариантов, оптимизирующих этот эффект, кроме пропиток и прочего был о ребро сгиба по краю диффузора, дающее особенно округлый и рельефный звук при правильном исполнении, естественно. Собственно, это в свое время отмечал АМЛ, я только продолжил его мысль.
(отвечая на распространенную в литературе чепуху о том, что якобы наполнитель в колонках как-то влияет на температуру в ящике) товарищ тоже не все берет во внимание. Но его идея разогнать драйвер до нагрева на многие градусы корпуса колонки и измерения при этом fr просто блестящая Чтобы всех температурщиков, которые друг у друга чушь переписывают, послать подальше.Тут в свое время был некий Либерзон и тоже мне махал книжками с авторитетными подписями перед носом про температурные процессы. Я ему говорю, ты напиши, мол, уравнение Клайперона-то да, посмотри какой там нагрев! Десятые градуса у самого динамика. В комнате в течении суток больше флуктуации температуры-то случаются.
Вообще, переходя на механические аналогии, воздух сзади динамика в ЗЯ это пружина, упертая в диффузор. Поглотитель играет роль демпфера — масляного амортизатора. И то и другое важно. Причем представьте, что в одном варианте пружина упирается в стену, а амортизатор также уперт в диффузор (вариант наполнения АС навалом), в другом — пружина уперта с одной стороны в диффузор, с другой в амортизатор (вариант когда стены АС обклеены поглотителем) в обоих случаях дифференциальные уравнения, описывающие систему, будут разными, третий вариант -комбинированный, тоже математика другая. Так что важны и природа поглотителя и его расположение. И конечно сам динамик важен. Ибо Велчур доказал всем, что Акустичесукий Подвес, набитый под завязку плотной стекловатой — прекрасное решение для домашних АС с плотным и глубоким басом.
В одном товарищ очень прав В ФИ оформлении — поглотитель сплошное зло и его должен быть абсолютный минимум, чтобы только стоячие волны убрать если уж не сподобились сделать стенки непараллельными. Он затянивает переходные процессы, что в системе с антирезонансом, где воздух обязан быть насколько можно более добротным, просто губительно. Думаю больше половины бед с гудящими фазиками связаны не только с неверными расчетами и дурацкой практикой использования трубы а не щели, но и именно с тупым демпфированием корпуса по образцу ЗЯ.
Почему щель лучше чем труба?
критерий Рейнольдса Re=VDρ/μ
при одном и том же сечении(эквивалентном диаметру) площадь поверхности ФИ больше, вязкость больше, рейнольдс, который чем меньше, тем ближе течение воздуха в трубе к ламинарному — меньше. Например периметр сечения ФИ при диаметре 10см 31,4см в круглом случае и для щели той же площади 78,5 см2 со сторонами 2,5х31,4см периметр сечения уже 67,5см. Итого в 2 раза больше площадь, вязкость ей прямо пропорциональна, так что имеем при том же сечении ФИ в два раза более ламинарный поток воздуха в ФИ.

Что поглотит импульс подвижной системы,если ее надо мгновенно двинуть в противоположную сторону (например наружу), а динамик еще смещается скажем, внутрь, когда часть мощности сигнала для обратного движения уйдет на гашение инерции от предыдущего? Ему как и всякому движущемуся телу необходима реакция, дабы он пребывал в счастливом динамическом равновесии. Собсно из-за этого и сыр бор. Как ее организовывать, в самом ли динамике, в оформлении ли или частями и в каком соотношении..
Договоримся не трогать поведение системы вблизи резонанса — иначе это нас заведет совсем далеко..
В открытом щите — высокая добротность дина и маленькое смещение создают минимальную инерционную составляющую. При этом воздух в комнате не учавствует в формировании ТС, динамик сам «за все в ответе» но и гасить почти нечего. В ЗЯ (скажем в акустическом подвесе) низкая добротность и fr вкупе с большим ходом превращают дин в что-то типа паруса, так что тут с инерцией все в порядке, такой динамик в открытом щите просто улетит за счет нее в голову счастливого слушателя если с мощой не стесняться, в случае если его не «оформить» вязким, набитым плотным поглотителем в ЗЯ. Т.е. с инерцию гасит не жесткий короткий подвес а полностью ЗЯ с воздухом у поглотителем.
Теперь берем ваш любимый ФИ. Динамик давит вовнутрь. Воздух во-первых сжимается в ящике (который глушить надо крайне аккуратно!), во-вторых в трубе. Возможно суммарное давление меньше, но ведь и добротность динамика выше, и воздух в пустом ящике жестче и добротнее и ФИ играет роль противовеса — гасителя этой самой инерции!
Т.е. переходя на механические аналогии имеет три способа поддержания равновесия сила-реакция в движущемся динамике.
1. Открытый Щит. Диффузор уперт в очень короткую жесткую пружину из конструктива динапика.
2.Закрытый Ящик АП (акустический подвес) диффузор уперт в относительно короткую пружину воздуха в ЗЯ, упертую в большой вязкий амортизатор из поглотителя.
3.Закрытый Ящик БЭ (бесконечный экран) — та же фигня, что и прошлый раз, но пружина в АС мягче (воздуха больше), а в самом дине подвижка жестче и амортизатор из поглотителя меньше
4.ФИ диффузор уперт в жесткую (в идеале) достаточно короткую высокодобротную пружину (из воздуха в АС и своей подвижной системы), на которой через блок висит груз, коим и является идеальный ФИ. Этот груз динамик при движении поднимает вверх-вниз. Чем качественнее передается импульс, тем лучше у таких АС переходная характеристика, поэтому чем больше поглотителя кладут в ФИ тем недостатки свойственные этому исполнению в неграмотной реализации, вырисовывается знаменательнее :). Так что никакой «халявы» для динамика в ФИ не предусмотрено.
Какое основное требование к механической реакции для диффузора? Линейность. Это основное и главное, без чего все остальные достоинства оформления нафиг честному разработчику не нужны (что нужно нечестному можно узнать в темах, не относящихся к винтажу).Итак, что мы имеем?
1. ОЩ. Здесь кроме динамика ее обеспечить некому. Соответственно она обеспечивается в основном малым ходом диффузора и центр. шайбой, часто укрепленной пауком, так ценимым теми, кто в теме. На малых величинах деформации материала работает закон Гука — материал реагирует линейно. Это теоретически очень заманчиво, особенно если учесть отсутствие ящика, с его резонансами, стояка, переотражениями, голосом и т.д. и т.п. Однако есть нюансы. Высокодобротная система подвержена резонансу, причем как все части динамика в отдельности, так и он сам в целом. Соответстно в реальности ниже 60гц будет спад, даже если щит будет весьма большим, так что удасться избежать АКЗ. Однако спад плавный, без дополнительного участия ящика в качестве ФВЧ.
2.ЗЯ
Акустический подвес. Полная противоположность предыдущему. Низкодобротный динамик оказывает минимум реакционного усилия на собственной диффузор механическим способом. Вся ответственность на пружине и вязкому демпферу поглотителя из теплоизоляции. По сути это пружина воздуха погруженная в цилиндр с вязким маслом. Именно это вязкое масло очень сильно линеаризует поведение воздуха в АС. Заодно изрядно убирая переотражения, стоячие волны и прочие прелести ящика. Такое оформление придосточно больших размерах ящика слабо подвержено и резонансу,да и случается он очень низко -ниже 30гц. И теоретически и практически такой ЗЯ, изобретенный Велчуром, дает прекрасный результат по линейности. Вышеприведенный Адвент, AR, KLH и еще бессчетное множество производителей повсеместно использовали его в 60-е, пока Тиль со Смоллом не онаучили ФИ.
Собсно, это решение — лучшее и безоговорочный лидер для малогабаритных АС, снимающий все вопросы. Только так и надо делать, все больше изобретать ничего не надо! Но у маркетинга свои причуды.
3.БЭ Для этого оформления характерны компромиссы и все известные недостатки ЗЯ, излечимые только большим корпусом, даже останавливаться на нем не хочу.
4.ФИ. Имеем динамик, упертый в пружину с грузиком на блоке. Чем меньше будет корпус тем лучше передача имульса от диффузора к ФИ (грузику) и обратно. Это ключевое качество, определяющее адекватный отклик системы. Напомню принцип работы ФИ. Подаем синусоиду со снижающейся частотой на динамик и видим как он колеблется, грузик колеблется вместе с ним, но в противофазе (динамик внутрь – воздух из ФИ наружу) и близи резонансной частоты начинает терять синхронность и вдруг начинает вести себя ненаучно т.е. диффузор идет вперед много дальше, чем требует от него сила Ампера,и вот тут «грузик» — вязкий воздух в щели или трубе тянет линамик назад, гася этот резонансный выброс. Чем менее жесткая между ними связь, тем больше каждый из них будет жить свой жизнью, ни о какой линейности речи уже не идет.
в тоже время
хуже ситуация с переотражениями
выше резонансная частота ящика (ниже которой в ФИ происходит фильтрация ящиком аж 12дб на октаву)
выше компрессия, на которую в сетуют в ЗЯ.
и наоборот больше ящик — ниже частота резонанса, копрессия, но хуже импульс. Так что готовая система с ФИ неизбежно будет являть собой этот компромисс. мало того, как ни крути, но стенки надо демпфировать — это еще больше поглощает импульс диффузор-ФИ. Но если их не демпфировать, переотражения невозможно исказят его!
Это мы считаем еще, что наш ФИ исполнен грамотно. Увы, на практике чаще всего мы имеем не грузик а дуделку-свистелку с массой своих потерь, которые конечно линейности также не добавляют, так что доблестные разработчики в массе выбирают и тут наихудшее из всех возможных решений. В известной степени от недостатков ФИ избавлены АС с пассивным радиатором, но у них ряд своих сложностей, прежде всего — настройка этого самого радиатора.
Таким образом ФИ — неизбежный компромисс, а точнее набор компромиссов. Поэтому я считаю такое оформление изначально убогим и не стоящим серьезного внимания.
Главный источник этих компромиссов — корпус АС с нелинейным, отчасти неизбежно заглушенным воздухом, передающий импульсы к ФИ. Что делать для решения проблемы? Все правильно — выкинуть корпус нахрен и оставить один грузик, прикрепленный к диффузору динамика. Называться такая система будет уже задний рупор и она — куда интереснее и перспективнее.

В поисках закрытого ящика или почему исчезает целый класс акустических систем

Мировая аудиоиндустрия стремительно развивается. Вектор этого развития известен, способность производить удобоваримую электронику с минимальными затратами. Казалось бы, одним из самых логичных типов акустического оформления, не требующих ничего, кроме точного расчета, максимально технологичных и дешевых является закрытый ящик(ЗЯ). При таком оформлении можно минимизировать резонансы корпуса, получить сравнительно ровную АЧХ, а при адекватном демпфировании предотвратить появление заметных на слух стоячих волн. Получается дёшево и сердито, а значит, казалось бы, должно быть востребовано. Между тем, если вы попытаетесь найти такую акустику среди актуальных предложений интернет-магазинов и салонов электроники — вас ожидает разочарование.

Ассортимент предельно мал, если сравнивать с фазоинверторной акустикой, при этом стоимость закрытого ящика существенно выше. Многие безусловно удовлетворятся старой доброй YAMAHA NS-6490 или профессиональными мониторами от Behringer. Также есть узкий сегмент встраиваемой и ландшафтной акустики, который является достаточно нишевыми и редкие дорогие образцы за полмиллиона, типа Graham Audio LS5/9f. Но в сравнении с другими типами оформления процент ЗЯ ничтожно мал. Это означает, что сегодня, новые АС с закрытым акустическим оформлением производят крайне неохотно. Под катом анализирую ситуацию и рассуждаю на тему того, почему закрытые ящики перестали быть востребованными.

Ниша закрытого ящика

С маркетологической точки зрения целевой аудиторией закрытого ящика является притязательный средний класс с уровнем интеллекта выше среднего. С одной стороны, это люди, которые хорошо понимают проблемы ставшего повсеместным фазоинверторного типа. С другой — это те, кто не способны заплатить за дорогие лабиринтные системы и поэтому выбирающие более технологичное и недорогое решение.

Это часто инженеры и другие люди, знакомые с основами акустики. В некоторых случаях такое же решение может понравится небогатым аудиофилам, которые одержимы идеей максимально высокой верности воспроизведения, но не имеют достаточно денег на ультимативно-бескомпромиссные и настолько же нерациональные дорогие решения из маркетингового класса High End.

Можно сказать, что эта категория покупателей больше прочих страдает сегодня от отсутствия продуктов. Как правило, они используют технику из сегмента попроще, при этом, с одной стороны, недовольны её качеством, а с другой, при переходе в премиум сегмент начинают жаловаться на стоимость.

И, казалось бы, всё не так сложно, достаточно начать производить хорошо рассчитанные закрытые ящики из МДФ или фанеры, и всем будет счастье. Но как обычно, дьявол скрывается в мелочах.

Проблема габаритов

Я исследовал мнение 60 человек, которых можно отнести к категории, которую я описал. Оказалось, что большинство (57 человек) из них очень заинтересованы в преимуществах, которые дает закрытый ящик. Трое сказали, что это впечатляет, но они не будут готовы быстро сменить акустику, т.к. их вполне устраивает та, что есть в настоящий момент. Однако, когда позитивно настроенное большинство узнало, что для получения звукового давления, которое обычно позволяет обеспечить фазоинвертор, понадобится увеличить объем в 3 раз, 38 человек отказалось от такого решения без обсуждения преимуществ и взвешивания фактов. Остальные же, лояльно настроенные к такому конструктивному решению, потеряли однозначную уверенность в том, что так лучше.

Получается, что даже решение, которое полностью удовлетворяет по сочетанию верность воспроизведение/стоимость, обладая значительно большими габаритами при равном или меньшем КПД, перестаёт быть интересным для подавляющего большинства потенциальных посетителей.

У такой неприязни к размерам 3 причины. Первая — эстетическая, АС такого размера с трудом сочетается с современным интерьером, где нормой, последние 15 лет, стали колонки столбики. Вторая — прагматическая, АС ЗЯ сжирает объем помещения, который часто хочется сохранить. Третья проблема массы, большие габариты гарантированно увеличивают массу устройства, что создает сложности в перспективе, например, при переезде или перестановке.

“Слабый низ”, как аргумент большинства

Те, кому довелось слышать закрытые ящики в форм факторе полноценной АС, в один голос заявляют о, якобы, “слабых” низких частотах, которых сильно не хватает. Не могу спорить с любителями низа, как минимум в силу того, что восприятие очень индивидуально и никакого стандарта в отношении тембральных акцентов не существует. При этом достаточно ровная АЧХ закрытого ящика не делает акцентов на НЧ, и любителям “сочного баса” его там очень не хватает.

Именно такие утверждения формируют проблему в производительности. По сути, по современным меркам размер такой АС непропорционален ожидаемой звуковой мощности устройства. Оно слишком тихое, что значительно затрудняет визуальную оценку предельной громкости. Работает вечное: “если они такие большие, почему они такие тихие, ведь у соседа 2 столбика, а от них просто уносит”. И именно ради соревнования с соседом Васей у, казалось бы, неглупых людей, способных оценить преимущества конструкции, полностью пропадает желание приобретать “тихие колонки”.

Сабвуфер, как исключение

Единственными современными устройствами, среди которых можно найти ЗЯ в широком ассортименте и ценовом диапазоне, являются сабвуферы. Факт в том, что те, кто хорошо знаком с физикой, неплохо знают о психоакустическом эффекте, когда человеческий слух практически не способен локализовать источники низких частот (ниже 80 Гц). При этом ЗЯ имеет массу преимуществ именно по части НЧ воспроизведения, таких как уменьшение вероятности резонансов, отсутствие специфических ФИ призвуков, турбулентных потоков и за счет этого всего очень ровную АЧХ. В связи с этим ЗЯ стали востребованными именно для создания сабвуферов. К слову, по сравнению с ЯИ и использующими пассивные излучатели, они также достаточно не громкие.

Сухой остаток

Будем честны, несмотря на громкие слова в миссиях кампаний, все они созданы как источник дохода, и соответственно, заботятся о пресловутой “верности воспроизведения” ровно настолько, насколько этого требуют потребители в их сегменте рынка. И, если взглянуть на маркетинговую привлекательность превосходно звучащих, но больших закрытых ящиков, мы увидим очевидную убыточность их возрождения в форм-факторе полноценной АС. Аудиофилы и притязательные богачи избалованы более изощренными решениями, а средний класс не готов поступиться объемом небольших квартир.

Лучшим решением с ЗЯ-оформлением на сегодняшний день являются сабвуферы. При наличии настраиваемого кроссовера можно отрегулировать частоту среза так, чтобы резонансная частота ФИ стереопары воспроизводилась сабом, и таким образом получить вожделенную ровную АЧХ. Также, судя по продуктам представленным на рынке, популярностью пользуется акустика центрального канала с закрытым акустическим оформлением.

Реклама
Мы продаём акустические системы. В нашем каталоге их много, при желании можно найти АС и сабвуферы закрытого типа, в изобилии представлены АС с фазоинвертором.