Расчет акустического фазоинвертора

Фазоинвертор

Данный тип оформления довольно сложнее рассчитать и построить. Его конструкция значительно отличается от закрытого ящика. Однако у него есть преимущества, а именно:

Высокий уровень КПД. Фазоинвертор будет воспроизводить низкие частоты намного громче, чем закрытый ящик;
Несложный расчет корпуса;
Перенастройка в случае необходимости

Это особенно важно для новичков;
Хорошее охлаждение динамика.

Также фазоинвертор имеет и недостатки, число которых больше, чем у ЗЯ. Итак, минусы:

• ФИ громче, чем ЗЯ, но бас здесь уже не такой четкий и быстрый;
• Размеры ФИ короба гораздо больше по сравнению с ЗЯ;
• Большой литраж. Из-за этого готовый короб будет занимать больше места в багажнике.

Исходя из преимуществ и недостатков можно понять, где используются ФИ короба. Чаще всего их используют в инсталляциях, где необходим громкий и выраженный бас. Фазоинвертор подойдет для слушателей любого репа, электронной и клубной музыки. А также он подойдет для тех, кому не нужно свободное место в багажнике, так как короб будет занимать почти все пространство.

ФИ короб поможет получить больше баса, чем в ЗЯ от динамика маленького диаметра. Однако для этого потребуется гораздо больше места.

Какой объем короба требуется для фазоинвертора?

• для сабвуфера диаметром 8 дюймов (20 см) понадобится 20-33 литров чистого объёма;
• для 10-дюймового динамика (25 см) – 34-46 литров,
• для 12-дюймового (30 см) – 47-78 литров,
• для 15-дюймового (38 см) – 79-120 литров
• и для 18-дюймового сабвуфера (46 см) нужно 120-170 литров.

Как и в случае с ЗЯ, здесь даны неточные цифры. Однако в ФИ корпусе можно «играть» с объемом и брать значение меньше рекомендуемых, выясняя при каком объеме сабвуфер играет лучше. Но не стоит слишком сильно увеличивать или ужимать объем, это может привести к потере мощности и выходу динамика из строя. Лучше всего опираться на рекомендации производителя сабвуфера.

От чего зависит настройка ФИ короба

Чем больше объем короба, тем меньше будет частота настройки,  скорость баса уменьшается. Если же нужна частота повыше, то объем необходимо уменьшить . Если у вас номинальная мощность усилителя превышает номинал динамика, то объём рекомендуется делать поменьше.  Это нужно для того, чтобы распределить нагрузку на динамик и исключить его превышение хода. Если же усилитель слабее динамика то объём короба рекомендуем сделать чуть больше. Это компенсирует громкость из-за недостачи мощности.

Площадь порта также должна зависеть от объема. Средние значения площади порта динамиков следующие:

для 8-дюймового сабвуфера потребуется 60-115 кв.см,

для 10-дюймового – 100-160 кв.см,

для 12-дюймового – 140-270 кв.см,

для 15-дюймового – 240-420 кв.см,

для 18-дюймового – 360-580 кв.см.

Длинна порта так же влияет на частоту настройки сабвуферного короба, чем длиннее будет порт тем ниже настройка короба, чем короче порт соответственно частота настройки выше. При расчете короба для сабвуфера прежде всего необходимо ознакомиться с характеристиками динамика и рекомендуемыми параметрами корпуса. В некоторых случаях производитель рекомендует совершенно иные параметры короба, чем те, которые даны в статье. Динамик может иметь нестандартные характеристики, из-за чего он будет требовать определенного короба. Такие сабвуфер чаще всего встречаются у компаний-производителей Kicker и DD. Однако у других производителей такие динамики также имеются, но в гораздо меньших количествах.

Объёмы даны примерные, от и до. Он в зависимости от динамика будут отличаться, но как правило они будут находиться в одной и той же вилке… К примеру для 12 дюймового сабвуфера это 47-78 литров а порт будет от 140 до 270 кв. см, а как более подробно рассчитать объём, всему этому мы будем учиться в последующих статьях. Надеемся что данная статья ответила вам на ваш вопрос, если у вас есть замечания или предложения вы можете оставить свой комментарий ниже.

Какие материалы нам потребуются для сборки сабвуфера?

Многослойная фанера для корпуса сабвуфераМатериал для изготовления короба сабвуфера должен быть прочным, плотным и хорошо изолировать звук. Для этого отлично подойдет многослойная фанера или ДСП. Основные преимущества этих материалов – доступная цена и простота в обработке. Они достаточно прочны и обеспечивают хорошую шумоизоляцию. Мы будем делать сабвуфер из многослойной фанеры толщиной 30 мм.

Чтобы сделать короб для сабвуфера нам понадобится:

Саморезы по дереву (примерно 50-55 мм, 100 штук) Шумоизоляционный материал (шумка) Дрель и шуруповерт (или отвертка) Електролобзик Жидкие гвозди Герметик Клей ПВА Карпет, примерно 3 метра Клемник

Чертежи короба для сабвуфера

В данной статье мы будем делать короб под сабвуфер с 12-ти дюймовым динамиком. Рекомендуемый объем ящика для одного 10-12 дюймового динамика – 40-50 литров. Рассчитать короб под сабвуфер не сложно, вот примерная схема с размерами панелей

Схема и чертеж короба Стоит обратить внимание на минимальное расстояние от стенок корпуса до динамика. Оно, как и объем всего ящика, рассчитывается по внутренней поверхности

Собираем короб для сабвуфера своими руками

Можно приступать к сборке. Мы используем 12-ти дюймовый динамик Lanzar VW-124. 12-ти дюймовый динамик для сабвуфера Его диаметр 30 см, и первое что нужно сделать это вырезать отверстие под динамик. Минимальное расстояние от центра диффузора до стенки сабвуфера – 20 см. Мы отмеряли по 23 см (20 см + 3 см ширина фанеры) от края панели и прорезали отверстие електролобзиком. Далее вырезаем отверстие под фазоинверторную щель, в нашем примере она имеет размер 35*5 см.

Вырезаем щель фазоинвертора и отверстие для динамика

Вместо щели можно использовать классический воздуховод – трубку. Теперь собираем фазоинверторную щель и крепим ее к передней панели сабвуфера. Проходим по стыкам жидкими гвоздями и закручиваем саморезами

Собираем панели фазоинверторной щели Важно очень плотно закручивать саморезы, чтобы не оставить пустотелостей. Они будут создавать резонансные колебания, которые испортят звучание сабвуфера. Далее собираем боковые стенки короба, предварительно смазав их жидкими гвоздями, и плотно закручиваем саморезами

Боковые стенки короба На задней крышке короба нужно вырезать небольшое отверстие под клемник. Соединяем все части корпуса. Убеждаемся в том, что мы правильно вырезали и скрепили все части. Короб в сборке Вставляем динамик. Смотрим, любуемся

Далее собираем боковые стенки короба, предварительно смазав их жидкими гвоздями, и плотно закручиваем саморезами. Боковые стенки короба На задней крышке короба нужно вырезать небольшое отверстие под клемник. Соединяем все части корпуса. Убеждаемся в том, что мы правильно вырезали и скрепили все части. Короб в сборке Вставляем динамик. Смотрим, любуемся.

Внутренняя отделка

Переходим к внутренней отделке короба. Первое, что необходимо сделать это проклеить все стыки и щели эпоксидным клеем или герметиком. Далее с помощью клея ПВА приклеиваем на всю внутреннюю поверхность короба шумоизоляционный материал. Обклеиваем корпус шумкой Обклеиваем корпус шумкой Теперь обтягиваем всю внешнюю плоскость короба карпетом, включая щель фазоинвертора. Крепить его можно на эпоксидный клей или с помощью мебельного степлера. Короб обтянут карпетом Далее вставляем и плотно прикручиваем динамик. Сабвуфер почти готов, осталось только протянуть провода от динамика к клемнику и подключить усилитель. Установленный сабвуфер с усилителем Усилитель мы докупали, но его также можно сделать своими руками. Это довольно сложно, так как требует знаний и практики в области радиотехники. Также можно использовать готовые наборы и схемы для радиолюбителей, вроде Мастер-КИТ, и самостоятельно проводить сборку усилителя. Единственное требование к усилителю – его максимальная мощность должны быть меньше, чем максимальная мощность динамика.

Вариант №3. Расчет размера фазоинвертора по номограмме

рис. 9. Номограмма

В области низких частот работа громкоговорителя не зависит от формы ящика или типа фазоинвертора, а определяется лишь двумя параметрами акустического оформления — объемом ящика-фазоинвертора V и частотой его настройки F_b. К нахождению этих величин и сводится в основном расчет акустического оформления.

Для того чтобы уяснить методику расчета громкоговорителей с помощью номограммы, рассмотрим несколько примеров.

Пример 1.Рассчитать оптимальное акустическое оформление для известной низкочастотной головки. Допустим, что с помощью измерений параметры головки определены: Q_a=3,2, Q_e=0,33, V_as=0,120м3, f_s=40 Гц. При работе от усилителя с нулевым выходным сопротивлением (R_g=0) Q_t головки составит 0,3. Отметим на оси абсцисс точку Q_t=0,3, проведем через нее перпендикулярную оси прямую и найдем ординаты точек пересечения прямой с кривыми в верхней и нижней частях номограммы: V_as/V=3, f_b/f_s=1,25, f₃/f_s=1,47. Подставляя в полученные отношения измеренные значения параметров головки V_as=0,120м3, f_s=40 Гц, находим: V=0,04 м3, f_b=50 Гц, f₃=59 Гц. Таким образом, если не принимать мер к дополнительному регулированию Q_t, для получения гладкой частотной характеристики громкоговорителя заданную головку достаточно поместить в ящик-фазоинвертор объемом 0,04 м3 и настроить его на частоту 50 Гц. Частота среза громкоговорителя при этом окажется равной 59 Гц.

Пример 2.Для той же исходной головки с Q_a=3,2, Q_e=0,33, V_as=0,120м3, f_s=40 Гц требуется так рассчитать параметры ящика-фазоинвертора, чтобы частота среза громкоговорителя оказалась равной 35 Гц. При оговоренной частоте среза расчет начинается с определения f₃/f_s. В рассматриваемом случае f₃/f_s=0,875. Далее через точку с ординатой 0,875 на кривой f₃/f_s проводится прямая, перпендикулярная оси абсцисс, и определяются координаты точек пересечения ее с кривыми V_as/V и f_b/f_s , т. е. Q_t=0,415, V_as/V=1.05, f_b/f_s =0.93. Подставляя в полученные отношения значения параметров головки V_as=0,12м3, f_s=40 Гц, находим V=0,114 м3, f_b=37 Гц. Следовательно, для того чтобы получить гладкую частотную характеристику громкоговорителя с частотой среза f3=35 Гц, объем ящика-фазоинвертора должен составлять 0,114 м3, а частота настройки — 37 Гц. Кроме того, поскольку требуемое значение общего Q головки отличается от измеренного (при работе от усилителя с нулевым выходным сопротивлением Q_t=0.3), для достижения желаемой формы частотной характеристики потребуется дополнительное регулирование этого параметра.

Пример 3.Дана низкочастотная головка (Q_a=3,2, Q_e=0,33, V_as=0,12м3, fs=40 Гц) и задан объем акустического оформления 19 V=0,06 м3. Требуется рассчитать громкоговоритель, обладающий гладкой частотной характеристикой. Определим отношение V_as/V =2. Через точку с ординатой 2 на кривой V_as/V проведем прямую, перпендикулярную оси абсцисс, и найдем координаты точек пересечения ее с кривыми f_b/f_s и f₃/f_s : Q_t=0,345; f_b/f_s=1,1; f₃/f_s=1,2. Подставляя в последние отношения значения параметров головки, находим fb=44 Гц, f3=48 Гц. Таким образом, чтобы с данной головкой и в ящике оговоренных размеров получить гладкую частотную характеристику громкоговорителя, потребуется настроить ящик-фазоинвертор на частоту f_b=44 Гц и с помощью средств регулирования довести общее Q головки до значения 0,345.

Особенности размещения

В замкнутом пространстве автомобиля мозг человека не в состоянии определить направление на источник низкочастотного звука. Поэтому, в отличие от динамиков средней и высокой частоты, место размещения сабвуфера не влияет на естественность звука и может быть любым. Но внушительную колонку куда попало не пристроишь. Экономя ограниченное пространство, её, как правило, прячут в багажник.

Вариантов расположения сабвуфера в багажнике седана или хэтчбека не так уж и много:

• за спинкой сидений диффузором в багажник,
• в крыле,
• в откидном подлокотнике диффузором в салон,
• в полке диффузором вверх,
• в нише запасного колеса.

Инсталляция сабвуфера за спинкой сидений диффузором в багажник — распространённое решение. Выбирая такой вариант для седана, необходимо обеспечить акустическую связь багажника с салоном.

Инсталляция сабвуфера за спинкой сидений диффузором в багажник — распространённое решение

Суммарная площадь отверстий между ними должна быть не меньше площади диффузора. Чтобы выполнить условие, возможно, понадобится «просветлить» полку: вырезать в ней дополнительное отверстие и замаскировать его сеткой или решёткой. То же самое относится и к варианту размещения сабвуфера в заднем крыле седана.

Суммарная площадь отверстий между багажником и салоном седана должна быть не меньше площади диффузора

В хэтчбеке и в универсале, где багажник не изолирован от салона, инсталляция диффузором назад работает лучше и даже может создать дополнительный прирост звукового давления. Сабвуфер в крыле обеспечивает более глубокий бас.

Низкочастотная колонка в подлокотнике откидного сидения седана более точно воспроизводит звук, поскольку динамик работает непосредственно в салон.

Низкочастотная колонка в подлокотнике откидного сидения седана более точно воспроизводит звук

Размер «окна» для динамика не должен быть меньше площади диффузора. Корпус сабвуфера устанавливают как можно плотнее к спинке сидения, «утечка» звука через щели влияет на качество его воспроизведения.

Размещение сабвуфера в задней полке диффузором вверх — наиболее выигрышное решение. Динамик, как и в случае с подлокотником, работает в салон. Кроме того, заднее стекло выступает в роли акустической нагрузки, обеспечивая дополнительное усиление низких частот.

Размещение сабвуфера в задней полке диффузором вверх — наиболее выигрышное решение

Динамик сабвуфера в полу багажника (в нише запаски) хэтчбека и универсала фактически установлен в большую плоскую поверхность, что положительно влияет на воспроизведение низких частот. При этом следует позаботиться о защите головки и придумать, куда пристроить запасное колесо.

Динамик сабвуфера в полу багажника хэтчбека и универсала фактически установлен в большую плоскую поверхность, что положительно влияет на воспроизведение низких частот

Как сделать короб для сабвуфера

Несмотря на кажущуюся сложность, работа по изготовлению короба для сабвуфера – это достаточно простое занятие, справиться с которым сможет даже человек без каких-либо специфических навыков.

Перед началом изготовления оформления для низкочастотного динамика нужно найти и приготовить все необходимые материалы, инструменты и чертежи. Следуя всем рекомендациям и советам, вы без проблем справитесь с поставленной задачей.

Как рассчитать короб

Расчет короба для сабвуфера следует производить при помощи специализированного программного обеспечения. К числу подобных расчетных калькуляторов, подходящих для выполнения данной задачи, относятся пакеты WinISD или JBLSpeakershop.

Осуществив установку и запуск программы, вы увидите несколько полей для внесения информации. В пустые строчки необходимо вставить исходные данные – на их основе калькулятор посчитает все необходимые величины. Расчет корпуса сабвуфера – это очень важный этап, от качества которого зависит вся последующая работа.

Как собрать

Процедура по изготовлению короба для низкочастотной колонки подразделяется на несколько этапов. С каждым из них следует внимательно ознакомиться до начала работ: таким образом, вы избавите себя от каких-либо ошибок или непредвиденных обстоятельств.

• Поверхности, в сторону которых будет смотреть головка, следует сделать двойными, используя несколько листов материала. В первом листе следует проделать небольшое отверстие, утопив головку внутрь конструкции;
• Для того чтобы склеить листы между собой, нужно использовать эпоксидный клей и шурупы. Крепежные детали следует размещать через каждые два-три сантиметра плоскости изделия;
• Соединение стенок с основанием ящика производится при помощи мебельных шурупов. Их присутствие делает конструкцию намного прочнее;
• Трехсторонняя рейка, расположенная во внутренней части корпуса, в обязательном порядке проклеивается по всем углам. Таким образом, мы повышаем прочность конструкции и предупреждаем появление деформированных участков.

Чертежи

Схема конструкции внешнего ящика для низкочастотного динамика – это удобный информативный лист, упрощающий процесс сборки изделия. Так как в нашем случае рассматривается процедура по созданию короба для сабвуфера на 12 дюймов, оптимальный объем заготовки должен варьироваться в промежутке от 40 до 50 литров. Создание чертежа производится по следующим размерам:

• Ширина – 700мм;
• Высота – 450мм;
• Глубина – 260мм;
• Передняя и задняя панели – 700/450мм;
• Левая и правая панели – 450/260мм;
• Верхняя и нижняя панели – 750/260мм.

Согласно указанным размерностям можно нарисовать конструктивный чертеж, при помощи которого можно будет собрать готовое изделие.

Как подобрать динамики

После завершения работ по сборке корпуса, следует озаботиться выбором и монтажом громкоговорителей. Включаемые в аудиосистему колонки должны обладать отличными характеристиками в плане воспроизведения низкочастотных волн посредством преобразования электрического импульса в воздушные колебания. Качество работы динамика зависит от нескольких количественных показателей, точные величины которых можно посмотреть в эксплуатационных документах на устройство:

• Частота резонанса;
• Добротность;
• Эквивалентный объем.

Хорошие модели акустических громкоговорителей обладают резонансной частотой в 20-50Гц. Добротность – это показатель, свидетельствующий о том, насколько качественно гасятся резонансные колебания диафрагменного элемента. Эквивалентный объем – объем воздуха внутри конструкции, не зависящий от общих габаритов динамика. Выбирая колонку, старайтесь подобрать устройство с высокими характеристиками.

Как установить

Процедура монтажа низкочастотного динамика – это чрезвычайно простая работа, выполнить которую сможет даже человек, не обладающий профессиональными познаниями в соответствующей области. В качестве основного места установки аудиосистемы можно выбрать:

Внутреннюю обшивку автомобиля;

Плоскость пола багажного отсека;

• Отдельное место, габариты которого соответствуют размерам системы;
• Сабвуфер, не обладающий внушительными размерами, может размещаться под сиденьями автомобиля.

Объем для сабвуфера

Как узнать и посчитать объём сабвуфера в литрах. Наиболее трудоёмкими будут расчёты конструкций с фазоинвертором или бандпасс. Несмотря на высокие пользовательские параметры, конструкция бандпасс редко используется в автомобилях. Расчёт и изготовление акустической системы со щелевым фазоинвертором, требует больше деталей и столярных работ. Нужно точно рассчитать площадь порта фазоинвертора, а после изготовления и сборки конструкции нужно тщательно закруглить все внутренние углы, чтобы избежать воздушных вихревых волн. Проще рассчитать короб под сабвуфер на трубе.

Труба выполнена из пластика и состоит из двух сегментов, один из которых может перемещаться внутри другого. Такое устройство продаётся в специализированных магазинах. Передвижение составных частей трубы изменяет эффективную площадь фазоинвертора, что позволяет настраивать конструкцию на конкретную частоту.

Какой короб выбрать для сабвуфера определяется типом динамика и местом размещения басовой колонки. Если багажный отсек пустой и не используется для перевозки грузов, то низкочастотную акустическую систему лучше всего разместить там. Если часть багажника нужна для каких — либо целей, то лучше выбрать закрытый короб, так как он имеет минимальные размеры. Когда багажник использовать не удаётся, басовая колонка монтируется на полке за спинками задних кресел. В этом случае выбирается конструкция «Free Air».

Источник

Нюансы

Не смотря на высокие требования к герметичности, некоторые аудиофилы просверливают в корпусе отверстие не больше 2 мм. для выравнивания внутреннего давления воздуха при различных температурах.

Звучание сабвуфера в ЗЯ можно дополнительно смягчить, поместив в короб наполнитель (шерсть, синтепон, вата). Изменения в звучании происходят за счет смягчения и дополнительного рассеивания волн внутри корпуса. При правильном объеме и форме корпуса это нужно далеко не всегда. Для того чтобы узнать как будет лучше — проэксперементируйте, послушайте с наполнителем и без. Сделайте так, как вам больше понравится.

FAQ по динамикам и сабвуферам

В последнее время стало слышно очень много вопросов про динамики и сабвуферы. Подавляющее большинство ответов можно получить на первых трех страницах любой книги, написанной профессионалами. Материал адресован в первую очередь начинающим, ленивым;) и сельским самодельщикам, подготовлен на основе книг И.А. Алдощиной, В.К. Иоффе, отчасти Эфрусси, журнальных публикаций в Wireless World , АМ и (немного) личного опыта . Не использовалась информация из Интернета и ФИДОнета.

Материал никоим образом не претендует на полноту освещения проблемы, а представляет собой попытку объяснить на пальцах азы акустики.

Чаще всего вопрос звучит примерно так: «нашел динамик, что с ним делать?», или «Товарищ, а говорят такие сабвуферы бывают…». Здесь мы рассмотрим только один вариант решения этой проблемы: По имеющемуся динамику сделать ящик, с оптимальными параметрами на HЧ, насколько это возможно. Этот вариант сильно отличается от задачи заводского конструктора-натянуть нижнюю частоту системы до необходимой по ТУ величины

Особенности

Материалы

Требования к материалам и сборке стандартны. Фазоинверторный короб должен быть крепким, герметичным и не давать вибраций. Материал — фанера или МДФ от 18 мм. и толще.

Обратите внимание на то, что все каналы ввода проводов, клеммники и т.п. должны быть надежно загерметизированы, внутренние перегородки (стенки порта) не должны иметь щелей

Скругления порта фазоинвертора

Если щелевой порт длинный и имеет повороты, то в углах могут возникать застойные зоны, для избежания этого изгибы сглаживаются — в результате повышается КПД, так как снижается сопротивление движению воздуха. На слух определить улучшение качества довольно сложно, но для борьбы за высокий результат в звуковом давлении это решение работает.

Варианты сглаживая портов

Концы портов могут раскрываться, на выходе это может устранить паразитные шумы от трения воздуха, но такая проблема встречается не часто. Также за счет раскрывов на обоих концах понижается настройка порта (фазоинвертора), либо уменьшается его длина. То есть для одной и той же настройки порт с с расширениями на концах будет короче прямого и займет меньше объема.

Расширение щелевого порта

Практическое видео по раскатке трубы для порта:

Стоит понимать, что подбор правильной геометрии расширения (раскрыва) — отдельная задача при расчете корпуса фазоинвертора.

Установка и подключение

Для встраивания сабвуфера в подлокотник заднего сиденья или под водительское кресло выполняют такие действия:

1. Подготавливают автомобиль. Снимают войлочную обшивку. Днище машины проклеивают материалом, подавляющим вибрацию.
2. Положительный кабель питания выводят из подкапотного пространства. Его оснащают дополнительным предохранителем. Рекомендуется покрыть провод гофрированной защитной трубкой. Кабель прокладывают возле штатного жгута.
3. Провод массы соединяют с болтом, расположенным под сиденьем или возле приборной панели. Его также защищают гофрированной трубкой.
4. Размещают входящие в комплект оборудования крепежные элементы.
5. Сабвуфер соединяют с магнитолой силовым кабелем. Это дает возможность включения динамика при наличии ключа в замке зажигания.
6. Подключают сигнальные провода к разъемам головного блока. При этом учитывают рекомендации производителя.

Перед сверлением отверстий в днище машины нужно изучить инструкцию по эксплуатации транспортного средства. Иногда под водительским сиденьем располагается бензобак

Работы нужно выполнять с осторожностью, используя небольшие саморезы

источник