Расчет корпуса для сабвуфера

Расчет корпуса для сабвуфера по зубам не каждому автомобилисту, даже очень увлеченному музыкой и разбирающемуся в различных акустических тонкостях. Сабвуфер представляет собой сложную и самостоятельную акустическую систему, предназначенную для создания качественного звука в салоне автомобиля.
Однако, мало кто из автомобилистов знает, как рассчитать корпус для сабвуфера грамотно и без проблем.

Корпус и его расчет

Итак, непосредственно сам алгоритм расчета корпуса сабвуфера:

• На сегодняшний день существует четыре основных вида корпуса для сабвуфера;
• Корпус 3Я представляет собой конструкцию закрытого типа. Данный вид , с точки зрения проектирования и изготовления, является наиболее простым. Однако, у него коэффициент полезного действия практически отсутствует. В придачу ко всему, он является негерметичным;
• Фазоинвертор (ФИ) имеет сложный принцип расчёта, но зато обладает высоким показателем коэффициента полезного действия;
• Бандпас 4 и 6-го порядков является самым трудным, с точки зрения проектирования и практического изготовления вариантом, но обладает наивысшим показателем коэффициента полезного действия в пределах низких частот звука и при этом, полностью глушит высокие.

Примечание. Объективно каждый из описанных выше вариантов обладает рядом характерных преимуществ и недостатков, однако, выбор нужно осуществлять согласно рекомендациям программы проектирования.

Программа WinlSD 0.44

Перед тем, как перейти непосредственно к процессу проектирования, необходимо создать звуковой динамик в базе данных с помощью программы WinlSD 0.44:

• Вначале нужно навести курсор компьютерной мышки на вкладку New, после чего, необходимо поставить Owndrivers и снова кликнуть на New. После этого, загрузить параметры, выбранные в соответствии с собственными пожеланиями и возможностями. В конце просто нажать OK, Close;
• Затем необходимо выполнить создание проекта уже на основе динамика, заданных ранее размеров;
• Далее, необходимо многократно повторить вышеописанную процедуру с изменением вида корпуса, перепробовав все четыре вариации.

Непосредственный алгоритм создания самого корпуса для сабвуфера автомобиля

Вот, что нужно знать:

• Наиболее оптимальной формой будет усеченная пирамида, поскольку она является наиболее универсальной;
• Скос задней стенки должен составлять примерно 23 градуса, так как абсолютное большинство современных легковых автомобилей имеют салон с наклоном спинок задних сидений именно под этим углом;
• Обязательно необходимо рассчитать объём корпуса в соответствии с размерами свободного пространства багажника(см.).

Создание корпуса закрытого типа

Начинаем:

• Все стенки корпуса 3Я (корпуса закрытого типа) должны быть выполнены из ДСП, причем, передняя стенка должна обладать толщиной 23 мм, а боковая ровняться 220 мм;
• Теперь нужно просто выпилить из ДСП стенки указанного размера с точностью до миллиметра, а после можно переходить к непосредственной сборке корпуса;
• Соединение следует выполнять с помощью клея и специализированных саморезов с их дальнейшим вкручиванием на расстоянии 5 см друг от друга;

• Под саморезы нужно создать с помощью свёрл отверстия размером ровно 3 мм, а уже под головки саморезов необходимо будет с помощью сверла в 10 мм создать соответствующие выемки;
• Теперь пришло время выполнить разметку отверстий для акустического терминала при помощи самого простого циркуля;
• Далее нужно создать соответствующие отверстия при помощи электронного лобзика.

Примечание. Если акустический терминал будет постоянно находиться в условиях высокого давления, то от него будут регулярно исходить различного рода призвуки. С целью избегания описанного выше эффекта, необходимо акустический терминал с помощью маленькой коробочки просто экранировать.

Продолжаем:

• Перед тем, как перейти к прикручиванию заготовленных предварительно саморезов, необходимо клеем промазать всю поверхность мест соединения;
• Части корпуса, выступающие после склеивания, нужно просто аккуратно срезать с помощью рубанка;
• Аналогичным способом необходимо выполнить разметку и вырезку соответствующих отверстий уже на передней стенке с целью качественной установки автомобильного динамика;
• Нитролак для мебели нужно нанести на деревянный корпус с целью сохранения свойств анти воздействия влаги и процесса конденсации;
• Для создания красивого внешнего облика рекомендуется наружную часть корпуса покрыть карпетом(см.);
• Теперь осталось просто выполнить соединение акустического терминала и сабвуферного динамика.

Примечание. Крайне важно ознакомиться со всеми этапами инструкции и разобраться в программе проектирования, так как это позволит выполнить самостоятельную установку и индивидуально сконструировать короб непосредственно под габариты и возможности багажного отсека своего автомобиля. Также во время абсолютно всех этапов работы важна высокая степень внимательности и аккуратности, ведь любая неточность непременно скажется на конечном результате.

Инструкция самостоятельного конструирования в сочетании с фото и видео - материалами позволит выполнить работу быстро и качественно. Цена вопроса минимальна и в десятки раз отличается от операции, проведенной в мастерской.
Своими руками соорудить корпус вполне реально. Главное, повторимся, при первом создании и конструировании внимательно ознакомиться с подробной практической инструкцией.

Перед началом проектирования и сборки короба необходимо определиться с выбором динамика. Рекомендуем остановить свой выбор на 10-12 дюймовых импортных динамиках, так как они наиболее часто используются в автомобильных сабвуферах и лучше всего подходят. Как подобрать динамик для сабвуфера мы подробно рассказывали в предыдущей статье. Конструкция короба также имеет важное значение: от нее зависит качество и громкость звучания низких частот.

Какими бывают короба для сабвуфера?

Существует несколько типов ящиков для сабвуфера. От конструкции короба напрямую зависит качество звука , которое Вы получите на выходе. Ниже представлены наиболее популярные типы сабвуферов:

Закрытый ящик — наиболее простой в изготовлении и проектировке, его название говорит само за себя. Низкочастотный динамик помещается в герметичный деревянный корпус, который улучшает его акустические характеристики. Изготовить сабвуфер в авто с таким корпусом довольно просто, однако он имеет самый низкий КПД.

Бандпас 4-го порядка — это тип сабвуфера, корпус которого разделен на камеры. Объемы этих камер разные, в одной из них размещен динамик, а во второй — фазоинвертор (воздуховод). Одной из особенностей этого типа сабвуфера является способность конструкции ограничивать частоты, которые воспроизводит диффузор.

Бандпас 6-го порядка отличается от 4-го порядка наличием еще одного фазоинвертора и еще одной камеры. Есть два типа бандпасов 6-го порядка — первый имеет один фазоинвертор, а второй два (один из них общих для обеих камер). Этот тип короба является наиболее сложным в проектировании, но выдает максимальный КПД.

Фазоинвертор — сабвуфер со специальной трубкой в корпусе. Она выводит воздух и обеспечивает дополнительное звучание от задней части динамика. По сложности в изготовлении и качеству звучания этот тип нечто среднее между закрытым ящиком и бандпасом.

Желая получить наиболее качественное звучание, можно остановить свой выбор на бандпасах. Но конструкция этого типа имеет множество деталей, которые надо тщательно спроектировать и просчитать. Все это можно сделать с помощью специальной программы WinlSD, которая не только определит оптимальный размер и объем сабвуфера, но и создаст его 3D модель, а также просчитает размеры всех деталей.

К сожалению, эта программа требует хотя бы минимальный знаний в этой сфере и рядовому автолюбителю навряд ли удастся сделать все верно с первого раза. Тем более, для того, чтобы программа правильно работала, ей необходимы некоторые параметры динамика, которые также известны не всем. Если Вы не планируете принимать участие в соревнованиях по авто-звуку советуем отбросить бандпасы.

Интересуетесь автотюннингом? Подробная инструкция по установке парктроника своими руками специально для вас!

А вы знаете, что такое типтроник? Читайте о плюсах и минусах этой коробки передач.

Фазоинвертор будет наиболее оптимальным решением для самодельного сабвуфера. Этот тип короба хорош тем, что трубка (фазоинвертор) позволяет лучше воспроизводить самые низкие частоты. Фактически это дополнительный источник звука, который содействует звучанию сабвуфера и повышает КПД.

Какие материалы нам потребуются для сборки сабвуфера?

Материал 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.

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

Видео-инструкция: как самому сделать чертеж для сабвуфера

Собираем короб для сабвуфера своими руками

Можно приступать к сборке. Мы используем 12-ти дюймовый динамик Lanzar VW-124.


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.


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.

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.


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.


Вставляем динамик. Смотрим, любуемся.


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.




Теперь обтягиваем всю внешнюю плоскость короба карпетом, включая щель фазоинвертора. Крепить его можно на эпоксидный клей или с помощью мебельного степлера.


Далее вставляем и плотно прикручиваем динамик. Сабвуфер почти готов, осталось только протянуть провода от динамика к клемнику и подключить усилитель.


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 .

Смотрите также видео-отчет о изготовлении самодельного сабвуфера на 2 динамика

Делаем сабвуфер стелс своими руками

Надоело возить в багажнике огромный ящик? Тогда стелс сабвуфер просто создан для вас. Этот уникальный тип корпуса более практичный, чем классический ящик. Он не стоит квадратной коробкой посреди багажника и занимает меньше места. Зачастую стелс устанавливают во внутренней части крыла, иногда в нише вместо запасного колеса. Минимальный объем ящика, который требует 10-12 дюймовый динамик для нормальной работы — 18 литров.

Для изготовления пассивного стелс сабвуфера нам потребуются:

• низкочастотный динамик;
• защитная решетка и розетка для подключения к усилителю;
• провод для подключения динамика к розетке;
• многослойная фанера или ДСП (толщина 20 мм);
• небольшой кусок ДВП;
• эпоксидный клей;
• кисточка;
• стеклоткань;
• монтажный скотч;
• полиэтиленовая пленка;
• саморезы по дереву;
• дрель, лобзик.

Узнайте, какие документы нужны для замены прав при смене фамилии , и нужно ли еще раз сдавать на права.

Недавно купили новый автомобиль? Прочтите советы по обкатке нового авто от опытных автомобилистов.

Здесь /avtotovary/pokupka-avto/byudzhetnye-krossovery.html можно узнать, как правильно пользоваться и ухаживать за автоматической коробкой передач.

После выбора места, где будет установлен стелс, освобождаем багажник и приступаем к изготовлению корпуса. Можно снять обшивку багажника в том месте, где будет установлен сабвуфер, чтобы поместить его еще ближе к крылу. Первым делом стелем на пол багажника полиэтиленовую пленку. Она выполняет сразу две функции: защищает обшивку багажника от эпоксидного клея и позволяет нам сделать крепление, к которому мы прикрутим днище сабвуфера. Далее обклеиваем внутреннюю сторону крыла монтажным скотчем в два слоя.


Нарезаем стеклоткань небольшими кусками, примерно 20х20 см. На малярный скотч накладываем куски стеклоткани и проклеиваем эпоксидным клеем. Накладывать стеклоткань лучше внахлёст, чтобы не было очевидных стыков и швов.


Лепим слои стеклоткани друг на друга, попутно смазывая их эпоксидным клеем, пока толщина листа не достигнет 10 мм (примерно 4-5 слоев).


Материал будет застывать примерно 12 часов. Для ускорения процесса можно использовать лампу. Теперь вырезаем дно сабвуфера и приклеиваем к нашему корпусу. Стык обрабатываем герметиком или проклеиваем эпоксидной смолой.


В этом конкретном случае форму нужно подогнать под петли багажника, чтобы наш самодельный сабвуфер не мешал ему закрываться. После того, как мы отрезали все лишнее, вырезаем из ДСП боковые стенки и верхнюю крышку. Округлую часть изготавливаем из фанеры, мы это делали “на глаз”.

Чтобы фанере было проще придать округлую форму, ее необходимо сначала намочить, придать ей нужную форму, закрепить и дать высохнуть.

Листы ДСП необходимо проклеить эпоксидным клеем или герметиком, а затем скрепить саморезами. Короб из стекловолокна также приклеиваем с помощью эпоксидной смолы, а когда она высохнет — скрепляем саморезами.


Для лучшей герметизации можно проклеить швы еще раз . Мы наложили еще один слой эпоксидного клея и прижали конструкцию песком, чтобы клей лучше взялся.


Далее мы можем замерить переднюю панель и вырезать ее. С помощью лобзика вырезаем круг для динамика. Для того, чтобы надежно прикрепить переднюю панель к корпусу, нужно закрутить ее саморезами со всех сторон. То есть на всей внутренней части панели нужно установить бруски, на расстоянии чуть большем, чем толщина фанеры (в нашем случае мы прикрепили бруски на расстоянии примерно 25 мм от края панели). Благодаря этому мы сможем закрепить переднюю часть сверху, снизу, по бокам, и самое главное — надежно прикрепить ее к округлому элементу.


Вырезаем отверстие в торце для розетки.


В конце было решено добавить еще два слоя стеклоткани и эпоксидного клея на изогнутую часть корпуса для стелс сабвуфера.


Проводим окончательную сборку: устанавливаем розетку и подключаем к ней динамик, но пока не прикручиваем его. Далее есть два варианта — покрасить сабвуфер, либо обтянуть карпетом. Покрасить немного сложнее, так как надо сначала выровнять поверхность. Для этого мы использовали универсальную шпаклевку.


Выравниваем все наждачной бумагой, грунтуем и красим. Сабвуфер готов!

Р асчет корпуса сабвуфера – ЗЯ (З акрытый Я щик). Рассчитать и сделать ЗЯ под конкретный сабвуферный динамик, не составляет большого труда, это очень простое, в расчете и изготовлении акустическое оформление. Задача заключается в том, чтобы определить необходимый объем закрытого ящика, в котором сабвуферный динамик, создаст относительно ровную АЧХ в салоне автомобиля.

Для расчета ЗЯ корпуса, понадобиться программа для расчета сабвуферных корпусов - JBL SpeakerShop или другая подобная. Находим даташит с техническими характеристиками сабвуферного динамика, нас интересуют параметры Тиля-Смолла, минимум, что нужно узнать о динамике: Fs (резонансная частота динамика), Vas (эквивалентный объем) и Qts (полная добротность). Если известнто больше параметров для динамика – хорошо, их можно все ввести, но для расчета корпуса ЗЯ и даже ФИ, вполне достаточно трех выше приведенных параметров.

Расчет сабвуферного корпуса - ЗЯ.

Кнопка Plot , показывает кривую АЧХ. Изменяя объем, необходимо получить как можно более плавную кривую, без провалов в рабочей зоне. Если что то не так, проверьте, подходит ли данный сабвуфер для ЗЯ .

После того как будет получена оптимальная кривая АЧХ, станет известно, какого объема необходимо делать корпус сабвуфера.

Считается это следующим способом:

Рассчитанный объем 1000 ÷ длину ÷ высоту = ширина. Более подробно, с примером, описано в конце статьи по расчету фазоинверторного короба .

Рекомендую делать корпус со скосом задней или передней стенки, это уменьшит воздействие отраженных волн от задней стенки. Что бы правильно рассчитать такой корпус нужно дно корпуса сделать длиннее на несколько см. а верх наоборот на несколько см. короче, от исходной, рассчитанной ширины, в конечном счете объем корпуса не изменится. Или применить в корпусе демпфирующий материал, но в этом случае, необходимо это учесть при расчете объема в программе.

Короб под сабвуфер

Как вы оформите сабвуфер, так он и зазвучит. Конечно, есть готовые варианты – корпусные низкочастотники, однако требовать от них реальной производительности и вибраций не стоит. Это «середина», рассчитанная на среднестатистического потребителя, далеко не аудиофильский и творческий формат.

Самыми популярными типами акустического оформления низкочастотников являются закрытые ящики и фазоинверторы. Написано о них много, подробно рассказывается о преимуществах и недостатках, есть отзывы, примеры и многое другое.

Короб под сабвуфер требует точнейшего расчета, есть даже специальная программа для расчета объема короба сабвуфера. Если вы сталкиваетесь с этим вопросом впервые, лучше обратиться к профессионалам. Иначе получится плачевный результат: деньги на ветер и отсутствие звука, к которому стремимся.

Какой объем короба нужен для закрытого ящика?

• Сабвуфер 8 дюймов – короб 8-12 литров в чистом виде
• Сабвуфер 10 дюймов – короб 13-23 литров
• Сабвуфер 12 дюймов – короб 24-37 литров
• Сабвуфер 15 дюймов – короб 38-57 литров

Точный объем не обозначить, так как каждый НЧ динамик имеет свои характеристики и требования к установке, здесь немаловажна и настройка. Если объема короба будет больше, чем нужно, то низкие частоты получатся расплывчатыми, не четкими. Если меньше – бас станет «быстрым» и резким, это слишком для человеческого слуха.

Какой объем короба нужен для фазоинвертора?

• Сабвуфер 8 дюймов – 20-33 литра в чистом виде
• Сабвуфер 10 дюймов – 34-46 литров
• Сабвуфер 12 дюймов – 47-78 литров
• Сабвуфер 15 дюймов – 79-120 литров

В отличие от закрытого ящика фазоинверторный корпус может работать даже при меньших значениях, хотя и здесь важно не переборщить. Со слишком увеличенным или уменьшенным объемом вы не получите звука, в самом негативном варианте результатом станет потеря мощности и выход НЧ динамика из строя.

Сабвуфер с перевернутыми динамиками

Обычно устанавливается на демо-кары для соревнований SPL, где особенно ценится максимальное звуковое давление. Плюс – экономия объема корпуса, возможность установки нескольких сабвуферов на один короб. Диффузор динамиков «прокачивает» объем в обе стороны. Так SPL-щики и добиваются того самого «ветра», когда в салоне вибрирует все вокруг, включая обивку, "long hair", людей. Такие короба делают настоящие профессионалы, опираясь на опыт и знания в теме автозвука.

Требования к материалам

В качестве материалов для короба сабвуфера используют многослойную фанеру, древесину или ДСП. Также потребуется шумоизоляция, герметик, саморезы, клей и инструменты. В технических документах к каждому НЧ динамику идет инструкция с указанием необходимых объемов корпуса для хорошего звучания. Чертежи разрабатываются в соответствии с рекомендуемыми производителями объемами короба.

Если вы желаете купить короб для сабвуфера, то проконсультироваться можно прямо в магазине, специалисты MVA знают об этом много, посоветуют нужный объем и тип для имеющегося низкочастотного динамика.

На камне выбито: одна из фундаментальных зависимостей электроакустики запрещает одновременно увеличивать чувствительность и уменьшать нижнюю граничную частоту громкоговорителя и объём оформления. А если не выбито, так надо выбить…

ПРАВИЛА ИГРЫ

Это - к скульпторам. Мне же давно хотелось прояснить, как именно эта зависимость реализуется. Результатам этих прояснений и посвящены эти заметки. Для начала пара предварительных замечаний. Под чувствительностью громкоговорителя повсюду в пределах данного материала (если не сказано иного) будет подразумеваться так называемая опорная чувствительность (reference sensitivity), то есть чувствительность на тех частотах, где амплитудно-частотная характеристика системы имеет более или менее прямолинейный горизонтальный характер, или, как говорят акустики, нормированная частотная характеристика имеет единичное (более или менее) значение. Реальная чувствительность системы в некоторой полосе может быть как выше опорной (если в данной полосе наблюдается акустическое усиление), так и ниже неё (если имеет место спад АЧХ). В большинстве формул, однако, вместо чувствительности фигурирует значение КПД (опорного КПД) громкоговорителя η (это по-гречески, по-нашему - «эта»), которое связано с чувствительностью SPL простой зависимостью:

(1a) η = 6,026 10 -12 10 SPL/10 ,

(1b) или SPL = 10lg(η/6,026 10 -12)

Один из вариантов записи формулы для вычисления КПД электродинамического преобразователя выглядит так:

(2a) η = 4π 2 Fs 3 Vas/(c 3 Qes)

Здесь, как всегда,
Fs - частота собственного резонанса головки (Гц),

Vas - эквивалентный объём воздуха (м 3),

Qes - электрическая добротность головки,

c - скорость звука в воздухе (334 м/с).

Первый и самый простой вывод, который следует из рассмотрения формулы (2), заключается в том, что один из параметров Тиля - Смолла связан с двумя другими через КПД преобразователя, в частности, для эквивалентного объёма можем записать:

(2b) Vas=c 3 Qes η/(4π 2 Fs 3)

Итак, для головки с фиксированным значением Qes мы можем получить зависимость эквивалентного объёма Vas от аргументов (или SPL) и частоты Fs. Чтобы перейти от Vas к объёму ящика Vb (на данном этапе рассматриваем только закрытый ящик - ЗЯ), потребуется значение целевой добротности головки в ящике Qtc и полной добротности головки на воздухе Qts. Параметр Qtc - это основная характеристика «настройки» ЗЯ. (Мы привыкли к тому, что настраивается только фазоинвертор (ФИ), но сочетание параметров Qtc и нижней частотной границы ЗЯ тоже можно и даже принято называть настройкой.) В частности, для настройки Баттерворта Qtc = 0,707, для Бесселя 0,577. Настройки Чебышева тоже существуют, в зависимости от величины допустимого выброса на АЧХ (0,5 или 1 дБ) добротность Qtc может быть 0,86 или 0,95. Можно показать, что объём ящика Vb связан с эквивалентным объёмом Vas зависимостью:

(3) Vb = Vas Qts 2 /(Qtc 2 — Qts 2).

Теперь нам надо связать частоту резонанса головки в ящике Fc с частотой собственного резонанса (на воздухе) Fs. Для этого тоже существует соответствующая формула:

(4) Fc = Fs Qtc/Qes.

Наконец, значение частоты, соответствующей нижней частотной границе громкоговорителя по уровню -3 дБ (обозначается как F3), с частотой Fc связано жёстко, через константу k, которая известна для каждой настройки:

(k может быть как больше, так и меньше единицы, в частности, для Баттерворта k = 1,0.)

Добротность Qts связана с Qes через добротность Qm механических потерь в подвесе и в ящике известным соотношением:

(6) Qts = Qes Qm/(Qes + Qm).

Предположим сначала, что механические потери отсутствуют, Qm >> Qes, и тогда Qts = Qes. (Такое предположение можно считать обоснованным для головок с Qes не больше 0,3, имеющих добротность механических потерь не меньше 3,0.) Позже посмотрим, как меняется объём ящика, когда добротность потерь становится сравнимой с электрической добротностью. Как и всегда, в качестве отправной точки берём ЗЯ с баттервортовской добротностью. На первом рисунке приведены графики полученной зависимости для Qes, равной 0,2, 0,4 и 0,6.

Рис. 1. ЗЯ с полной добротностью Qtc = 0,707:

Для нас с вами практической пользы от таких графиков не очень много - какой смысл говорить о ящиках объёмом 1 - 5 кубометров, когда у нас объём салона в лучшем случае около трёх кубов? Действительно, счёт объёма ящика идёт на кубометры, если задаёмся чувствительностью 100 дБ и нижней частотной границей 16 Гц, мы с вами такие задачи перед собой не ставим, и теперь хорошо видно, почему и ставить их не надо. До практических результатов ещё доберёмся. В частности, мы видим, что функция монотонна относительно каждого аргумента (SPL и F3), то есть не существует такой области значений аргументов, где удалось бы уменьшить объём ящика, не проигрывая в протяжённости полосы по басам либо в чувствительности системы.

А вот теперь уже можно задаться вопросом: а как изменится объём ящика при наличии механических потерь? Поскольку рассмотрение всех вероятных сочетаний электрической и механической добротности выходит далеко за пределы любой журнальной статьи, надо было выбрать какое-то типичное значение механической добротности Qm. В результате обработки статистики, набранной нами в ходе многочисленных тестов, было получено осреднённое значение 3,3. Примерно такую же (3,333) величину механической добротности можно получить при использовании головки с механической добротностью 5 и добротностью потерь в ящике 10. Значение Qm = 3,333 было принято для дальнейших расчётов. На рис. 2 вы можете увидеть зависимости для объёма ЗЯ с учётом добротности потерь.

Рис. 2. ЗЯ с добротностью потерь 3,33 и полной добротностью Qtc = 0,707:

Расчёты показали, что учёт механических потерь приводит, как правило, к увеличению объёма ящика. Но зависимость эта нелинейная, и в тех случаях, когда электрическая добротность Qes приближается к «ящичной» добротности Qtc (в нашем случае - 0,6 и 0,707), присутствие потерь позволяет несколько выиграть в величине объёма. Правда, даже в этом случае ящики получаются значительно более объёмистыми, нежели для головок с низкой Qes, и если мы хотим узнать размеры минимально возможных ящиков для каждого значения добротности Qes, наличие потерь надо будет учитывать. К практическим реализациям мы перейдём чуть позже, но уже сейчас можно сделать некоторые предварительные выводы.

1. Головки с высокой полной добротностью (Qts > 0,5) малопригодны для работы в компактном оформлении.
2. При изменении граничной частоты на 1/3 октавы потребный объём ящика меняется вдвое (ну то есть как бы на октаву).
3. То же происходит с объёмом ящика при изменении потребной чувствительности на 3 дБ.

Теперь уже можно оставить настройку Баттерворта позади и спросить: а как будет меняться объём ящика при сохранении значений всех аргументов, но при изменении добротности Qtc? Расчёты дали простой ответ: чем выше добротность, тем компактнее ящик. А значит, чтобы получить параметры «минимально возможного» ящика, надо задаться некоторыми ограничениями. И тут нам уже не обойтись без использования «стандартной» передаточной функции салона (она же «функция АвтоЗвука»). С привлечением к работе этой функции возникают следующие любопытные закономерности (мы продолжаем нумерацию).

1. С ростом добротности Qtc и минимальной неравномерности АЧХ объём ящика уменьшается.
2. В диапазоне значений полной добротности Qtc от 0,4 до 0,67 неравномерность АЧХ в салоне может быть выдержана не выше 0,4 - 0,6 дБ.
3. При более высокой и более низкой добротности Qtc неравномерность АЧХ в салоне растёт.

При тестировании сабвуферов мы исходим из того, что неравномерности АЧХ менее 2 дБ (в диапазоне 25 - 100 Гц) достаточно для получения высшей оценки за форму частотной характеристики (сама эта рекомендация была получена на основе практики). Тогда для ящика с минимальным объёмом зададимся неравномерностью 1,9 дБ и получим настройку с такими параметрами:

Qtc = 0,80; Fc = 70,1 Гц (F3 = 63 Гц).

Вот для неё мы уже можем строить графики для практического применения. Обратите внимание, для головки с добротностью 0,6 также учтены механические потери в подвижной системе и ящике (рис. 3).

Рис. 3. Графики распределения объёмов ЗЯ с Qtc = 0,80 и Fc = 70 Гц

Для удобства ниже приводится таблица 1, в которую включены все те значения, на основании которых построены графики, показанные выше.

Таблица 1 . Объёмы ЗЯ с неравномерностью АЧХ в салоне 1,9 дБ

Как нетрудно заметить, в таблице достаточно было бы привести значения для диапазона, перекрывающего лишь 10 дБ разброса чувствительности SPL, остальные значения получаются путём переноса десятичной запятой. Скажем, объём ящика для SPL 90 дБ в десять раз больше, нежели для значения SPL, равного 80 дБ. Указанная закономерность, впрочем, напрямую связана с тем высказыванием, которое было выше приведено под номером 3.

С закрытым ящиком как будто всё ясно. С фазоинверторным оформлением, как обычно, несколько сложнее. Начнём с того, что не так уж просто понять, какую именно настройку считать наиболее компактной. В ходе математических экспериментов проявились следующие зависимости.

1. Чем выше добротность головки в ящике Qtc, тем меньший выигрыш по ширине полосы даёт ФИ по сравнению с ЗЯ. По этой причине настройки с добротностью Qtc > 0,707, как нам представляется, смысла не имеют.
2. Оформление с ФИ при той же граничной частоте F3 всегда компактнее, чем ЗЯ, когда на десятки процентов, а когда и в три-четыре раза.

Последнее утверждение кажется на первый взгляд несколько неожиданным - по нашему опыту, ящик с ФИ всегда объёмистее, чем ЗЯ. Как разрешается это противоречие, мы увидим чуть позже, а пока идём дальше. Те же математические эксперименты показали, что почти все настройки, известные из классической литературы (для свободного поля), в условиях автомобильного салона проявляют себя не наилучшим образом. Исключение составляет лишь настройка, известная по работам г-на Тиля как «максимально ровная настройка» Баттерворта четвёртого порядка (B4). При надлежащем выборе частоты настройки ящика Fc (не частоты настройки фазика Fb, а частоты резонанса головки в ящике, на импедансной кривой это - верхний горб двугорбой кривой) результирующая АЧХ в салоне становится подозрительно похожей на нашу «нормированную» АЧХ, которую мы стремимся построить при тестировании сабвуферов, правда с шириной полосы немного больше, чем «наши» 4/3 октавы. Так что для расчёта опорной настройки для расчётов мы взяли за основу именно нашу «стандартную» АЧХ с величиной среднего акустического усиления 4,0 дБ. Вернее говоря, задача стояла обратная: найти такую настройку (сочетание Qtc, Fc и Fb), при которой АЧХ в салоне будет иметь максимум на 35 Гц, а ширина полосы по уровню -3 дБ составит 4/3 октавы. Откуда взялась величина усиления 4 дБ? Дело в том, что при анализе предварительных результатов было сформировано следующее правило.

1. Чем меньшее акустическое усиление обеспечивает оформление с ФИ, тем более компактным получается ящик.

Ну а 4 дБ - это практически минимальное значение акустического усиления из того, что мы получаем в наших тестах. (Обтекаемое выражение «практически минимальное» означает, что нам встречались показатели и немного ниже, но при этом было очевидно, что данная головка для работы в ФИ совсем не приспособлена.)

Итак, «минимальная настройка» имеет следующие параметры. Qtc = 0,58, Fc = 53 Гц, Fb = 32,6 Гц. Частота F3, измеренная по свободному полю, составляет 37,3 Гц.

Вот тут и открылась страшная тайна: наши ящики с ФИ выходят больше потому, что у них нижняя граничная частота по свободному полю должна быть значительно ниже, чем у ЗЯ - чтобы в салоне получились сравнимые результаты.

Теперь, используя все те же зависимости, можем построить аналогичные зависимости и для ФИ (рис. 4).

Рис. 4. Графики распределения объёмов ящиков с ФИ: с Qtc = 0,58, Fc = 53 Гц, Fb = 32,6 Гц

Обратите внимание, за основу для построения двух последних графиков были выбраны зависимости для оформления (и головок) с потерями, поскольку ящики получались чуть более компактными. И тоже для удобства пользования все данные мы свели в таблицу 2. Цветом выделена область значений функции, не превышающих 85 л (три «кубика»).

Таблица 2 . Объёмы ящика с ФИ, имеющегоо стандартизованную форму АЧХ

Из сравнения данных таблиц 1 и 2 нетрудно заключить, что все без исключения ящики с ФИ имеют больший объём, нежели соответствующие ЗЯ. Тогда, спрашивается, ради чего огород городить? Чтобы найти ответ на этот вопрос, попробуем учесть акустическое усиление и прибавить к данным первого столбца те самые 4 дБ. А результат для ФИ и ЗЯ сведём в общую таблицу 3.

Таблица 3 . Сравнение объёмов ЗЯ и ФИ

Как можно заметить, с учётом такой поправки фазику удаётся отыграть некоторое количество объёма (9 - 29%) у закрытого ящика. Исключение составляет только вариант с добротностью головки 0,50; как было уже сказано, головки с высокой добротностью мало приспособлены для работы в ФИ.

Что будет, если выбрать настройку с акустическим усилением не 4 дБ, а меньше или, наоборот, больше? Чем меньше усиление, тем физически меньший вклад в излучение вносит фазоинвертор и тем объём такого оформления ближе к объёму ЗЯ. Чем больше усиление, тем больше объём ящика с ФИ, но тем больший выигрыш в объёме (по сравнению с ЗЯ) он даёт с учётом акустического усиления. Получается так: если конструктор акустики, работающей в условиях свободного поля, платит относительным усложнением конструкции за снижение нижней частотной границы, то создатель акустики, работающей в компрессионной среде, платит той же монетой за сокращение объёма ящика. Одновременно с наращиванием акустического усиления, конечно же, увеличивается неравномерность АЧХ. Однако рост этой неравномерности не столь важен, поскольку происходит за пределами того диапазона (4/3 октавы), который нас интересует.

В своём стремлении выявить закономерности для установления объёмов оформления мы совершенно не касались немаловажного вопроса о реализуемости ящиков в данных конкретных объёмах с использованием тех или иных головок. Подробное рассмотрение этих закономерностей выходит за рамки любого одиночного журнального материала. Однако если ввести в рассмотрение ограничения по возможным значениям объёма ящика Vb, а также параметров Vas и Mas (масса подвижной системы) в зависимости от типоразмера, плюс ограничения на величину силового фактора Bl (уже вне зависимости от типоразмера), то можно получить любопытные результаты.

Идём снизу. Головки калибра 8 дюймов позволяют перекрыть примерно 2/3 диапазона по SPL снизу вверх (по нашей таблице получается наоборот, сверху вниз), то есть от 80 и до 94 дБ/Вт. Причём для головок с более высокой Qes «область покрытия» шире, чем у «восьмёрок» с мощным магнитом и, соответственно, низкой добротностью. Кстати, это общая закономерность: с учётом конструктивных ограничений область применения головок с низкой электрической добротностью смещается вниз, то есть в область более высокой чувствительности и большего объёма ящика.

Теперь переходим к наиболее известному в нашей отрасли (хотя и редкому) калибру 18 дюймов. Совершенно очевидно, что ящики на головках с такими статями оккупируют нижнюю часть таблицы - с большими объёмами и соответствующей чувствительностью. Головки с добротностью 0,2, как оказалось, вообще нереализуемы (мы же с вами не раз отмечали, что чем больше калибр, тем выше (на круг) добротность). Головки с добротностью 0,3 позволяют построить ящик с чувствительностью не ниже 97 дБ/Вт, но и объём там будет нешуточный. (Если у неё чувствительность ниже, значит, сабвуферы с «правильной» формой АЧХ на них не получаются, но они, наверное, и не для того создаются, по крайней мере в нашей отрасли.) Головки с добротностью выше 0,4 и дальше позволяют работать с опорной чувствительностью от 96 дБ/Вт и выше.

«Пятнашки» с добротностью около 0,20 - редкость чрезвычайная, один из таких раритетов нам недавно встретился «на ковре». На них реализуются ЗЯ с чувствительностью 92 - 94 дБ/Вт, и всё тут. По крайней мере так у меня получилось. Головки с более высокой добротностью покрывают более широкую область - от тех же 92 дБ/Вт и дальше.

Наконец, головки калибра 12 и 10 дюймов совместно перекрывают 3/4 диапазона, не вторгаясь лишь в область 84 дБ/Вт и ниже и оставив свободными ячейки с чувствительностью 100 дБ/Вт и немного ниже.

Может возникнуть вопрос: а что будет, если головки играют не по нашим правилам, в частности, чувствительность у них ниже, нежели положено? Это будет означать, что параметры головки не позволяют уложить АЧХ в заданный допуск 1,9 дБ при заданном объёме ящика. То есть либо ящик будет больше, либо же АЧХ будет иметь более высокую неравномерность. Так что приведённой выше таблицей можно пользоваться в качестве универсального определителя минимального объёма ящика. Правда, сказанное относится только к закрытому ящику, для фазоинвертора зависимости уже не столь однозначны.