Данная статья - первая в жанре панелей акустического сопротивления. Первая - оттого, что вряд ли материал уместится в одну. Начать придется не с описания конструкций, и тем более не с расчетов - расчетов попросту нет и не может быть - ПАС изначально считалась не подлежащей расчету, ориентир только на опыт.
На рисунке под заглавием статьи АС Goodmans, а ниже ПАС от данной АС.
Проведем ряд экспериментов с моделью, которая ПАС не считается - открытый ящик, в котором ткань туго натянута на заднюю стенку, как можно туже, но без дополнительных панелей с отверстиями, между которыми и зажимается ткань.
Ткань выбрана достаточно стандартная, льняная, из которой шьют простыни. Толщина последовательно 1, 2, 4 и 8 слоев ткани, по краям плотное прилегание к стенкам ящика. Ящик - многострадальный от электрофона Аккорд с громкоговорителем 4ГД-35, для подавления внутренних отражений выложен изнутри поролоном толщиной 5 мм.
На что, по опыту прошлых статей, ожидаются многочисленные комментарии от любителей звука, что ни ящик, ни головка не достойны даже упоминания, колонки с ними не строят. Колонки, может, и не строят, но полученные на них зависимости обобщаются на любые ящики и головки, т.ч. продолжаем.
Ниже графики импеданса описанной АС с разным числом слоев ткани в качестве задней стенки. Открытый ящик по понятным причинам можно считать вариантом с 0 числа слоев ткани.
Общая тенденция - с ростом числа слоев ткани частота резонанса громкоговорителя Fs уменьшается, уменьшается максимальный импеданс громкоговорителя, а характеристика импеданса уплощается (становится шире).
Для более полного анализа необходимо просчитать по характеристикам импеданса параметры Тиля-Смолла - добротность механическую Qms, электрическую Qes и полную Qts. Графики ниже.
Первым делом обращаем внимание на характеристику электрической добротности. Проведенная линия тренда с небольшим наклоном (0,01) свидетельствует о практической неизменности электрической добротности, небольшие отклонения от постоянства - погрешности измерения.
Наиболее существенно от числа слоев ткани зависит механическая (акустическая) добротность, она резко спадает с ростом числа слоев ткани.
Электрическая добротность определяется по формуле (1) выше. BL в знаменателе формулы - коэффициент электромеханической связи, равный произведению магнитной индукции в зазоре на эффективную длину провода звуковой катушки. В формуле Qes неизменны BL, сопротивление постоянному току Re и 2 пи; тем самым, Qes пропорционально FsMs, т.е. произведению меняющейся резонансной частоты на массу подвижной системы (совместно с присоединенным воздухом). Поскольку Fs измерено, можно просчитать изменение Ms от числа слоев ткани.
Но масса подвижной системы громкоговорителя 4ГД-35 измерялась ранее, и оказалась равной 9 г. Отсюда изменение Ms можно отнести только за счет изменения присоединенной массы (соколеблющегося воздуха).
Ниже график изменения присоединенной массы в зависимости от числа слоев ткани, с проведенной линией линейного тренда, поскольку изменение прямо пропорционально.
Каждый слой ткани дает присоединенную массу 0,0733 г. При площади затянутой тканью задней стенки 3,3 х 2,45 дм = 8,08 кв. дм и плотности воздуха 1,225 г/литр, каждый слой ткани увеличивает слой присоединенного воздуха на 0,0733/8,08=0,009 дм, или 0,9 мм.
Это в предположении, что слой ткани колеблется как поршень, но поскольку ткань закреплена с краев, она колеблется как мембрана, и по факту это значение равно 0 по краям и несколько миллиметров по центру, где оно максимально.
Подставляя известное Ms в формулу механической добротности 2, можно найти изменение Rs - механического сопротивления подвижной системы, график ниже.
Развиваемое громкоговорителем звуковое давление (в поршневом диапазоне, от частоты резонанса до критической частоты, порядка 1000 Гц для 4ГД-35) обратно пропорционально механическому сопротивлению (падает колебательная скорость, а давление пропорционально колебательной скорости), отсюда ниже график падения звукового давления (в дБ) от числа слоев ткани.
Также, по известному Ms и частоте резонанса Fs по формуле 3 резонансной частоты можно найти изменение гибкости подвеса Co, складывающейся из гибкости подвеса громкоговорителя и гибкости воздуха в ящике.
График общей гибкости подвеса, а также обратной величины (жесткости) ниже.
График пародоксальный, не отвечает здравому смыслу - с повышением числа слоев ткани на задней стенке ОЯ гибкость не уменьшается, а растет, хотя и незначительно. Так выходит по результатам измерения, не берусь судить, какой фактор не учтен. Некоторую уверенность внушает то, что по результатам измерений параметры изменяются монотонно, элемент случайности исключен.
Но вот кажущемуся парадоксу уменьшения (а не увеличения) резонансной частоты громкоговорителя АС при помещении его в ЗЯ с демпфированным портом нашлись параллели среди промышленных АС. Ниже скан характеристики импеданса из описания АС с ПАС Variovent и Fiberglass.
Несмотря на невысокое разрешение рисунка, видно, что резонансная частота с элементом Variovent понижается, что наблюдалось и в наших случаях.
Все парадоксы относим за счет того, что описанная конструкция не являлась ПАС с определенным коэффициентом КПАС, равным отношению площади отверстий к площади диффузора, и поведение ткани в малом отверстии не соответствует поведению ткани на всем открытии ящика.
Данному традиционному поведению ПАС будет посвящена отдельная статья.
