Доброго времени суток! В этой статье хочу описать методику расчёта пассивной акустики(колонок) для самостоятельного их изготовления.
При проектировании пассивных акустических систем важно учитывать не только характеристики динамиков, но и параметры акустического оформления – корпус или ящик, где размещается динамик, или динамики. Правильно подобранные размеры и форма корпуса позволяют улучшить качество звучания, минимизировать искажения и обеспечить оптимальное воспроизведение низких частот.
Основные типы акустического оформления
1. Закрытый корпус
2. Фазоинверторная конструкция
3. Пассивный радиатор
4. Бесконечный экран
5. Лабиринтное оформление
6. Изобарическое оформление
Но здесь я расскажу только о закрытой акустике и фазоинверторной. Эти два типа по сути соединены в одной акустике, но есть небольшие дополнения в расчётах.
Закрытая акустическая система
Для расчета закрытой акустики используются следующие основные формулы:
- Объём воздуха внутри корпуса (𝑉_{b}ₒₓ):
𝑉_{b}ₒₓ=\frac𝑉ₐₛ𝑄ₜₛ²
где 𝑉ₐₛ - эквивалентный объём динамика при определённом давлении, а 𝑄ₜₛ - общая добротность головки громкоговорителя.
- Частота резонанса коробки (𝑓_{b}):
𝑓_{b}=𝑓ₛ√\frac̅𝑉̅ₐ̅ₛ̅𝑉̅_{b}̅ₒ̅ₓ̅
где 𝑓ₛ - собственная резонансная частота динамика.
Этот тип акустики прост в изготовлении и обеспечивает низкий уровень нелинейных искажений за счёт отсутствия внешних отверстий. Однако закрытые корпуса требуют большего объёма по сравнению с другими конструкциями для достижения того же уровня звукового давления.
Фазоинверторная акустика
Фазоинверторы отличаются наличием специального отверстия или трубы, через которую воздух выходит наружу под действием движения диффузора динамика. Это позволяет увеличить эффективность излучения низкочастотного диапазона без увеличения размера самого корпуса.
Расчет параметров фазоинвертора осуществляется следующим образом:
- Оптимальный внутренний объем короба (𝑉_{b}):
𝑉_{b}=\frac𝑄ₜₛ²⋅𝑄ₗ²(𝑄ₑₛ+𝑄ₘₛ−𝑄ₜₛ)²⋅𝑉ₐₛ
где 𝑄ₗ - желаемая дополнительная нагрузка от фазоинвертора; 𝑄ₑₛ, 𝑄ₘₛ - электрическая и механическая добротности соответственно.
- Длина тоннеля фазоинвертора (𝐿ₚ) при заданной площади сечения порта (𝑆ₚ):
𝐿ₚ=\frac𝑐²8𝜋²𝑓₀𝑆ₚ−\frac0.85𝑑𝜋
где 𝑐=343 м/с - скорость звука в воздухе, 𝑓₀ - частота настройки портирования, 𝑑 - диаметр порта.
Выбор правильной длины и диаметра порта существенно влияет на конечное звучание системы. Недостаточная длина может привести к недостатку баса, тогда как слишком длинный тоннель способен вызвать нежелательные завихрения воздушного потока и шум.
Чтобы получить наилучшие результаты проектирования акустических систем необходимо следовать нескольким рекомендациям:
- Использовать качественные материалы с высокой плотностью и минимальной степенью вибрации(например дерево);
- Учитывать наличие внутренних демпфирующих элементов (например, ватина);
- Проводить моделирование акустических характеристик с помощью специализированных программ перед окончательной сборкой;
- Избегать острых углов и выступающих деталей во внутренней части корпуса, так как они могут вызывать отражения звуковых волн и приводить к возникновению стоячих волн.
Теперь мы разобрались с расчётом акустической системы перед её изготовлением. Не стоит этим пренебрегать так как без расчётов акустическая система превращается просто в "динамик в ящике" и не даёт возможности услышать то, на что способна акустика.