Мы расскажем как сделать акустику своими руками

Расчет акустического фазоинвертора

 

Предлагаемые методы расчета фазоинвертора основан на простейших измерениях, проводимых с вполне определенным экземпляром громкоговорителя, устанавливаемым в акустический фазоинвертор и на номографическом определении размеров последнего. А также варианты расчета фазоинвертора с использованием технических параметров динамиков от производителя.

Что такое Фазоинвертор?

Фазоинвертор это пневмо-акустический резонатор Гельмгольца.

И как у всякого резонатора у него есть резонанс, весьма выраженный, с высокой добротностью и крутыми склонами. Так что в корпусе сабвуфера у нас два резонатора: активный (динамик) и пассивный (фазоинвертор). Оба они влияют друг на друга через упругую среду (воздух).

Назначение ФИ — уменьшение нижней рабочей частоты сабвуфера, добавить низких частот.

Какой должна быть частота резонанса фазоинвертора?

Частота резонанса фазоинвертора (в общем случае) должна быть на 1/3 (на 33 %) ниже, частоты резонанса того же динамика в том же ящике при закрытом отверстии фазоинвертора.

Пример:
Fрез. динамика в ЗЯ = 60 Гц.
60 х 0,33 = 20гц.
60-20 = 40 Гц.

Расчётная резонансная частота ФИ в данном примере должна быть 40 Гц.

Для этой частоты, а считаю далее диаметр и длина фазоинвертора под объём данного ящика. А теперь рассмотрим более научные варианты расчета фазоинвертора.

Вариант №1. Простой вариант расчета размеров фазоинвертора

Это вариант подойдет для ленивых. Нам надо знать частоту настройки фазоинвертора для данного динамика. Его часто указывают производители динамиков в технических характеристиках, например на упаковке.

Формула расчет частоты резонанса

где:

  • F — частота настройки ФИ;
  • C — скорость звука;
  • п — число = 3,14…;
  • S — площадь отверстия;
  • L — эффективная длина трубы (длина трубы плюс процентов 5);
  • V — объем корпуса.

Везде метры и герцы.

Соответственно отношение площади отверстия к длине фазоинвертора:

Формула отношения площади отверстия к длине фазоинвертора
Рис. 1. Формула отношения площади отверстия к длине фазоинвертора

то есть при увеличении площади отверстия вдвое (два порта) — вдвое растет длина каждого из фазоинвертора. Делать узкий фазоинвертор чтобы уменьшить длину трубы нецелесообразно — возрастает скорость потока в нем (там должно быть не более 5% от скорости звука! я ошибся по памяти)

Одновременно сделать очень широкий и длинный фазоинвертор также не имеет смысла — его длина не должна быть больше длины волны на частоте резонанса, чтобы не было стоячих волн, но вообще-то это несколько метров получается, так что тут ошибиться трудно.

Вариант №2

В первую очередь, руководствуясь рис. 2 и таблицей, необходимо изготовить «стандартный объем» — герметичный фанерный ящик, все стыки которого во избежание утечек воздуха тщательно подогнаны, проклеены и промазаны пластилином.

Расчет акустического фазоинвертора
Рис. 2. Чертеж фанерного ящика
Диаметр диффузора
громкоговорителя, мм
Размеры, мм
  А В С
200 255 220 170
250 360 220 220
300 360 220 270
375 510 220 335

Далее измеряют собственную частоту резонанса громкоговорителя, находящегося в свободном пространстве. Для этого его подвешивают в воздухе вдалеке от крупных предметов (мебели, стен, потолка). Схема измерений приведена на рис. 3.

Схема для измерения параметров Тилля-Смолла
Рис. 3. Схема для измерения параметров Тилля-Смолла

Здесь ЗГ — градуированный звуковой генератор, V — ламповый вольтметр переменного тока и R — резистор сопротивлением 100–1000 ом (при больших значениях сопротивления измерение оказывается более точным).

Вращая ручку настройки частоты звукового генератора в пределах от 15-20 до 200-250 гц, добиваются максимального отклонения стрелки вольтметра. Частота, при которой отклонение максимально и является резонансной частотой громкоговорителя в свободном пространстве Fв.

Следующий этап — определение резонансной частоты громкоговорителя Fв при его работе на «стандартный объем». Для этого громкоговоритель кладут диффузором на отверстие «стандартного объема» и слегка прижимают, во избежание утечек воздуха в месте стыка поверхностей. Метод определения частоты резонанса прежний, но в этом случае она будет в 2–4 раза выше.

Номограмма для определения резонансной частоты громкоговорителя
Рис. 4. Номограмма для определения резонансной частоты громкоговорителя Fв
Пример определения резонансной частоты громкоговорителя на номограмме
Рис. 5. Пример определения резонансной частоты громкоговорителя на номограмме

Зная эти две частоты, с помощью номограмм находят размеры фазоинвертора. В зависимости от диаметра диффузора громкоговорителя выбирают номограмму, приведенную на рис. 5 (для диаметра 200 мм). По выбранной номограмме определяют объем фазоинвертора, для чего соединяют прямой линией точки, соответствующие найденным частотам, на осях «Резонансная частота»

Номограмма для определения оптимального объема ящика
Рис. 6. Номограмма для определения оптимального объема ящика

Fв (см. рис. 5 точка А) и «Резонансная частота» Fя (точка В). Отмечают точку пересечения с вспомогательной осью и отсюда ведут вторую прямую линию через точку D до оси «оптимальный объем». Значение, соответствующее новой точке пересечения Е, и является искомым объемом.

Если нет каких-либо особых соображений для конструирования ящика специальной конфигурации, то расчет внутренних размеров его при заданной объеме может быть сделан по номограмме, показанной на рис. 6. Ширина фазоинвертора будет равна 1,4 высоты, а высота — 1,4 глубины. Пользование номограммой не представляет трудностей: проводят прямую линию между крайними осями, на которых нанесены величины объемов. Точки пересечения прямой с осями А, В, С определят ширину, высоту и глубину ящика. Диаметр выреза для громкоговорителя берется равным размеру С, указанному в таблице.

Номограмма для определения размером ящика и диаметра выреза под фазоинвертор
Рис. 7. Номограмма для определения размером ящика и диаметра выреза под фазоинвертор

Далее, задавшись диаметром туннеля, необходимо определить его длину и проверить вмещается ли он в ящик фазоинвертора. Длину туннеля находят из графиков, приведенных на рис. 8, для трех внутренних диаметров: графики А — для диаметра 50 мм, В — для диаметра 75 мм и В — для диаметра 120 мм. Выбрав соответствующие графики, по частоте Fв и объему фазоинвертора, определенным ранее, находят длину туннеля (пример на рис. 7,В). Она должна быть на 35–40 мм меньше внутренней глубины ящика. Если этого не получается, можно нисколько изменить конфигурацию ящика, сохранив его объем, или взять Другой диаметр туннеля.

Графики для определения длины туннеля фазоинвертора
Рис. 8. Графики для определения длины туннеля фазоинвертора

Фазоинвертор изготавливают из фанеры толщиной около 30 мм. Если нет такой толстой фанеры, то для повышения жесткости нужно приклеить внутри ящика по диагонали или крестообразно бруски размером 25x75 мм. Ящик собирают на винтах и клее и все швы герметизируют. Заднюю стенку рекомендуется крепить шурупами (по пять штук на одну сторону) с фетровой прокладкой. Туннель делают из толстостенной картонной трубки.

Изготовив фазоинвертор и установив в него громкоговоритель, приступают к его демпфированию. Для этого громкоговоритель рекомендуется полностью закрыть с задней стороны слоем стекловаты толщиной 25–50 мм, прикрепляя ее к доске вокруг диффузородержателя с помощью кольца, привинченного шурупами или винтами.

Расчет акустического фазоинвертора. рис. 8
Рис. 9. Схема для проверки достаточности демпфирования

Достаточность демпфирования проверяется с помощью схемы, приведенной на рис. 9. Сопротивление резистора R берется около 0,5 ом. Если же известен коэффициент демпфирования К усилителя, с которым будет работать агрегат, и сопротивление звуковой катушки громкоговорителя переменному току r, то его можно определять из формулы R=r/K ом.

Переводи переключатель из одного положения в другое, прислушиваются к щелчку в громкоговорителе. Если он вполне отчетлив я нет «бубнения» или «звона», значит демпфирование достаточно. Окончательное решение принимают после прослушивания оркестровой музыки с хорошо выраженными басами и верхними котами.

Вариант №3. Расчет размера фазоинвертора по номограмме

Номограмма для расчета размера фазоинвертора
рис. 10. Номограмма для расчета размера фазоинвертора

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 Fb. 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: Qa=3,2, Qe=0,33, Vas=0,120м3, fs=40 Гц. При работе от усилителя с нулевым выходным сопротивлением (Rg=0) Qt головки составит 0,3. Отметим на оси абсцисс точку Qt=0,3, проведем через нее перпендикулярную оси прямую и найдем ординаты точек пересечения прямой с кривыми в верхней и нижней частях номограммы: Vas/V=3, fb/fs=1,25, f3/fs=1,47. Подставляя в полученные отношения измеренные значения параметров головки Vas=0,120м3, fs=40 Гц, находим: V=0,04 м3, fb=50 Гц, f3=59 Гц. Таким образом, если не принимать мер к дополнительному регулированию Qt, 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 Qa=3,2, Qe=0,33, Vas=0,120м3, fs=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/fs. В рассматриваемом случае f3/fs=0,875. Далее через точку с ординатой 0,875 на кривой f3/fs проводится прямая, перпендикулярная оси абсцисс, и определяются координаты точек пересечения ее с кривыми Vas/V и fb/fs , т. е. Qt=0,415, Vas/V=1.05, fb/fs =0.93. Подставляя в полученные отношения значения параметров головки Vas=0,12м3, fs=40 Гц, находим V=0,114 м3, fb=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 Qt=0.3), для достижения желаемой формы частотной характеристики потребуется дополнительное регулирование этого параметра.

Пример 3. Дана низкочастотная головка (Qa=3,2, Qe=0,33, Vas=0,12м3, fs=40 Гц) и задан объем акустического оформления 19 V=0,06 м3. Требуется рассчитать громкоговоритель, обладающий гладкой частотной характеристикой. Определим отношение Vas/V =2. Через точку с ординатой 2 на кривой Vas/V проведем прямую, перпендикулярную оси абсцисс, и найдем координаты точек пересечения ее с кривыми fb/fs и f3/fs : Qt=0,345; fb/fs=1,1; f3/fs=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 fb=44 Гц и с помощью средств регулирования довести общее Q головки до значения 0,345.

Калькуляторы фазоинвертора онлайн

В калькуляторе фазоинвертора Параметры набирать через точку, ноль перед точкой вводить не обязательно.

Рaсчет частоты настройки фазоинвертора

Рaсчет длины трубы фазоинвертора

Рaсчет частоты настройки прямоугольного фазоинвертора по рекомендациям М. М. Эфрусси

Если Вы не доверяете расчётам калькулятора фазоинвертора, то можете воспользоваться номограммой из варианта №3 выше.

Источники:

 

Комментарии 

# Almaz_nik 28.08.2011 01:53
Вот это древность!!! Как на счёт программ вроде JBL speakershop или BassBox? Ответить
# Александр Карпенко 07.01.2019 18:06
Помогите с расчетом корпуса для трех-полосной АС размеры динамика нч 165 мм мощность 25-30 Вт сч 149 мм мощность 15-20 Вт оба динамика 6 Ом. И какую пищалку можно поставить. Ответить
# Александр Карпенко 07.01.2019 18:12
Помогите с расчетом корпуса АС, есть 2 динамика нч диаметр 165 мм мощность 25-30 Вт 6 Ом и сч диаметр 149 мм мощность 15-20 Вт 6 Ом, и какую пищалку можно поставить Ответить
# Александр Карпенко 07.01.2019 18:17
Помогите с расчетом корпуса АС, есть 2 динамика нч диаметр 165 мм мощность 25-30 Вт 6 Ом и сч диаметр 149 мм мощность 15-20 Вт 6 Ом, и какую пищалку можно поставить. Ответить
# Владислав Васильевич 03.05.2020 00:52
Посчитали корпус? Ответить
# Роман 18.09.2020 01:17
Сильно разнятся результаты в ,,калькуляторе, , длины и настройке фазоинвертор , Почему
Выставил (80л 44.18 площадь и длина 100 мм получил 40.2 Гц и ниже тоже выставляю те же значения но получаю длину уже 41 мм , как быть чему верить . Ответить
# Павел Сайк 20.09.2020 20:26
Роман, перепроверили. Действительно была ошибка. Внесли правки. Пользуйтесь на здоровье. Ответить
# Юрий80 04.10.2020 06:09
Рaсчет длины трубы фазоинвертора и Рaсчет частоты настройки фазоинвертора -
разнятся ... Ответить
# Павел Сайк 07.10.2020 07:17
Сообщите ваши размеры. Проверим, где ошибка Ответить
# Пётр 05.12.2020 02:27
Верный расчёт даёт лишь последняя таблица от ЭФРУССИ.
Не один десяток лет изготавливаю сабвуферы и по этим формулам считаю.
- а после изготовления всегда измеряю все параметры.
Они точно соответствуют расчётным данным. Ответить
# Артур 24.12.2020 14:57
Здравствуйте, подскажите пожалуйста,у меня на солярисе в передних дверях стоят 165мм динамики урал. Двери и все дырки полностью обклеины, басс очень жёсткий. Хочу сделать фазоинвертор, чтт бы басс стал по мягче. Какой диаметр фазика и какой длины должен быть? Ответить
# Павел Сайк 24.12.2020 22:08
Мало информации. В первую очередь надо знать внутренний объем двери, потом параметры Тиля-Смолла. Вам нужен бас? Или хороший звук? Ответить
# 039-719-010-71 13.01.2021 20:20
Мужики, всё не так.Никого не слушайте, а читайте, что я вам буду бухтеть. Идеально- когда АС чисто активная нагрузка, типа реэистор с определённым сопротивлением , которому пофиг на частоту. НО, динамик, далеко не резистор. Это колебательная система, индуктивность со своей частотой резонанса И ВОТ ЭТО САМОЕ ВАЖНОЕ! Резонансная частота динамика на открытом возддухе- это одно, но при помещении данного динамика в закрытый корпус( ящик) частота его резонанса будет другая. Представьте: на динамик приходит удар , допустим частотой 30гц, а у динамика, в ЭТОМ ящике резонансная частота 50гц. Так этот динамик сопротивляется( он хочет колебаться на своей резонансной частое, а не на то, что ему дали ----------вот отсюда и искажения(бубне ния и пр).Задача: превратить динамик в более-менее активную нагрузку(резист ор), т.е. подавить собственный резонанс динамика!!!!!!! ! Вот это в какой то мере и выполняет фазоинвертор.. задача: НАСТРОИТЬ ФАЗОИНВЕРТОР ТОЧНО НА РЕЗОНАНСНУЮ ЧАСТОТУ ДИНАМИКА(в этом аккустическом оформении, то бишь в этом ящике)
Не надо никакого Эфрусси.Он местами тоже мутит. Вроде я ясно изложил..
- Ответить
# 039-719-010-71 13.01.2021 20:30
Будет интерес-- расскажу как это сделать. Пример АС размером 35х20х2, динамики 6ГД-6 и 3ГД-31(правда переделанные ) изглтовленные лет 20 назад и с настроенным фазоинвертором дают ло сих фору S-90.Все в шоке - как я это сделал. Но там и фильтр соответствующий . Ответить
# Роман 09.10.2022 23:09
Мил человек , очень заманчиво рассказываешь . Поделись пожалуйста , как можно при "полочных" размерах 35?20?20 см. "переплюнуть" S-90 ? Ответить
# 039-719-010-71 13.01.2021 20:32
Извиняюсь, не пропечаталось 35х20х20. Ответить
# 039-719-010-71 13.01.2021 20:47
Все зти формулы- ЖОПА. Ответить
# 039-719-010-71 13.01.2021 20:48
Всё проще и не так! Ответить
# Павел 13.01.2021 20:50
Все формулы в топку. Всё не так. Ответить
# Денис 23.02.2021 19:48
Приветствую форумчане :-) третий день не могу определиться с объемом короба и объемом фазоинвертера (труба). Динамик Alpain 1241D - Диаметр, мм: 300, Диапазон воспроизводимых частот, Гц: 24 - 2000, Мощность номинальная / максимальная, Вт: 300 / 1000, Сопротивление, Ом: 4 + 4, Чувствительност ь, дБ: 87
Fs - 28,4 Гц, Vas - 60,7 л., Qts - 0,417. Склоняюсь к цифрам - объем 58 л., объем фазоинвертера - 4,4 л., в трубе 104 мм. Может кто умеет формулами хитрыми пользоваться? Ответить
# Павел Сайк 23.02.2021 20:48
Если динамик Alpine SWR-1241D, то смотрите на мануал на сайте Автозвук — рекомендуется объем 30 л с настройкой на 35 Гц. Тоннель, как и следует ожидать при компактных размерах корпуса, выйдет длинный, полметра (при диаметре 10 см, если упасть до 8 см, длина будет 36 см), но исхитриться можно. Ответить
# Денис 24.02.2021 04:43
Благодарю Вас за ответ, читал эту статью... но в тоже время, другой "квалифицирован ный" специалист предлагает делать по не Русской формуле - 72 литра саб и 7 литров фазик - http://2110club.ru/threads/5568-%D0%9F%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%82%D0%B5-%D1%81%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B0%D1%82%D1%8C-%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BF%D1%83%D1%81-%D0%B4%D0%BB%D1%8F-%D1%81%D0%B0%D0%B1%D0%B0/page16 Эти формулы тутфта америкаская? Или "специалист" диванный? Какое Ваше мнение? Ответить
# роман 07.06.2021 11:53
Привет! А что скажете об Alpine SWG1044? ход 8мм в одну сторону, 150W, масса 60гр, диаметр 10дюймов, Qts-0.33, BL11,1, Vas-65литров. Как ему будет в ящике 60литр, ФИ на 30Гц, или это все не правильно? Ответить
# Алексей М 08.09.2022 18:22
У вас ошибка при рассчете настройки фазоинвертора (верхний калькулятор). Объем надо делить на 10, тогда все сходится. Ответить

Добавить комментарий

Что бы вы хотели почитать?

Итоги
Последние комментарии
  • Нужно: синтезатор юность 21 схема как увеличить гр... Подробнее...
    By Павел В
  • Доброго вечора будьласка дайте схему які резистоти... Подробнее...
    By Юрій
  • По моему опыту заметный эффект в положительную сто... Подробнее...
    By АндрейS
  • А нужна ли эта доработка? У меня такие стояли впло... Подробнее...
    By Алик
  • Привет друзья. Случайно прочитал про сабвуфер этот... Подробнее...
    By Владимир01
Наверх