Как вычислить объем для колонок

Как рассчитать короб для сабвуфера

Как рассчитать объём и размер короба для сабвуфера – задача, которую придётся решать любому, кто планирует изготовить низкочастотную звуковую систему своими руками.Основным параметром при вычислении объёма будущей низкочастотной колонки является диаметр громкоговорителя. Диффузор динамика создаёт определённое давление воздуха. Воздушные волны должны без помех распространяться во внутреннем объеме акустической системы.

Если короб будет слишком маленьким, то внутри колонки возникнет много отражённых волн в противофазе, которые буду гасить друг друга. Это негативно скажется на качестве звучания. Бас будет сухим и жёстким. Если объем короба получится слишком большим, в нём возникнет эффект реверберации и бас будет гулким, но «размазанным». Поэтому необходимо рассчитать объем сабвуфера по динамику.

Как посчитать объём короба для сабвуфера

Чтобы рассчитать литраж короба для сабвуфера нужно выбрать конструкцию низкочастотного устройства. Мощные низкочастотные системы делятся на три группы:

• Закрытый корпус
• Фазоинвертор
• Бандпас

Закрытый ящик является самым простым в изготовлении. Он может иметь форму куба, прямоугольного параллелепипеда или трапеции со скошенной передней или задней стенкой. Закрытый короб, по своим габаритам, меньше других конструкций. Снижение объёма, при сохранении акустических характеристик достигается заполнением внутреннего пространства каким-либо демпфирующим материалом. Правильно рассчитать сабвуфер с закрытым ящиком достаточно просто. У него имеется только одна характеристика, это объём. Вырезать из соответствующего материала заготовки для конструкции «закрытый ящик» может даже неподготовленный любитель.

Несмотря на много достоинств закрытый короб имеет один существенный недостаток. Это самый низкий КПД из всех конструкций. Для того чтобы получить от закрытого ящика максимальное качество звука, динамик нужно максимально нагружать. Только в этом случае акустические характеристики изделия будут на высоком уровне. Посчитать короб для сабвуфера с закрытым ящиком можно исходя из диаметра громкоговорителя.

• 8 дюймов – 10-12 литров
• 10 дюймов –13-25 литров
• 12 дюймов – 26-36 литров
• 15 дюймов – 38-58 литров

Чем больше диаметр динамика, тем больший получается разброс по объёму. Посчитать объем сабвуфера для мощных громкоговорителей сложнее, чем для компактных изделий. Это связано с индивидуальными характеристиками разных моделей.

Как рассчитать фи короб для сабвуфера

Фи или короб с фазоинвертором использует, для улучшения акустических характеристик, обратный ход диффузора динамика, точнее воздушную волну, которая при этом образуется. При расчёте сабвуфера в литрах делается поправка на толщину материала и учитывается только внутренний объём. Внутреннее пространство конструкции сообщается с окружающей атмосферой через специальный порт или тоннель, в котором находится определённый воздушный объём. Эта часть ящика называется фазоинвертор. Его размеры выбираются таким образом, чтобы энергия обратного хода диффузора передавалась в окружающее пространство в фазе с воздушной волной прямого хода диффузора. Этот эффект достигается в узком диапазоне частот и повышает КПД акустической системы. Фазоинвертор может иметь щелевую или туннельную конструкцию и настраиваться на определённую частоту. От этого зависит принцип его работы.

Правильно рассчитать объём короба для сабвуфера со щелевым фазоинвертором сложнее, чем для закрытого ящика. Сама конструкция фазоинвертора имеет больше деталей, размеры которых выбираются исходя из типа динамика. Высчитать короб под сабвуфер можно исходя из размеров громкоговорителя.

• 8 дюймов – 20-35 литров
• 10 дюймов – 35-45 литров
• 12 дюймов – 46-76 литров
• 15 дюймов – 78-120 литров

Здесь, как и у закрытого ящика имеется допустимый разброс по объёму. Это позволяет при изготовлении колонки своими руками экспериментировать, добиваясь максимально натурального звучания низких частот. Можно подобрать корпус для сабвуфера из подручных материалов. Главное это соблюдение размеров фазоинвертора.

Недостатком щелевого фазоинвертора является то, что он один раз настраивается при изготовлении и потом его параметры изменить уже невозможно. В этом отношении удобнее туннельный фазоинвертор. Он представляет собой ящик с отверстием в одной из стенок. К этому отверстию крепится пластиковый стакан или тубус, который состоит из двух частей. Они могут вдвигаться одна в другую, изменяя частоту настройки фазоинвертора. Правильно рассчитать объем короба для сабвуфера можно только с учётом резонансной частоты динамической головки и других параметров. Часто в паспорте на динамик указывается объем колонки, рекомендуемый производителем.

Как рассчитать и вычислить объем корпуса для сабвуфера

Бандпасс или полосовая система представляет собой акустический фильтр верхних и нижних частот. Конструкция бывает четвёртого и шестого порядков. Акустическая низкочастотная система состоит из двух секций, каждая из которой оборудована фазоинвертором. Секции разделены на два объёма перегородкой, на которой установлен громкоговоритель. Передняя и задняя плоскости диффузора работают в своём пространстве. Колонка с двумя объёмами и одним фазоинвертором является бандпасом четвёртого порядка, а система с двумя фазоинверторами, относится к шестому порядку. Рассчитать ящик для сабвуфера системы бандпасс будет сложнее всего.При расчёте литража сабвуфера учитывается не только размер динамика, но и частоты срезов акустических фильтров.

Как рассчитать короб для сабвуфера

Проще всего рассчитать размер сабвуфера, если он будет сделан в виде закрытого ящика. Там нет фазоинвертора или акустических фильтров и на основе диаметра громкоговорителя вычисляется рекомендуемый объём. Для того чтобы рассчитать литры для сабвуфера достаточно перемножить ширину, высоту и глубину ящика. Нужно иметь в виду, что динамики одинакового диаметра, но от разных производителей, будут звучать по-разному. Это затрудняет самостоятельный расчёт акустической низкочастотной системы. Как рассчитывается короб для сабвуфера.Следует знать, что учитывается только «чистый» внутренний объём.

Самостоятельный расчёт не учитывает тип динамика, его резонансную частоту и выходную мощность усилителя низкой частоты. Все эти факторы оказывают влияние на размеры короба для сабвуфера.Если в процессе работы возникают сложности, лучше воспользоваться несложными компьютерными программами для выполнения расчётов. Чаще всего используются следующие программы:

• JBL Speaker shop
• BassBox 6 Pro
• UniBox

JBL Speaker shop включает в себя две утилиты. Enclosure Module позволяет сконструировать короб для звуковой системы, учитывая имеющийся динамик, или подобрать громкоговоритель под готовый корпус. В программе можно рассчитать закрытый ящик, фазоинверторную системы или рассчитать короб под два сабвуфера. Среди параметров, нужных для правильного расчёта НЧ колонки, программа учитывает компанию производитель, номер модели и резонансную частоту. Весь список параметров, используемых для точного расчёта будущей конструкции, включает в себя более десяти наименований. После того, как параметры введены, можно выбрать любой тип корпуса. Для конкретного динамика программа демонстрирует закрытый ящик, фазоинвертор или бандпасс с указанием достоинств и недостатков каждой системы. Для новичков в акустике имеется обучающий файл с наглядными примерами расчётов.Утилита Crossover Module позволяет рассчитать все параметры фильтра-кроссовера для любой акустической системы.

Как посчитать литраж корпуса для сабвуфера

Чтобы правильно узнать объём корпуса для сабвуфера нужно учитывать одну важную величину. Это передаточная функция салона автомобиля. Она определяется очень просто. Нужно самое длинное место в салоне умножит на два и на эту величину разделить скорость звука в воздухе.Если длина равна 2 м 45 см, то передаточная функция салона будет равна 343/4,9 =70. ПФС салона это частота в герцах. Это значение вводится как параметр при расчёте короба для сабвуфера с помощью компьютерных программ.

Чем больше параметров будет введено в программу конструкции акустической системы, тем с большей точностью и корректностью будет рассчитан её объём.

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

Расчет закрытого ящика

Очень большое распространение в последние годы получили закрытые акустические системы, которые до недавнего времени были единственным видом АС для высококачественного воспроизведения как в нашей стране, так и за рубежом. И только в последние годы АС с фазоинвертором (АС с ФИ) и АС с пассивным излучателем (АС с ПИ) нарушили монополию закрытых АС.

Тем не менее акустическое оформление закрытый ящик и в настоящее время является одной из наиболее распространенных конструкций высококачественных АС в Западной Европе и довольно широко выпускаются в США, как это было видно из таблицы (данные 1984 года):

Страна	Закрытые системы, %	АС с фазоинвертором, %	АС с пассивным излучателем, %	Другие системы, %
США	42,7	32,4	8,6	16,3
Страны Западной европы	60,8	31,7	6,5	1,0
Япония	27,9	62,3	9,8	—

На рис. 1 представлена типичная закрытая АС.

Активный сабвуфер Tannoy TS2.8 в акустическом оформлении закрытый ящик.

Преимущество закрытой АС заключается в том, что задняя поверхность диффузора головки не излучает и, таким образом, полностью отсутствует «акустическое короткое замыкание».

Недостатком закрытых АС является то, что диффузоры их головок нагружены дополнительной упругостью объема воздуха внутри оформления. Наличие дополнительной упругости приводит к повышению резонансной частоты подвижной системы головки в закрытом оформлении ω₀₁ и, как следствие, к сужению снизу воспроизводимого диапазона частот. Значение дополнительной упругости объема воздуха S_В может быть найдено как:

где γ — показатель адиабаты, S_эфф — эффективная площадь диффузора головки, V — внутренний объем корпуса оформления.

Эффективной площадью диффузора считают 50–60 % его конструктивной площади. Для круглого диффузора диаметром d S_эфф=0,55S=0,44d 2 . Это эквивалентно тому, что эффективный диаметр диффузора составляет 0,8 от конструктивного диаметра. Упругость S_В суммируется с собственной упругостью подвеса подвижной системы головки S₀ и в результате резонансная частота головки в закрытом оформлении вычисляется по формуле:

где m — масса подвижной системы головки.

Как видно из формулы 1, упругость воздушного объема внутри оформления обратно пропорциональна этому объему. Упругость подвижной системы можно также выразить через упругость некоторого эквивалентного объема воздуха V_Э, имеющего упругость S₀. Отсюда резонансная частота головки в закрытом оформлении:

Чтобы резонансная частота все же не была чрезмерно высокой, иногда применяют головки с более тяжелой подвижной системой, что дозволяет несколько снизить резонансную частоту головки в закрытом оформлении, как это видно из формулы 2. Однако следует иметь в виду, что увеличение массы подвижной системы снижает чувствительность акустической системы, как это видно из формулы для стандартного звукового давления:

где A — частотно-независимый множитель, R_r — выходное сопротивление усилителя (генератора), R_k — активное сопротивление звуковой катушки, а — эффективный радиус головки.

Особенно малой эффективностью обладают так называемые малогабаритные акустические системы (MAC), у которых упругость объема внутри оформления существенно больше упругости закрепления подвижной системы головки.

Такие системы, у которых упругость подвижной системы определяется упругостью объема воздуха внутри оформления, называются системами «с компрессионным подвесом» головки.

Стандартное звуковое давление р_ст такой системы на частотах ω>ω₀₁, где р_ст частотно-независимо, определяется так:

где Q₀₁ — добротность головки в закрытом оформлении (методику измерения можно найти в статье «Измерение параметров Тиля-Смолла в домашних условиях»).

Как следует из формулы (4), неравномерность частотной характеристики закрытых акустических систем в области низких частот так же, как и открытых, определяется из добротностью (рис. 2.).

Рис. 2. Частотная характеристика закрытой системы (АЧХ ЗЯ)

При Q₀₁ 1 неравномерность частотной характеристики определяется только ликом на частоте ω₁ относительно горизонтальной части характеристики.

Неравномерность частотной характеристики в зависимости от добротности закрытой АС приведена на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость неравномерности частотной характеристики закрытой акустической системы от Q₀₁.

Как следует из рисунка, минимальная неравномерность частотной характеристики закрытых АС имеет место при добротности Q₀₁=1 и составляет 1,3 дБ. Желательная же добротность самой головки находится из условия:

Исследования показали, что добротность головок, предназначенных для закрытых АС, не должна превышать 0,8–1.

В противном случае головка получается «раздемпфированной». Это означает, что при ее возбуждении, т.е. при подаче на нее напряжения музыкальной или речевой программы, головка помимо колебаний в такт с поданным напряжением будет колебаться и с частотой собственных колебаний, близкой к резонансной частоте.

Для слушателей это будет проявляться в том, что к звучанию программы будет примешиваться звучание этой частоты как своего рода «гудение», «нечистота» низких тонов. Отметим также, что если головка помещена в закрытом ящике, ухудшается равномерность частотной характеристики в области средних и высоких частот из-за резонансных явлений в оформлении.

Для их устранения внутренние поверхности (особенно заднюю стенку) покрывают звукопоглощающим материалом и заполняют им часть объема. Кроме того, заполнением внутреннего объема рыхлым звукопоглощающим материалом преследуют и другую цель — изменить термодинамический процесс сжатия-расширения воздуха в оформлении.

Без заполнения процесс сжатия-расширения воздуха внутри оформления адиабатический. Заполняя оформление рыхлым звукопоглощающим материалом можно сделать так, чтобы адиабатический процесс сменился на изотермический.

В этом случае внутренний объем оформления как бы увеличивается в 1,4 раза, так как коэффициент γ в формуле (1), составляющий 1,4 для адиабаты, заменяется значением, равным единице для изотермы. Соответственно снижается и резонансная частота закрытой АС.

Это снижение в пределе (для компрессионной АС) достигает √1,4, так как для нее можно пренебречь упругостью подвеса головки. В противном случае резонансная частота головки ω₀₁’ может быть найдена как:

Как практически определить, что изотермический процесс сжатия-расширения воздуха внутри оформления достигнут?

Процесс будет достигнут, если при добавлении внутрь оформления новой порции рыхлого звукопоглощающего материала резонансная частота закрытой АС уже не понижается. Исследования авторов показали, что заполнять внутренний объем оформления более, чем на 60%, нецелесообразно.

Вместе с тем количество рыхлого звукопоглощающего материала не должно быть чрезмерным, чтобы активные акустические потери в оформлении и заполнении не были значительны.

Следует отметить, что степень влияния активных акустических потерь в оформлении (и заполнении) на ход частотной характеристики зависит, строго говоря, не от их абсолютных значений, а от соотношения активных акустических потерь в оформлении и полных потерь в головке.

Потери в головке — это собственные акустико-механические активные потери (r₀) на внутреннее трение в материале головки, трение о воздух при работе, потери в виде активной составляющей сопротивления излучения и т.д., а также «вносимые» в головку потери (r_вн). Авторы рекомендуют следующий критерий допустимости активных потерь в оформлении и заполнении ящика:

где r_оф и r_зап — активные акустические потери в оформлении и в заполнении соответственно. При меньше соотношении потерь акустическая система должна быть переделена, вплоть до замены акустического оформления.

Чрезмерные активные акустические потери могут быть в АС при некачественном (с акустической точки зрения) выполнении корпуса оформления, креплении головки, при чрезмерном заполнении оформления звукопоглощающим материалом, а также при чрезмерно малых внутренних объемов оформления (V_э/V>8).

В заключение для быстрого расчета закрытых АС предлагается графический метод. По графикам на рис. 5–9 можно для заданной головки с присущими её параметрами подобрать рациональное оформление, и наоборот, по заданному оформлению выбрать подходящую головку.

Рис. 5. Зависимость ω₀₁/ω₀ от V_э/V

Рисунок 5, на котором показана зависимость ω₀₁/ω₀ от V_э/V — общий при расчете.

На рисунках 6–9 выбирается один — в зависимости от добротности применяемой головки (от 0,4 до 0,8). На этих рисунках представлены семейства кривых зависимости V_э/V от ω_rp/ω₀, где ω_rp — нижняя граничная частота воспроизводимого диапазона. Параметром системы является значение спада частотной харакетристики (дБ) на частоте ω_rp.

Кроме того, на каждом графике справа нанесена дополнительная ось, по которой отложено значение √(1+V_эфф/V), с помощью которого можно рассчитать звуковое давление закрытого ящика на горизонтальной части характеристики (формула (6)) в виде р_ст = А(1+V_эфф/V), А = 2,65*10 -3 √(f 3 ₀₁V/Q₀₁) легко вычисляется для заданной головки, так как ω₀, V_э и Q — параметры головки.

Рис. 6. Зависимость V_э/V от ω_rp/ω₀ при Q =0,4.

Рис. 7. Зависимость V_э/V от ω_rp/ω₀ при Q =0,5.

Рис. 8. Зависимость V_э/V от ω_rp/ω₀ при Q =0,6.

Рис. 9. Зависимость V_э/V от ω_rp/ω₀ при Q =0,7.

Примеры расчета закрытого ящика

Пример №1. Пусть, например используется динамик с параметрами f₀=30 Гц, Q=0,4, V_э=60 л. Находим предварительное А = 2,65*10 -3 √(30 3 *100*10 -3 /0,4)=0,218.

Пусть требуется подобрать для этого динамика объем оформления V, при котором спад частотной характеристики должен составлять 6 Дб на граничной частоте АС f_гр=40 Гц.

По рисунку 6 из точки ω_rp/ω₀ = 40*30=1,33 на горизонтальной оси восстанавливаем ординату до пересечения с кривой с отметкой 6 Дб и из этой точки проводим прямую параллельную оси абсцисс до пересечения с кривой V/V_э. Получаем V/V_э = 0,95.Отсюда V = 0,95 V_э= 0,95*100=95 л. Этому значению V/V_э по правой вертикальной оси значение √(1+V/V_э)=1,4. Следовательно, p_ст = 2,18*1,4=0,305 Па. По графику на рисунке 5 находим соотношение ω_rp/ω₀=f₀₁/f₀=1,4. Отсюда f₀₁ = 1,4f₀=1,4*30=42 Гц.

Пример №2. Рассчитывать закрытый ящик можно не только по графикам, но и по приведенным формулам. Пусть, например, требуется рассчитать объем закрытого ящика АС с нижней граничной частотой 50Гц, имеющих головку 10ГД-36 (f₀=38 Гц, Q=0,8, V_э=60 л).

1. Определяем объем оформления из формулы (3): V = 60/(50/38) 2 -1)= 83 л.
2. Находим добротность динамика в закрытом ящике из формулы (6): Q₀₁=0.8√(1+60/83) = 1.05
3. В соответствие с рис. 3 минимальная неравномерность частотной характеристики имеет место при Q₀=1. Так что полученная неравномерность частотной характеристики из-за пика на частоте ω₁ практически минимальна и составляет всего около 1,5дБ.

Калькулятор расчета закрытого ящика

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

Источник