Пассивный излучатель поднимает НЧ акустической системы
Большой проблемой для любой акустической системы являются низкие частоты. Чтобы поднять их уровень чаще всего применяется фазоинвертор. Он не сложен в изготовлении, но довольно сложно его правильно рассчитать. Намного проще поднять басы акустической системы, установив в них пассивный излучатель своими руками. Поэтому в этой статье рассмотрим подробнее что такое пассивный излучатель.
Что такое пассивный излучатель
Пассивный излучатель (он же пассивный динамик) — это излучатель, лишенный магнитной системы и катушки. Он не способен преобразовывать электрический сигнал в звуковые колебания, а значит не может работать самостоятельно и должен возбуждаться активным излучателем, установленным в тот же закрытый корпус.
Наиболее эффективен пассивный излучатель на низких частотах. Н а средних и высоких частотах звукового давления, создаваемого активным излучателем, просто недостаточно. Поэтому используя пассивный динамик можно своими руками значительно улучшить басы вашей акустической системы.
АЧХ колонки с пассивным излучателем
Установка пассивного излучателя приводит к увеличению площади излучающей поверхности. Два диффузора колеблются вместе, поэтому во-первых повышается уровень в НЧ диапазоне, а во вторых и повышается КПД всей акустической системы.
Для примера рассмотрим обобщенную АЧХ акустической системы до и после вставки пассивного излучателя.
На сравнительном графике видно, что при наличии пассивного излучателя, АЧХ акустической системы значительно повышается в диапазоне от 20 до 500Гц. А это и есть низкочастотная область, т.е. те самые басы.
Как активный, так и каждый пассивный излучатель имеет свою резонансную частоту. На этой частоте его колебания максимальны.
Основную трудность для любой акустической системы обычно представляют самые низкие частоты, поэтому резонансную частоту всегда стараются понизить. Для этого диффузор пассивного динамика делают большей массы.
Колонка с пассивным излучателем
Если вы хотите своими руками сделать портативную колонку, то перед вами стоит вопрос контроля заряда аккумулятора. Для этих целей рекомендую глянуть статью Умный контроллер заряда литиевых аккумуляторов — модуль на tp4056. Тем более что стоят такие модули всего 30 центов за штуку.
Но даже если колонка не портативная, а настольная диаметр диффузора пассивного динамика должен быть больше или равен диаметру активного излучателя.
При этом собственный резонанс пассивного излучателя должен лежать ниже резонанса основного динамика. В идеале, для настольной акустики он должен лежать ниже 20Гц. Будет еще лучше, если такую же низкую резонансную частоту будет иметь и активный громкоговоритель.
Применяется пассивный излучатель только в корпусе типа закрытый ящик. Т.к. возбуждается он только колебаниями воздуха внутри корпуса от активной головки. Следовательно любая негерметичность корпуса колонки с пассивным излучателем сильно снижает эффективность отдачи по басам.
Пассивный излучатель своими руками
Можно легко сделать пассивный излучатель своими руками, удалив у низкочастотного динамика магнитную систему и подвижную катушку. Лучше использовать басовый динамик диаметром не меньше предполагаемого активного излучателя. Так же не лишним будет немного утяжелить диффузор.
Не обязательно препарировать нормальный динамик, чтобы сделать из него пассивный динамик своими руками. Лучше использовать его по назначению, а в дополнение к нему дешево купить пассивный излучатель на AliExpress.
Показанные выше пассивные излучатели отлично подходят для создания самодельных портативных колонок. Они обладают диаметром 2 дюйма и стоят всего 143 рубля за пару. Покупать рекомендую в этом магазине.
Еще более интересный вариант:
Эти пассивные излучатели уже меньше похожи на обычные динамики потому, что лишены металлической корзины и имеют минимальную толщину. Они обладают диаметром 3 дюйма (79мм), за счет чего могу обеспечить лучшие басы. Обойдутся они несколько дороже — 515 рублей за пару. Ссылка на магазин.
Больше диаметр — больше басов:
Это уже 4-х дюймовый пассивный излучатель басов. Его цена так же не столь велика и составляет 260 рублей. Купить его можно тут. Однако благодаря большему диаметру он еще лучшую отдачу по низким частотам.
Заключение
Пассивные излучатели уже давно используются во многих типах колонок, заменяя собой фазоинвертор. Например, пассивный излучатель отлично подходит для сабвуфера, особенно автомобильного. Поэтому определенно стоит попробовать встроить пассивный излучатель своими руками в вашу АС.
Материал подготовлен исключительно для сайта AudioGeek.ru
Акустическая система с пассивным излучателем
Существует еще одна разновидность акустического оформления громкоговорителя, способная как и акустическое оформление, описанные в журналах «Радио», 1972 г. № 8 и 1973 г. №6, обеспечивать воспроизведение громкоговорителем низших частот при сравнительно небольших габаритах ящика. Она имеет несколько названий, из которых наиболее правильным являются: фазоинвертор с пассивным радиатором или ФИ с закрытым отверстием.
Особенность этого фазоинвертора состоит в том, что громкоговоритель размещается в ящике, имеющем вблизи места его установки отверстие, с закрепленной в нем подвижной системой второго громкоговорителя без магнитной системы и центрирующей шайбы. Диаметр диффузора пассивного радиатора в акустике приблизительно равен диаметру диффузора громкоговорителя. Отверстие в звуковой катушке заклеено и в этом месте, к диффузору прикреплен дополнительный груз. Масса груза зависит, главным образом, от объема ящика и резонансной частоты фазоинвертора.
Рис. 1. Акустическая система с пассивным излучателем
Принцип действия с пассивным излучателем аналогичен принципу действия обычного фазоинвертора (см. «Радио», 1973, № 8). На резонансной частоте закрытого ФИ диффузор пассивного радиатора колеблется синфазно с диффузором основного НЧ-динамика, обеспечивая эффективное воспроизведение сигнала в области низших частот. Таким образом, в отличие от основного фазоинвертора здесь масса в отверстии заменена массой подвижной системы пассивного радиатора, включая дополнительный груз.
Груз позволяет более просто, чем это делается при измерении размера (объема) прохода в обычном фазоинверторе, регулировать резонансную частоту фазоинвертора. При уменьшении объема ящика обычного фазоинвертора приходится увеличивать объем прохода или уменьшать площадь отверстия, что снижает эффективность фазоинвертора. Фазоинвертор с закрытым отверстием свободен от этого недостатка и в это его основное достоинство.
АЧХ колонки с пассивным радиатором
Для примера рассмотрим обобщенную АЧХ акустической системы до и после вставки пассивного излучателя.
Рис. 2. АЧХ колонки с пассивным радиатором
На графике видно, что при наличии пассивного излучателя, АЧХ акустической системы значительно повышается в диапазоне от 20 до 500Гц. А это и есть низкочастотная область, т.е. те самые басы.
Как активный, так и каждый пассивный излучатель имеет свою резонансную частоту. На этой частоте его колебания максимальны.
Основную трудность для любой акустической системы обычно представляют самые низкие частоты, поэтому резонансную частоту всегда стараются понизить. Для этого диффузор пассивного динамика делают большей массы.
Расчет пассивного излучателя
Другим положительным качеством фазоинвертора с закрытым отверстием является несколько большая синфазность движений обоих диффузоров в области резонанса по сравнению с движением объема воздуха в отверстии и диффузора громкоговорителя в обычном фазоинверторе. Резонансная частота фазоинвертора с закрытым отверстием равна (также как и обычного):
где mф — масса подвижной системы пассивного радиатора плюс соколеблющаяся с ним масса воздуха, присоединенная к диффузору, г; Сф — результирующая гибкость (величина, обратная упругости) объема воздуха в ящике и дополнительной подвижной системы, см/дин.
Расчет фазоинвертора с закрытым отверстием производят следующим образом: выбрав объем ящика Vф и, зная эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф определяют гибкость воздушного объема из выражения:
Эквивалентный эффективный диаметр диффузора эллиптической (овальной) формы равен:
где Dб — большой, а Dм — малый диаметр эллипса. Поскольку гибкость подвеса диффузора пассивного радиатора Спод много больше, чем гибкость воздушного объема ящика Сф, ее влияние на суммарную гибкость крайне мало и им можно пренебречь.
Общая гибкость определяется по формуле:
И когда Спод>>Cф, Собщ≈Cф.
Приняв, как обычно, резонансную частоту закрытого фазоинвертора, равной основной резонансной частоте громкоговорителя, находят массу мф, соответствующей этой частоте и гибкости выбранного объема:
Величина гибкости объема воздуха в ящиках с промежуточными значениями и эффективного диаметра диффузора радиатора определяют методом интерполяции по двум соседним значениям гибкости, между которыми находятся принятые размеры.
Для примера определим массу груза, который должен быть укреплен на диффузоре пассивного радиатора диаметром Dдиф=22 см, устанавливаемом в ящике ФИ объемом Vф=50 л при резонансной частоте ФИ 45 Гц. Эффективный диаметр Dэф=0,87* Dдиф=0,87*22=19 см. Находим по таблице гибкость объема воздуха в ящике при таком эффективном диаметре диффузора; это гибкость равна Сф=0,44*10-6 см/дин. Полная масса диффузора должна быть:
Присоединенная масса воздуха, согласно таблице, равна Δm=5,5 г. Следовательно, для получения заданной резонансной частоты необходимо установить дополнительный груз mрад = mф – Δm = 28,4-5,5 ≈ 23 г. Дополнительный груз представляется собой стальной или медный (латунный) диск толщиной h, которая для стали в зависимости от диаметра диска d, равна
Как указывалось выше, магнитная система и центрирующая шайба удаляются из громкоговорителя, предназначенного для работы в качестве пассивного радиатора. Это делается для того, чтобы увеличить гибкость и линейность движения подвижной системы, и устранить опасность касания звуковой катушки.
При этом не уменьшается действующий объем ящика.
Изготовление пассивного излучателя
В качестве пассивного излучателя хорошо использовать полноценную головку.
Представление о конструкции пассивного радиатора, установленного рядом с громкоговорителем, показано на рис. 3, на котором видно как дополнительный груз в виде диска прикреплен в центре диффузора болтом с гайками.
Рис. 3. Внешний вид динамика и его пассивного излучателя.
Отверстие в диффузоре заклеивают кусочком жесткой бумаги (ватман или тонкий картон) с зубцами, приклеенными к диффузору (см. рис 4) целлулоидным или другим клеем, например БФ-2. Само собой разумеется, что основная резонансная частота громкоговорителя, предназначенного для пассивного радиатора, не имеет ни какого значения.
Рис. 4. Заклейка отверстия в диффузоре после удаления катушки.
Или можно купить на алиэкспресс. Тут по 3,4$ или тут за 10,5$.
Проектируя фазоинвертор с закрытым отверстием, не следует делать его объемом менее 30–40 литров при резонансной частоте ниже 50 Гц, т.к. увеличение массы подвижной системы пассивного, также как и массы воздуха в проходе обычного ФИ, ухудшает переходные характеристики громкоговорителя.
Изготовление акустики с пассивным излучателем
В отличие от фазоинвертора акустика с пассивным излучателем настраивают на частоту в 2–3 раза ниже резонансной частоты головки fS.
При этом добротность используемых головок должна быть в пределах 0,2–0,8.
Чем меньше объём оформления, тем меньше должна быть добротность головки.
Ящик для фазоивертора можно изготовить из фанеры или ДСП плит толщиной 8–12 мм, при этом следует учесть, что он не должен иметь щелей. Внутрь ящика полезно поместить звукопоглощающий материал, например, поролон толщиной 15–30 мм, который сделает более гладкой частотную характеристику громкоговорителя в области средних частот.
Проверить правильность настройки сделанного фазоинвертора можно либо по видимой при резонансе ФМ амплитуде колебаний пассивного радиатора, либо по возрастающей при резонансе громкости, в чем можно убедиться, поставив кусок фанеры между диффузорами и поднесся ухо к диффузору пассивного радиатора.
Также, как и в обычном фазоиверторе, частотная характеристика полного сопротивления громкоговорителя в фазоиверторе с закрытым отверстием должна иметь два максимум почти одинаковой высоты.
Акустическое оформление с пассивным излучателем (ПИ). Расчет и настройка
Существует еще одна разновидность акустического оформления громкоговорителя, способная обеспечивать воспроизведение громкоговорителем низших частот при сравнительно небольших габаритах ящика. Она имеет несколько названий, из которых наиболее правильным являются: фазоинвертор с пассивным радиатором или ФИ с закрытым отверстием. Еще такое оформление называется пассивный излучатель (ПИ) или пассивный радиатор.
Особенность этого фазоинвертора состоит в том, что громкоговоритель размещается в ящике, имеющем вблизи места его установки отверстие, с закрепленной в нем подвижной системой второго громкоговорителя без магнитной системы и центрирующей шайбы. Диаметр диффузора пассивного радиатора приблизительно равен диаметру диффузора громкоговорителя. Отверстие в звуковой катушке заклеено и в этом месте, к диффузору прикреплен дополнительный груз. Масса груза зависит, главным образом, от объема ящика и резонансной частоты фазоинвертора.
Принцип действия с пассивным радиатором аналогичен принципу действия обычного фазоинвертора. На резонансной частоте закрытого ФИ диффузор пассивного радиатора колеблется синфазно с диффузором основного громкоговорителя, обеспечивая эффективное воспроизведение сигнала в области низших частот. Таким образом, в отличие от основного фазоинвертора здесь масса в отверстии заменена массой подвижной системы пассивного радиатора, включая дополнительный груз.
Груз позволяет более просто, чем это делается при измерении размера (объема) прохода в обычном фазоинверторе, регулировать резонансную частоту фазоинвертора. При уменьшении объема ящика обычного фазоинвертора приходится увеличивать объем прохода или уменьшать площадь отверстия, что снижает эффективность фазоинвертора. Фазоинвертор с закрытым отверстием свободен от этого недостатка и в это его основное достоинство.
Пассивные излучатели нашли применение в акустических системах эпохи СССР, таких как: “25 АС-128 Электроника” и “35 АС-015 Электроника”. В современных АС такое оформление применяется в акустике PMC IB2i или сабвуфере Sunfire True Subwoofer. Пассивный излучатель может быть практически любой формы, круглой, квадратной или к примеру овальной, как показано на фото ниже:
Другим положительным качеством фазоинвертора с закрытым отверстием является несколько большая синфазность движений обоих диффузоров в области резонанса по сравнению с движением объема воздуха в отверстии и диффузора громкоговорителя в обычном фазоинверторе. Резонансная частота фазоинвертора с закрытым отверстием равна ( также как и обычного):
fф = 1 : (2Π · (√mф · Сф)), где
Расчет фазоинвертора с закрытым отверстием производят следующим образом: выбрав объем ящика Vф и, зня эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф определяют гибкость воздушного объема из выражения:
Dэф =0,85-0,9 Dдиф, где
Эквивалентный эффективный диаметр диффузора эллиптической (овальной) формы равен:
Dэкв.эф = (0,85 – 0,9) · (√Dб · Dм), где
Поскольку гибкость подвеса диффузора пассивного радиатора Спод много больше, чем гибкость воздушного объема ящика Сф, ее влияние на суммарную гибкость крайне мало и им можно пренебречь. Общая гибкость определяется по формуле:
Cобщ = (Спод · Сф) · (Спод + Сф)
Спод >> Cф, Собщ ≈ Cф.
Приняв, как обычно, резонансную частоту закрытого фазоинвертора, равной основной резонансной частоте громкоговорителя, находят массу mф, соответствующей этой частоте и гибкости выбранного объема:
mф = 1 : (4Π 2 · fф 2 · Сф)
Как указывалось выше, в эту массу входит масса диффузора пассивного радиатора mрад и присоединенная масса соколеблющегося с ним воздуха Δm, т.е.:
mф = mрад + Δm.
Величина Δm зависит от эффективного диаметра диффузора и определяется выражением:
Таким образом, диффузор радиатора должен обладать массой:
mрад = mф – Δm;
Практически этой величине и будет равняться масса груза, который необходимо установить на диффузоре. Для облегчения необходимых расчетов в таблице приводятся значения гибкости объема Сф для ящиков объемом от 20 до 80 л и диффузоров пассивного радиатора с эффективным диаметром от 15 до 22 см, там же указанна величина присоединенной массы воздуха Δm для тех же диаметров диффузоров.
Величина гибкости объема воздуха в ящиках с промежуточными значениями и эффективного диаметра диффузора радиатора определяют методом интерполяции по двум соседним значениям гибкости, между которыми находятся принятые размеры.
Для примера определим массу груза, который должен быть укреплен на диффузоре пассивного радиатора диаметром Dдиф = 22 см, устанавливаемом в ящике ФИ объемом Vф = 50 л при резонансной частоте ФИ 45 Гц. Эффективный диаметр:
Dэф = 0,87 → Dдиф=0,87 · 22 = 19 см.
Находим по таблице гибкость объема воздуха в ящике при таком эффективном диаметре диффузора: эта гибкость равна:
Полная масса диффузора должна быть:
mф = 1 : (4Π 2 · fф 2 · Сф) = 10 6 : (4Π 2 · 45 2 · 0,44) ≈ 28,4 г
Присоединенная масса воздуха, согласно таблице, равна Δm = 5,5 г. Следовательно, для получения заданной резонансной частоты необходимо установить дополнительный груз:
mрад = mф – Δm = 28,4 – 5,5 ≈ 23 г
Дополнительный груз представляется собой стальной или медный (латунный) диск толщиной h, которая для стали в зависимости от диаметра диска d, равна:
h = (0,16 · mрад) : d 2
Как указывалось выше, магнитная система и центрирующая шайба удаляются из громкоговорителя, предназначенного для работы в качестве пассивного радиатора. Это делается для того, чтобы увеличить гибкость и линейность движения подвижной системы, и устранить опасность касания звуковой катушки. При этом не уменьшается действующий объем ящика. Представление о конструкции пассивного радиатора, установленного рядом с громкоговорителем, показано на рисунке ниже, на котором видно как дополнительный груз в виде диска прикреплен в центре диффузора болтом с гайками. Отверстие в диффузоре заклеивают кусочком жесткой бумаги (ватман или тонкий картон) с зубцами, приклеенными к диффузору целлулоидным или другим клеем, например БФ-2. Само собой разумеется, что основная резонансная частота громкоговорителя, предназначенного для пассивного радиатора, не имеет ни какого значения. Или же можно купить готовые пассивные излучатели, они сейчас в большой доступности.
Проектируя фазоинвертор с закрытым отверстием, не следует делать его объемом менее 30-40 л при резонансной частоте ниже 50 Гц, т.к. увеличение массы подвижной системы пассивного, также как и массы воздуха в проходе обычного ФИ, ухудшает переходные характеристики громкоговорителя.
Проверить правильность настройки сделанного фазоинвертора можно либо по видимой при резонансе ФМ амплитуде колебаний пассивного радиатора, либо по возрастающей при резонансе громкости, в чем можно убедиться, поставив кусок фанеры между диффузорами и поднесся ухо к диффузору пассивного радиатора. Также, как и в обычном фазоиверторе, частотная характеристика полного сопротивления громкоговорителя в фазоиверторе с закрытым отверстием должна иметь два максимум почти одинаковой высоты.
Ящик для фазоивертора можно изготовить из фанеры или ДСП плит толщиной 8-12 мм, при этом следует учесть, что он не должен иметь щелей. Внутрь ящика полезно поместить звукопоглощающий материал, например, поролон толщиной 15-30 мм, который сделает более гладкой частотную характеристику громкоговорителя в области средних частот.
По материалам из журнала «Радио», 1974, № 1
Доработка 6 ас-2 (пассивный излучатель и новый фильтр)
Радиосхемы Схемы электрические принципиальные
Самодельная аудиотехника материалы в категории
Подкатегория Схемы и устройство акустических систем
Р. КУНАФИН, г. Москва
Журнал Радио, 2000 год, №3
Эти миниатюрные АС, которыми некогда комплектовались электрофоны первой группы сложности “Мелодия-106-стерео”, многие считают безнадежно устаревшими. Автор этой статьи утверждает, что они еще способны обеспечить вполне высококачественное звуковоспроизведение.
В журнале “Радио” уже не раз публиковались статьи о переделке 6АС-2. Обычно она сводилась к изготовлению новых громкоговорителей на базе динамических головок, примененных в этих АС.
Предлагаю радиолюбителям пойти по более экономичному и, думается, более интересному пули, попытавшись не просто избавиться от недостатков заводской конструкции, но и максимально использовать ее достоинства.
Основной дефект 6АС-2 — сильная вибрация стенок корпуса, которая не только придает звучанию неприятную окраску, но и делает его нестерпимо “грязным”.
Для устранения этого недостатка нужно прежде всего удалить декоративную решетку АС, снять заднюю панель и блок головок (чтобы не сломать пластмассовое основание, рекомендуется подрезать изнутри уплотняющий слой и вытолкнуть блок сзади) и тщательно очистить детали от остатков поролона и замазки.
Все четыре стенки корпуса и плоскость задней панели с помощью клея “Бустилат” следует оклеить изнутри одним слоем линолеума с тканевой основой. Приклеивать его нужно гладкой стороной.
Чтобы получить более высокие параметры, желательно механически развязать головки и корпус. Для этого укрепляют пластмассовое основание блока головок, наклеив на него с тыльной стороны накладку из жесткой пластмассы или фанеры толщиной 6… 10 мм (рис. 1).
В боковых сторонах накладки круглым напильником сделана выборка под конус диаметром 133 мм, как показано на разрезе. Окончательную подгонку делают по месту, пропилив в накладке пазы для проводов, идущих к ВЧ головке.
Внутреннюю поверхность пластмассового основания промазывают толстым слоем пластилина.
Диаметр крепежных отверстий должен быть таким, чтобы шурупы проходили в них свободно, не касаясь накладки и основания блока головок. В корпус надо плотно вклеить фланец (рис. 2) из многослойной фанеры.
По тому же эскизу вырезают и прокладку из мягкого материала (в авторской конструкции использована вакуумная резина толщиной 3 мм). Под головки шурупов подкладывают шайбы из того же материала При сборке блок головок центрируют таким образом, чтобы он не касался корпуса.
Степень затяжки шурупов окончательно определяют при прослушивании.
Головку 25ГДН-1-4(10ГД-34) подключают к УМЗЧ напрямую, как и 8 исходной конструкции, а 6ГДВ-1-16 (ЗГД-2) шунтируют резистором 5,4 Ом, в авторском варианте он составлен из четырех параллельно включенных резисторов МЛТ-2 (двух по 20 и еще двух по 24 Ом).
Такой шунт не только выравнивает частотные характеристики чувствительности и электрического сопротивления головки, но и как делитель тока служит эффективным демпфером ее резонансов, включая основной.
Головка 6ГДВ-1-16 заметно подчеркивает шумовые составляющие сигнала, а с добавочными резисторами она звучит гораздо мягче.
Может показаться, что шунт будет играть роль нежелательного ФНЧ, срезающего высокие частоты по мере роста электрического сопротивления головки. Однако индуктивность головки 6ГДВ-1-16 невелика, а ее АЧХ имеет заметный подъем на верхних частотах, и в итоге звучание оказывается лучше сбалансированным.
Таким образом стало возможным подключить головку через простейший фильтр первого порядка — конденсатор емкостью 8 мкФ. Он составлен из двух конденсаторов емкостью 4.7 и 3.3 мкФ (К78 или К73-16. в крайнем случае подойдут и К73-11). Монтаж навесной, с прочной скруткой и хорошей пропайкой.
Соединительные провода также желательно заменить, хотя бы на хорошие медные сетевые, но не в изоляции из ПВХ или резины.
При сборке АС места соединений промазывают пластилином и крепят блок головок. Сам корпус полностью заполняют звукопоглотителем: отрезки ватина плотно укладывают слоями. Задняя панель корпуса АС должна вставляться с небольшим усилием. Столь плотная набивка позволяет значительно ослабить резонансы и исключить бубнение звучания.
На время прослушивания АС устанавливают посреди комнаты или на некотором удалении от мебели и стен, которые не должны сильно отражать звук.
Ставить их нужно прямо на пол, вертикально, головками вверх, с этой целью заднюю панель снабжают мягкими ножками или шипами.
В такой расстановке, собственно, и состоит “изюминка”: вытянутая форма корпуса и коаксиальное расположение головок позволяют получить круговую диаграмму направленности, со всеми вытекающими отсюда преимуществами.
Стоит отметить, что параметры АС оптимизируются после 50…60 ч работы, необходимых для приработки головок; в дальнейшем при регулярной эксплуатации характеристики не ухудшаются и ежедневный “прогрев” не требуется.
Поскольку автор не имел возможности снять АЧХ АС. при ее испытаниях в присутствии группы экспертов прослушивалась грампластинка с записью синусоидальных сигналов с фиксированными частотами (ИЗМ ЗЗС 0201-02).
Отмечена чрезвычайно ровная частотная характеристика, а также незаметность на слух спадов на частоте раздела СЧ и ВЧ полос (5 кГц). Спад АХЧ замечается лишь на частоте 63 Гц, а низшую эффективно воспроизводимую частоту можно оценить в 40 Гц.
Самая низкая частота, воспроизводимая без искажений, обозначена на диске как 31,5 Гц, что позволяет вполне натурально воспроизводить даже органную музыку (!).
Пассивный излучатель поднимает НЧ акустической системы
Большой проблемой для любой акустической системы являются низкие частоты. Чтобы поднять их уровень чаще всего применяется фазоинвертор. Он не сложен в изготовлении, но требуется его правильный расчет, который не так прост. Намного проще подняты басы любой АС, установив в них своими руками пассивный излучатель.
Что такое пассивный излучатель
Пассивный излучатель (или пассивный динамик) — это излучатель, лишенный магнитной системы с катушкой и не способный преобразовывать электрический сигнал в звуковые колебания. Он не может работать самостоятельно и должен возбуждаться активным излучателем, установленным в тот же корпус.
Наиболее эффективен пассивный излучатель на низких частотах. На средних и высоких частотах звукового давления, создаваемого активным излучателем, просто недостаточно. Говоря проще, при помощи пассивного динамика можно своими руками значительно улучшить басы вашей акустической системы.
АЧХ колонки с пассивным излучателем
Установка пассивного излучателя приводит к увеличению площади излучающей поверхности. Два диффузора колеблются вместе, повышая уровень в НЧ диапазоне и улучшая КПД всей акустической системы. Для примера рассмотрим обобщенную АЧХ акустической системы до и после вставки пассивного излучателя.
На сравнительном графике видно, что при наличии пассивного излучателя, амплитудно-частотная характеристика акустической системы значительно повышается в диапазоне от 20 до 500Гц. А это и есть низкочастотная область.
Каждый пассивный излучатель имеет свою резонансную частоту, т.е. частоту, на которой его колебания максимальны. Основную трудность для АС обычно представляют самые низкие частоты, поэтому резонансную частоту всегда стараются понизить. Для этого диффузор пассивного динамика делают большей массы.
Колонка с пассивным излучателем
Диаметр диффузора пассивного динамика должен быть больше или равен диаметру активного излучателя. Собственный резонанс пассивного излучателя должен лежать ниже резонанса основного динамика. В идеале, для настольной акустики он должен лежать ниже 20Гц. Такую же низкую резонансную частоту должен иметь и активный громкоговоритель.
Применяется пассивный излучатель только в корпусе типа закрытый ящик. Т.к. возбуждается он только колебаниями воздуха внутри корпуса от активной головки, следовательно любая негерметичность корпуса колонки с пассивным излучателем сильно снижает эффективность отдачи по НЧ.
Пассивный излучатель своими руками
Можно легко сделать пассивный излучатель своими руками, удалив у низкочастотного динамика магнитную систему и подвижную катушку. Лучше использовать басовый динамик диаметром не меньше предполагаемого активного излучателя. Так же не лишим будет немного утяжелить диффузор.
Не обязательно препарировать нормальный динамик, чтобы сделать из него пассивный динамик своими руками. Лучше использовать его по назначению, а в дополнение к нему дешево купить пассивный излучатель на AliExpress.
Показанные выше пассивные излучатели отлично подходят для создания самодельных портативных колонок. Они обладают диаметром 2 дюйма и стоят всего 143 рубля за пару. Покупать рекомендую в этом магазине.
Еще более интересный вариант:
Эти пассивные излучатели уже меньше похожи на обычные динамики, т.к. лишены металлической корзины и имеют минимальную толщину. Они обладают диаметром 3 дюйма (79мм), за счет чего могу обеспечить лучшие басы. Обойдутся они несколько дороже — 515 рублей за пару. Ссылка на магазин.
Больше диаметр — больше басов:
Это уже 4-х дюймовый пассивный излучатель басов. Его цена так же не столь велика составляет 260 рублей. Купить его можно тут.
Заключение
Пассивные излучатели уже давно используются и в полноценных колонках, заменяя собой фазоинверторы. Например,пассивный излучатель отлично подходит для сабвуфера, особенно автомобильного.
Еще одна интересная статья: Влияние формы акустической системы на АЧХ звука
Материал подготовлен исключительно для сайта AudioGeek.ru
The following two tabs change content below.
Акустическое оформление четвертого порядка
12 Октября 2006 Автор: Сергей Нестеренко
Впервые пассивный излучатель был описан Гарри Олсоном (Harry Olson) в патенте 1935 года «Громкоговоритель и способ передачи звука».
На рынке домашней аудиоаппаратуры акустические системы с пассивным излучателем получили сравнительно умеренное распространение, а в автомобильном аудио не применялись вообще.
Но недавно два известных производителя аудиооборудования для автомобильной промышленности Boston Acoustics и Eathquake начали применять пассивные излучатели, переняв опыт их использования из систем домашней аудиоаппаратуры.
Внешне пассивные радиаторы выглядят обманчиво, поскольку похожи и даже двигаются подобно обычному сабвуферу. Но это так кажется только с наружной стороны акустической системы. Как следует из названия, в этих излучателях отсутствует «привод». Другими словами, нет звуковой катушки, магнита, центрирующей и торцевой шайб, гибкого подвода и клемм подключения.
Пассивные излучатели – по существу неподключенные головки динамиков, поэтому размещаются в паре с подключенным низкочастотником в одном корпусе. Системы с пассивными излучателями относится к разновидности корпусов с отверстием или портом, т.е. есть фазоинверторного типа. Математически они идентичны, только вместо порта используется диафрагма.
Основным в пассивных излучателях следует отметить два параметра: вес и жесткость диафрагмы.
Вес является ключевым элементом при конструировании и должен точно рассчитываться для правильной работы фазоинвертора, поскольку может изменить резонансную частоту и, соответственно, настройку всего корпуса. Жесткость диафрагмы определяется сочетанием упругости материала подвеса и объемом воздуха внутри камеры корпуса.
Пассивные излучатели настраиваются для резонирования на частоте ниже диапазона линейной характеристики действующего низкочастотника. Рабочий диапазон пассивного излучателя лежит между величинами на 1/4 октавы выше и ниже значения резонанса.
Это означает, что совместная работа низкочастотника и пассивного излучателя способны произвести расширение басового диапазона примерно на пол-октавы. Разумеется, данный принцип действует при наличии правильной настройки излучателя.
Крутизна наклона АЧХ довольно крутая – 18 дБ/октава.
Оба диффузора: активный и пассивный могут перемещаться синфазно, со смещением относительного колебания, вплоть до противофазного. Сохранение синфазности колебаний обоих конусов было бы идеальным в порядке усиления выхода низкочастотного динамика, но по своей физике такой вид резонансной системы невозможен.
Преимущественно распространены системы с пассивным излучателем большего, чем активный динамик, диаметра. Это позволяет низкочастотнику сравнительно меньшего диаметра улучшить характеристику в диапазонах верхнего и среднего баса. В этом случае также расширяется нижний диапазон воспроизведения, но требуется другая конструкция корпуса.
Как и любое конструктивное решение, пассивный излучатель имеет некоторые недостатки. В вышесказанном отмечалось, что радиатор способен репродуцировать тона в противофазе, то есть со сдвигом 180° относительно акустических колебаний динамика.
В зависимости от произведенной частоты, взаимного расположения пассивного излучателя и активного – в частотной характеристике могут наблюдаться несколько провалов.
Чем длиннее диапазон, где полная АЧХ не включает каких-либо внезапных изменений или разрывов, человеческий слух этих провалов не обнаружит.
Другая внутренняя проблема заключается в большой крутизне наклона амплитудно-частотной характеристики. АЧХ ниже частоты настройки пассивного излучателя резко падает.
Дополнительно, упругие свойства воздуха в корпусе спикеров уже не восстанавливают движения излучателя и особенно низкочастотника ниже резонанса пассивного излучателя.
В подобном режиме не исключена даже возможность повреждения как активного низкочастотника, так и пассивного излучателя.
В настоящее время существуют перспективные разработки пассивных излучателей, в которых имеется регулируемый набор грузов для диффузора в целях более легкой настройки. Также немаловажен правильный выбор НЧ-динамика с невысокой полной добротностью (QTS=0,2-0,4) и соответствующей конструкции корпуса.
Туннельный фазоинвертор
История происхождения туннельного фазоинвертора берет свое начало в 1930 году от акустического лабиринта Стромберга-Карлсона (Stromberg-Carlson). Этот лабиринт состоял из длинной трубы, на одном конце которой была вмонтирована головка динамика, а другой конец оставался открытым.
Площадь поперечного сечения открытой части равнялась площади головки.
Эксперименты 1960-х годов по изменению скорости звука в зависимости от внутреннего покрытия различными типами демпфирующих материалов и варьирование формой трубы определили современный стандарт конструкций корпуса этого типа.
Туннельный фазоинвертор представляет собой длинную камеру с обратной стороны громкоговорителя.
В противоположном конце туннеля имеется пропускной канал или отверстие (в основном, с размером диафрагмы головки динамика) выходящий в наружную сторону корпуса. Правильно спроектированный туннельный фазоинвертор устраняет фазовое взаимогашение звуковых волн динамика.
Несмотря на это, данные устройства пока еще мало распространены в caraudio из-за их размера и сложности размещения. Конструкция состоит из вытянутого контура, изготовленного с целью устранения стоячих волн и резонансов, типичных для других корпусов АС.
Подавление стоящих волн защищает головку динамика от вредного влияния отраженных волн, которые являются причиной искажений и разрушения диффузора.
Протяженность туннеля нарушает синхронизированное движение воздуха внутри камеры, которое ослабляет колебания фронтальной волны. Изменением длины туннеля и настраивается камера, аналогично настройке открытой с одного конца трубы соборного органа.
Это основано на явлении фазового сдвига колебаний акустических волн.
Фазовый сдвиг тыловой звуковой волны (низкочастотника) усиливает фронтальную волну на низких частотах, где последняя начинает ослабляться вследствие увеличения сопротивления воздуха в этом диапазоне.
Демпфирование туннельного фазоинвертора в отличие от воздушного сопротивления закрытого корпуса, не ограничивает движения диффузора. В результате он эффективнее и резонансного фазоинвертора. Точность воспроизведения и линейность амплитудно-частотной характеристики также имеют высокие показатели.
Конструирование корпусов таких фазоинверторов требует соответствия расчетам и аккуратной настройки. Обычно применяемые головки динамиков имеют невысокие значения полной (Qts=0,2-0,4) и электрической (Qes=0,3-0,4) добротности на низком значении частоты собственного резонанса.
Длина хода тыловой акустической волны является индивидуальной для данного корпуса и определяется дробной частью длины волны на резонансной частоте низкочастотника. Например, если резонансная частота используемого динамика туннельного фазоинвертора равняется 40 Гц, длина волны составит примерно 8,61 м.
Канал внутри туннеля должен составлять 1/4, 1/2 или 3/4 часть от этой величины и равняться 2,15, 4,31 или 6,46 м, соответственно. Вследствие таких значений, туннель часто сворачивают в лабиринт для большей компактности.
Уменьшению фактической длины способствует правильное наполнение демпфирующим материалом, например шерстью.
В некотором смысле акустическое оформление четвертого порядка (фазоинвертор пассивного излучателя и туннельный фазоинвертор) не является достаточно удобным для компонентного применения в автомобильном аудио, но представляет альтернативу существующим корпусам сабвуферов.
ПО материалам сайта
Доработка фильтра 35АС-018 с родными динамиками. Часть V и последняя
Доработка фильтра 35АС-018 с родными динамиками. Часть V и последняя.
Последняя схема фильтра (рис.6 в Части III моих статей) всё же произвела некоторое впечатление на сообщество любителей хорошего звука. Кто поверил и доработал свои колонки, те наслаждаются новым качеством звука, недостижимым в исходной структуре фильтра.
Кто не поверил – остались пока при своих заблуждениях. У них всё ещё впереди. Всё это время мои колонки постоянно тестировались новыми ушами, новыми композициями, сравнивались с другими решениями.
Волей случая пришлось столкнуться с активными мониторами, в которых разделение по полосам производится на уровне предварительного усилителя, а динамики подключаются на выходы УМ безо всяких промежуточных фильтрующих элементов.
В результате сравнения стало понятно, что всякий резистор последовательно с СЧ или ВЧ динамиком влияет на звук в худшую сторону, и от него желательно избавляться.
Стал думать. Резистивный делитель на ВЧ динамике в упомянутой выше схеме подгоняет чувствительность этого звена под СЧ динамик с сохранением общего сопротивления нагрузки. Но при данном наборе сопротивлений динамиков (4, 8, 16 Ом) нет необходимости упираться в номинальное значение сопротивления динамика, а достаточно просто не снижать сопротивление нагрузки ВЧ и СЧ звена ниже 4 Ом.
Другими словами в данной структуре фильтра можно регулировать чувствительность СЧ и ВЧ звена в определённых пределах с помощью подключения параллельно динамикам балластных резисторов, отбирающих часть энергии на себя. При этом последовательно динамикам никаких резисторов, что соответствует наибольшему их демпфированию в данных условиях включения. Полученная схема представлена на рис.8.
Здесь R1 управляет отдачей СЧ звена, а R2 – отдачей ВЧ звена. Колонки с этой схемой показали самые лучшие качественные параметры из всех представленных в предыдущих моих статьях о доработках фильтра. Всё, дальше некуда. Можно подводить итоги.
Что я получил в результате всех этапов разработки своего фильтра “Nivaga”?
Во-первых : Диффузность создаваемого звукового поля позволяет находясь рядом с одной колонкой слышать другую, а находясь посередине между колонками без напряжения представлять всю звуковую панораму. В исходном виде (до всех доработок) этих эффектов не было.
В-третьих : Пришлось пересмотреть свои взгляды на тонкомпенсацию. Это был шок.
Десятки лет во всех встречавшихся системах упорно не хватало баса и его приходилось добавлять с помощью довольно глубокой тонкомпенсации.
И вдруг не надо добавлять! Я вынужден был передвинуть частоту начала НЧ коррекции с 200 до 100 Гц, а на современных блюзовых композициях вообще от неё отказываться. Рушится стереотип. Мозги кипят. Ищут новую точку опоры.
В общем, только через 50 лет после разработки стандартов и запуска в жизнь стереофонической звукозаписи удалось реализовать голубую мечту её создателей – перенести атмосферу концертного зала или студии звукозаписи в место прослушивания. Что же раньше то мешало? Наверное заблуждения, особенно коллективные.
Например: Как в самом начале создания 3-полосных акустических систем было предложено использовать три независимых фильтра (НЧ, ВЧ и полосовой), так до сих пор эта структура и остаётся неизменной при их производстве, несмотря на многочисленные исследования отклонений фазовых характеристик и их влияния на качество звука.
И все 50 лет идёт поиск компромиссов между АЧХ и ФЧХ в рамках однажды заданной неоптимальной структуры. Или ещё, в те же незапамятные времена кто-то написал, что предпочтительней использовать фильтры 2-го порядка, а то и выше. И до сих пор этот тезис периодически всплывает, хотя давно показано, что они сильно искажают импульсную передаточную характеристику акустической системы.
Но самое коварное заблуждение затаилось в применении формул расчёта фильтра, которые выводились из условия одновременной нагрузки обоих плеч LC-фильтра, а применяются для схем с нагрузкой одного из плеч, что не корректно и приводит к искажённым результатам. И это не считая мелких брызг про специальные кабели, суперконденсаторы, хитро намотанные катушки индуктивности, золочёные разъёмы и т.п.
, которые все вместе может и дают 0,1% прироста качества, но их роль всячески раздувается. Преодоление этих заблуждений – процесс тяжёлый, длительный, драматический, потому и затянулся.
Сей трактат составлен 28.10.2011г.
Сабвуферы
Сабвуфер-часть акустической системы, воспроизводящая самые низкие частоты в том числе инфразвук-от 10 до 250 Гц.
Низкие частоты в диапазоне от 0 до 200Гц не локализируются человеком в пространстве, тоесть слух человека с трудом сможет определить откуда идет звук.
Сабвуферы применяются для экономии пространства в комнате за счет уменьшения габаритов многоканальной акустической системы, например вместо пяти громоздких акустических системах объемом по 50 литров каждая(для надлежащего воспроизведения глубоких низких частот)можно применить один сабвуфер объемом от 20 до 50л и небольшие сателлиты объемом в 10-15литров каждая для средне-высокочастотных динамиков. Еще одним очевидным плюсом сабвуфера является возможность подобрать методом экспериментально-переносного прослушивания в комнате и выбрать наиболее подходящий Вашим вкусовым предпочтениям тембр звучания за счет стоячих волн в комнате.
Одна из наиболее важных проблем сабвуферных систем — сложность состыковки амплитудно-частотных из за фазочастотных (временных задержек воспроизведения сателлитов от сабвуфера) характеристик, и как следствие провал или всплеск АЧХ на стыке. Решением этой проблемы служит корректирующая схемы регулировки фазы и частоты среза.
Среди всех сабвуферов можно выделить два основных типа относительно усилителя: активные и пассивные.
По оформлению и коэффициенту полезного действия сабвуферы подразделяют на следующие категории:
Закрытый ящик (closed box). Вид акустического оформления НЧ динамика работающего на герметично закрытый объем ящика без дополнительных излучателей.
Фазоинвертор (vented box). Вид акустического оформления вуфера с выводами от внутреннего объема АС в виде настроенных на определенную частоту труб, из которых выходит воздух от тыльной стороны динамика тем самым излучая звук от задней части диффузора и увеличивая КПД системы.
Для наибольшего КПД но и искажений порт фазоинвертора размещают на фронтальной стороне АС. При размещении его на тыльной стороне получаем обратные качества и необходимое минимальное расстояние расположения от задней стенки комнаты.
Крутизна среза низких частот выше, чем у оформления закрытый ящик, что позволяет добиться более низкой частоты воспроизведения.
Пассивный излучатель ( passive radiator).Особенность этого оформления является дополнительно установленный диффузор без звуковой катушки и магнитной системы. Звуковое давление от волны исходящей от мембраны пассивного излучателя суммируется с активным низкочастотного динамика. Проигрывает в качестве и КПД фазоинверсным системам.
Название bandpass означает полосовой фильтр, коим служит корпус, который ограничивает АЧХ сабвуфера как снизу так и сверху и в некоторых случаях позволяет отказаться от использования кроссоверов.
Существует три вида бандпасса: 4-й категории, 6-й тип-А, 6-й тип-Б.
4-я категория: ящик с двумя камерами одна из которых фазоинверсная. 6-я категория: тип-А, ящик с двумя камерами и с двумя фазоинверторами, каждый на свою камеру и по-своему настроенные. Наиболее сложный в проектировании и настройке.
6-я категория, тип-Б: ящик с двумя камерами и с двумя фазоинверторами. Один из них устанавливается в перегородку между камерами, а второй является общим для двух камер
ЧВ (четвертьволновый резонатор, quarter wave box). Вид акустического оформления с перегородками внутри АС в виде тоннеля с определенней длиной и определенным сечением.
QTWP не имеет такого параметра как объем, важны лишь длина и площадь поперечного сечения тоннеля.
Четвертьволновый резонатор имеет двухкратное превосходство над фазоинверсным оформлением и втрое большее над закрытым ящиком.
Рупорный сабвуфер (Horn loaded). Рупор очень сложен в настройке но облажает наибольшим КПД среди всех вышеприведенных оформлений. Редко применяется из за больших габаритов, сложности настройки и применяется в основном в професиональной концертной акустике.
Бандпасс четвертого порядка на 2х 75ГДН-3 в изобарическом подключении
Но чтобы поместить динамики внутрь и иметь возможность удобно работать с ними ( так как родные отверстия для динамиков в последствие будут закрыты)пришлось демонтировать заднюю стенку.
Устанавливаем диагональную распорку с низкочастотными головками.
Также монтируем распорку между боковыми стенками для минимизации вибраций корпуса. Монтируем терминал для подключения сабвуфера и приваиваем к нему провод сечением 2,5 кв см из безкислородной меди.
Для достижения подходящего вашим предпочтениям баса экспериментальным путем подбираем тип и количество звукопоглощающего материала в обеих камерах.Так как оформление банд пасс(в переводе полосовой фильтр) ограничивает воспроизведение средних частот, на практике рекомендуется использование фильтра высоких частот. Однако в изобарическом оформлении присутствует дополнительная фильтрация средних частот в виду изоляции фронтальных сторон диффузора, которые и издавали излишние средние частоты через порты фазоинвертора.Взаимное подключение динамиков по изобарической схеме возможно в двух вариантах.
Данный вариант является отличным бюджетным аналогом современных импортных сабвуферов не уступая по качеству но превосходя по глубине баса в ущерб больших габаритов отлично подходит не только для отработки динамичных сцен фильмов и большего погружения в игровой процесс видеоигр, но и для прослушивания любимых аудиокомпозиций.