Закрытый корпус
Очень большое распространение в последнее время приобрели закрытые системы. Преимущество их в том, что задняя поверхность диффузора не излучает, и, таким образом, полностью отсутствует акустическое "короткое замыкание". Но закрытые системы имеют другой недостаток. Он заключается в том, что при колебаниях диффузора он должен превозмогать дополнительную упругость воздуха в объеме ящика. Наличие этой дополнительной упругости приводит к тому, что повышается резонансная частота подвижной системы громкоговорителя, в результате чего ухудшается воспроизведение частот, лежащих ниже этой частоты. Чтобы резонансная частота все же не была чрезмерно высокой, применяют головки громкоговорителей с тяжелой подвижной системой. Однако следует иметь в виду, что увеличение массы подвижной системы влечет за собой понижение чувствительности акустической системы в целом. Конструктивно закрытые системы надо выполнять так, чтобы отсутствовали какие-либо щели и отверстия, наличие которых сразу же может превратить закрытую систему в открытую. Такой тип оформления характеризуется спадом частотной характеристики АС с наклоном 12 дБ/октаву ниже граничной частоты. Полная добротность головки в закрытом корпусе (Qts) зависит от соотношения эквивалентного объема головки и внутреннего объема корпуса. От значения полной добротности зависит частотная и переходная характеристики АС. Например:
при Qts = 0.5 переходная характеристика носит апериодический характер (не имеет выбросов), а частотная характеристика на резонансной частоте АС имеет спад около 6 дБ (спад по мощности в 4 раза);
при Qts = 0.57 АС имеет линейную фазовую характеристику (аппроксимация по Бесселю) с небольшим выбросом на переходной характеристике;
при Qts <= 0.707 АЧХ носит гладкий характер, на переходной характеристике появляются колебательные процессы;
при Qts > 0.707 на АЧХ появляется максимум переходная характеристика носит колебательный характер;
при Qts = 1.1 достигается максимум КПД.
Рис. 4.9. Внешний вид обычной колонки.
Корпус с фазоинвертором
Стремление получить достаточно хорошее воспроизведение низких частот при умеренном объеме акустического оформления довольно хорошо достигается в так называемых фазоинверсных системах. Их конструкция достаточно проста. В корпусе закрытой системы делается щель или отверстие. В последнее может быть вставлена трубка (рис. 4.10).
Рис. 4.10. Акустическая система с фазоинвертором.
Упругость объема воздуха в оформлении резонирует на какой-то частоте с массой воздуха в отверстии или трубке. Эта частота называется резонансной частотой фазоинвертора. Таким образом, акустическая система в целом становится состоящей как бы из двух резонансных систем - громкоговорителя и оформления с отверстием. При правильно выбранном соотношении резонансных частот этих систем воспроизведение низких частот значительно улучшается по сравнению с закрытым оформлением такого же объема. Недостатком таких систем является резкий спад звукового давления на частотах ниже резонансной. Несмотря на очевидные преимущества акустических систем с фазоинвертором, очень часто такие системы, изготовленные даже опытными людьми, не дают ожидаемых от них результатов. Причина в том, что для получения необходимого эффекта фазоинвертор должен быть правильно рассчитан и настроен. Разновидностью фазоинвертора являются акустические системы с пассивным излучателем. Вспомогательный низкочастотный излучатель представляет собой низкочастотную головку громкоговорителя, лишенную магнита и звуковой катушки. Основным достоинством фазоинвертора с пассивным излучателем является возможность настройки его на требуемую частоту при меньших размерах корпуса путем изменения массы пассивного излучателя. По сравнению с закрытым корпусом у фазоинвертора больше вариантов аппроксимации частотной характеристики. В зависимости от добротности головки Qts (и желания получить гладкую АЧХ) этих вариантов может быть три:
аппроксимация квазитретьего порядка. Наиболее часто применяется при полной добротности головки (включая сопротивление разделительных фильтров) меньше 0,383. Частота среза АС в этом случае выше собственной резонансной частоты головки. АЧХ носит гладкий характер;
аппроксимация по Баттерворту четвертого порядка. Применяется при полной добротности головки (включая сопротивление разделительных фильтров) равной 0,383. При этом частота настройки фазоинвертора совпадает с резонансной частотой головки Fs. АЧХ носит гладкий характер.
аппроксимация по Чебышеву четвертого порядка. Применяется при полной добротности головки (включая сопротивление разделительных фильтров) больше 0,383. Частота настройки фазоинвертора ниже собственной резонансной частоты головки. АЧХ носит колебательный характер с заданной неравномерностью.
Переходная характеристика для всех случаев аппроксимации носит колебательный характер. Максимум КПД достигается при значении полной добротности Qts около 0.5 и неравномерности АЧХ около 0.2 дБ. Как и для АО типа закрытый корпус, максимум КПД не соответствует получению приемлемой переходной, а иногда и частотной характеристик. Разумеется, что говоря о "гладкой" АЧХ, имеется в виду теоретически достижимую частотную характеристику. Влияние АО и характеристики помещения в расчетных соотношениях обычно не учитывается. К достоинствам АО типа фазоинвертор (по отношению к закрытому корпусу) можно отнести следующие:
при равных объемах корпуса и равных нижних граничных частотах АС с фазоинвертором имеет КПД на 3 дБ больше закрытой;
при заданных одинаковых КПД и нижней граничной частоте АС с фазоинвертором имеет меньший объем корпуса;
при заданных одинаковых КПД и объеме корпуса АС с фазоинвертором имеет в 1.26 раза более низкую граничную частоту;
при одинаковых требованиях к максимальной акустической мощности фазоинверсная система имеет меньшую величину максимального смещения диффузора (и величину объемного смещения) в области частоты настройки фазоинвертора;
при равных объемах корпуса и равных нижних граничных частотах АС с фазоинвертором имеет более легкую подвижную систему и больший коэффициент электромеханической обратной связи BI (B - плотность магнитного потока в воздушном зазоре магнитной системы, I - длина провода звуковой катушки в зазоре).