Рис. 5.15. АЧХ различных оформлений на НЧ: а — закрытый корпус; б — фазоинвертор с трубой или отверстием; в — фазоинвертор с ПИ

АС типа «фазоинвертор с ПИ» встречаются значительно реже, чем фазоинвертор с трубой, хотя они имеют явное преимущество перед последними изза отсутствия возможных призвуков, обусловленных резонансными явлениями и турбулентностью воздуха в трубе. Кроме того при создании достаточно эффективных малогабаритных АС объ мом 2–5 дм3 с f-3 = 50–60 Гц акустическое

оформление «фазоинвертор с ПИ» является единственно возможным.

5.3.5.Полосовой резонатор (band pass)

Впоследнее время вс более широкое применение находит акустическое оформление «полосовой резонатор (ПР)», которое представляет собой сочетание закрытого оформления и фазоинвертора или двух (иногда тр х) фазоинверторов [1, 12]. Тем не менее ПР является совершенно самостоятельным оформлением, которое описывается своими моделями и эквивалентными схемами. В отличие от закрытого корпуса и фазоинвертора, которые являются акустическими фильтрами верхних частот, ПР, как и следует из названия, объединяет в себе фильтры верхних и нижних частот. Различные типы ПР представлены на рис. 5.16 [1].

Во всех схемах возможна установка ПИ вместо труб, все объ мы ПР как в других оформлениях заполняют звукопоглотителем.

Простейший ПР четв ртого порядка (single reflex) представляет собой АС, в которой ГГ установлена в перегородке между двумя камерами — закры-

той задней с объ мом V1 и передней с портом фазоинвертора объ мом V2 (рис. 5.16, а). Таким образом, обе стороны диффузора ГГ нагружены на объ мы, поэтому ПР иногда, не совсем корректно, называют АС с симметричной нагрузкой.

103

Рис. 5.16. Различные типы ПР: а — ПР четв ртого порядка;

б— квазиполосовой ПР; в — ПР шестого порядка;

г— тр хкамерный ПР четв ртого порядка; д — тр хкамерный ПР шестого порядка

По сравнению с закрытым корпусом и фазоинвертором ПР обладает более высоким КПД, но худшими переходными характеристиками из-за формирования высокой добротности системы. Расч т ПР значительно сложнее традиционных оформлений.

Эквивалентная акустическая схема ПР четв ртого порядка приведена на рис. 5.17.

Из схемы рис. 5.17 следует, что ПР является системой двух связанных равнонастроенных контуров. Первый контур образован колебательной системой ГГ — закрытый корпус (2–3), второй — корпус фазоинвертора — труба или ПИ (4–5), контура связаны через ГГ. Как и в электрических колебательных связанных контурах, основная задача ПР — передача максимального количества энергии из первого контура во второй при их настройке на одну резонансную частоту fф = fк, которая определяется из формулы (5.4). Это происходит

при критической связи контуров при полном резонансе сложной системы и факторе связи А = 1. АЧХ ПР имеет такой же вид как и для электрических связанных контуров и представлена на рис. 5.18.

104

Рис. 5.17. Упрощ нная эквивалентная акустическая схема ПР четв ртого порядка:

1 — источник сигнала; 2 — ГГ;

3 — закрытый корпус V1; 4 — корпус фазоинвертора V2; 5 — труба фазоинвертора или ПИ;

Сгг, Мгг, Rгг — гибкость, масса, акустическое сопротивление потерь ГГ соответственно;

CV1 , RV1 — гибкость, акустическое сопротивление потерь воздуха в закрытом корпусе;

CV2 , RV2 — гибкость, акустическое сопротивление потерь воздуха в корпусе фазоинвертора; MТ,ПИ — масса ПИ или воздуха в трубе;

СПИ— гибкость ПИ; RТ,ПИ — сопротивление излучения трубы или ПИ; в случае ПР с трубой СПИ закорачивается

Рис. 5.18. АЧХ ПР при разных факторах связи

Крутизна спада АЧХ составляет 24 дБ/окт.

Как правило ПР используют в качестве сабвуферов — устройств для воспроизведения НЧ и поддержки полноценных АС в этой частотной области, выполненных отдельно, либо входящих в состав АС самостоятельным оформлением. Следовательно, они должны эффективно работать на частотах ниже

105

60–80 Гц, то есть определяющим при расч те ПР является выбор fк = fф. По-

скольку резонансная частота ГГ в закрытом корпусе повысится (как и полная добротность), для ПР следует выбирать ГГ с очень низкой резонансной частотой f0= 20–25 Гц, а лучше ещ ниже. Кроме того такие ГГ должны иметь не

очень высокую гибкость (небольшой Vэ), а следовательно небольшие, но тяж - лые диффузоры, высокую добротность (Qп > 0,5), мощные подвесы, большой ход подвижной системы и соответствующие магнитные системы и звуковые ка-

что совсем не плохо, объ м закрытого корпуса должен быть в 3 раза меньше Vэ , V1 =Vэ 3, при этом Qп также возраст т в 2 раза, Qпк =1,1, как следует из формул

(5.4) и (5.5).

Для обеспечения критической связи между колебательными системами и получения оптимальной АЧХ ПР следует определить V2, принимая во внима-

ние условие fк = fф. Для получения полного резонанса в системе необходимо, чтобы реактивная составляющая сопротивления контура СггМггCV1 компенсировала вносимую реактивную составляющую контура CV2 Мт — в случае фазо-

инвертора с трубой. Из анализа схемы рис. 5.17 следует, что это произойд т, когда гибкость воздуха объ ма V2 будет равна общей гибкости первого конту-

ра, т. е. гибкости ГГ в за крытом корпусе объ мом V1-Сггк. Из механической схемы на рис. 5.3 следует:

Заменяя гибкости эквивалентными объ мами, получим:

Lт = 29 см.

Ещ более сложным по конструкции, расч ту и настройке является, так называемый, квазиполосовой резонатор КПР или ПР с последовательной на-

стройкой (рис. 5.16, б). В этом случае передняя камера фазоинвертора V2 возбуждается излучением ГГ и трубой или ПИ фазоинвертора задней камеры V1,

106

эффективность такой системы выше чем у ПР четв ртого порядка. Эквивалентная схема КПР представлена на рис. 5.19.

Рис. 5.19. Упрощ нная акустическая схема КПР:

1 — источник сигнала; 2 — ГГ; 3 — фазоинвертор в корпусе V1;

4 — фазоинвертор в корпусе V2;

Мгг, Сгг, Rгг — масса, гибкость, акустическое сопротивление потерь ГГ;

CV1 , RV1 — гибкость воздуха и акустическое сопротивление

потерь в корпусе V1;

MТ1 — масса воздуха в трубе фазоинвертора в корпусе V1;

MПИ1 — масса ПИ в V1; RТ,ПИ1 — сопротивление излучения трубы

или ПИ в V1;

CV2 , RV2 — гибкость воздуха и акустическое сопротивление

потерь в V2;

MТ,ПИ2 — масса воздуха в трубе или ПИ в V2; RТ,ПИ2 — сопротивление излучения трубы или ПИ в V2

Эта схема также является аналогом схемы электрических связанных контуров, основным требованием при е расч те также является максимальная пе-

редача энергии от источника сигнала в контур CV2 MТ2 или Спи2 Mпи2 . В случае

фазоинверторов с трубами мкости Спи1 и Спи2 закорачиваются. АЧХ КПР имеет

несимметричный характер, в сторону НЧ крутизна составляет 24 дБ/окт, в сторону ВЧ – 12 дБ/окт (рис. 5.20).

Расч т КПР достаточно сложен, в первом приближении можно использовать подход, используемый при построении «бумбоксов» («boombox»). Объ м V1 выберем равным эквивалентному объ му ГГ или даже меньше, частота на-

стройки первого фазоинвертора выбирается равной частоте основного резонанса ГГ в воздухе fф1 = f0. Параметры трубы первого фазоинвертора выбираются

107

и рассчитываются из табл. 5.2 и формулы (5.22). Частота настройки второго фазоинвертора выбирается в 1,4–1,6 раз выше fф1 = f0, поскольку согласно рис.

5.10, на этих частотах передняя сторона диффузора ГГ и труба первого фазоинвертора излучают практически в фазе. Объ м V2 из соображений симметрии

выбирается равным V1, труба второго фазоинвертора рассчитывается аналогич-

матично, поэтому е надо либо согнуть («S-90»), либо применить ПИ. Перей- д м ко второму фазоинвертору: fф2 = 42 Гц, V2 = 30 дм3, диаметр трубы выбе-

рем больше чем Dтр1, поскольку второй фазоинвертор возбуждается и ГГ и первой трубой, например, Dтр2 = 8 см, тогда Lтр2 = 28 см, что вполне приемлемо.

Рис. 5.20. Примерная АЧХ КПР

Врассмотренных выше примерах не рассматривались вопросы, связанные с высокой добротностью колебательных систем, с пиками АЧХ и переходными характеристиками. Попробуем применить к расч ту КПР «классический» подход при разработке фазоинверторов (п. 5.3.4). Рассмотрим наиболее сложный для расч та случай КПР с ПИ в обеих камерах, конструкция которого приведена на рис. 5.21.

Вкачестве примера воспользуемся ГГ, использованной в предыдущем

случае. Для первого фазоинвертора в объ ме V1 с использованием рис. 5.13. получим: V1 =Vэ1,5 = 26 дм3, fф1 = f0 = 28 Гц. В качестве пластины ПИ выберем

алюминий толщиной 1 мм, площадь пластины SПИ1 примерно равна площади

диффузора ГГ, SПИ ≈170 см2, е диаметр DПИ1 =15 см и масса MПИ1 = 46 г. Если требует геометрия корпуса, пластину можно выполнить прямоугольной.

Для получения, например, fф1 = 33 Гц, гибкость подвеса ПИ1 из формулы (5.28) должна быть СПИ1 = 52 10−5 м/Н. Для настройки ПИ на расч тную частоту

108

fф1 = 28 Гц, для регулировки и экспериментов в центре пластины ПИ разме-

щаются дополнительные грузы, их массу можно рассчитать из формулы (5.29). Для расч та второго фазоинвертора V2 необходимо определить параметры всей

колебательной системы в V1, возбуждающей колебания в V2: резонансную частоту fр, полную добротность Qп1, полную гибкость С1 (эквивалентный объ м Vэ1). Для этого рассмотрим е упрощ нную механическую схему без потерь

(рис. 5.22).

Рис. 5.21. Схема КПР с ПИ

Рис. 5.22. Упрощ нная механическая схема колебательной системы в V1

Полная гибкость определяется по формуле

109

аналогично определяется Vэ1.

Эквивалентный объ м ПИ равен [8]

Отсюда, VэПИ = 23,5 дм3, Vэ1 = 22 дм3. По аналогии с (5.5)

Получается Qп1 > 0,6, что требует неоправданно большого объ ма V2.

Поскольку мы не учитывали акустические сопротивления потерь, в том числе Rизл ПИ1, Qп1 будет меньше, рассчитанного по формуле (5.34), поэтому вос-

пользуемся аппроксимацией по Чебышеву для Qп1 = 0,5 [10]. В этом случае,

тить, что общий объ м конструкции совпадает с «бумбоксовым» вариантом, но частота fф2 здесь ниже, кстати, применение регулируемых ПИ позволяет пре-

вратить рассчитанное изделие в бумбокс или ещ чего-нибудь. И, наконец, рас-

стройки ПИ на более низкие частоты, в том числе на fф2 = 33 Гц, используются

дополнительные грузы, массы которых вычисляются по формуле (5.29).

Полосовой резонатор 6-го порядка, представленный на рис. 5.16 в, явля-

ется, пожалуй, самым симметричным из всех рассмотренных, поскольку ГГ и слева, и справа нагружена на одинаковые акустические оформления. Однако эта конструкция скорее «квазисимметричная» из-за разных параметров и настройки первого и второго фазоинверторов. ПР 6-го порядка обладает максимальной эффективностью по сравнению с двумя предыдущими, его эквивалентная схема приведена на рис. 5.23.

110

Рис. 5.23. Упрощ нная эквивалентная акустическая схема ПР 6-го порядка: 1 — источник сигнала; 2 — ГГ;

3 — левый фазоинвертор объ ма V1;

4 — правый фазоинвертор с объ мом V2; вс остальное аналогично предыдущим схемам

Схема также представляет собой две связанные через ГГ колебательные системы — два контура: первый — ГГ в первом фазоинверторе, второй — ГГ во втором. Правда, частоты настройки этих контуров разные, второй контур настраивается на частоту в 1,7–2 раза выше чем первый, чтобы уменьшить эффект акустического «короткого замыкания» (п. 5.4), поскольку фазоинвертора излучают в противофазе. АЧХ таких ПР также как и КПР асимметрична (рис. 5.20), крутизна спада в сторону НЧ – 36 дБ/окт, в сторону ВЧ – 15 дБ/окт.

Рассмотрим случай расч та ПР 6-го порядка с ПИ, если гипотетическая ГГ из предыдущих примеров надоела, возьм м реальный сабвуферный излучатель «SICA» 10SR2.5CP. Для первого фазоинвертора с использованием номограммы на рис. 5.13 получим V1 =Vэ 1,8 ≈ 30 дм3, fф1 = 36 Гц. Для ПИ с площа-

дью, примерно равной Sгг и DПИ = 22 см, выполненного из пластины алюминия

му рис. 5.13, получим V2 = 38 дм3. Выберем fф2 = 62 Гц, тогда при использовании

в ПИ2 такой же пластины, как и для ПИ1, для получения этой частоты гибкость подвеса ПИ2 должна быть СПИ2 = 4,2 10−5 м/Н. Из соображений симметрии, мож-

но поступить проще и выбрать V1 =V2 = 30 дм3, параметры ПИ2 при этом оста-

ются прежними. Управляя объ мами камер и частотами настройки ПИ и (или) труб фазоинверторов в этом и других случаях можно менять положение пика АЧХ, его высоту и ширину, определяя эффективность и полосу пропускания ПР. В случае использования ПИ удобно располагать дополнительные грузы снаружи, это позволяет производить настройки и эксперименты, не вскрывая

111