Лабораторная работа 7

Расчет акустических систем с применением программы jbl Speaker Shop

Цель работы: ознакомление с программой JBL Speaker Shop, приобретение навыков в расчетах акустических систем (сабвуферов) и фазоинверторов данной программой.

Оборудование: ПК с предустановленной прикладной программой JBL Speaker Shop.

Методические указания к выполнению работы

Изучив методические указания по теме, выполнить задания, представить отчет в письменном виде.

ВВЕДЕНИЕ

Компьютерная программа JBL Speaker Shop производства американской фирмы JBL предназначена для разработки и расчета параметров акустического оформления (корпуса) сабвуфера – басового (низкочастотного) динамика.

Программа Speaker Shop состоит из двух независимых и взаимодополняющих частей: Enclosure Module – для расчета акустического оформления и Crossover Module – для расчета параметров разделительных фильтров.

Программа Enclosure Module позволяет определять объем и размеры корпуса акустической системы, дает возможность оценить качество её звучания. Конструкция анализируется в два этапа. Во-первых, определяется, как она будет работать при нормальных уровнях прослушивания. Эта процедура называется анализом на малых уровнях прослушивания и включает в себя расчет амплитудной (частотной) характеристики, характеристики сопротивления звуковой катушки, фазовой характеристики и групповой задержки. Во-вторых, для конструкции моделируется режим работы при максимальной громкости. Этот этап называется анализом на больших уровнях сигнала и включает нормы акустической мощности в диапазоне средних частот и характеристику максимальной мощности при различных отклонениях.

Существуют два способа конструирования корпусов с помощью программы Enclosure Module. Один из них предусматривает конструирование корпуса для определенных выбранных динамиков. При этом варьируются характеристики корпуса. Другой способ заключается в поиске подходящих динамиков для существующего корпуса, т.е. подбираются модели динамиков. Метод конструирования может быть выбран с помощью команды Variable в меню Options.

При запуске программы JBL Speaker Shop первый раз, по умолчанию задается режим интерфейса, в котором изменяемыми величинами являются характеристики акустического оформления (рис. 1).

Электронная таблица содержит колонки для конструирования шести типов корпусов. Первые три колонки предназначены для расчета корпусов с фазоинвертором: конструкция оптимальная; разрабатываемая конструкция (пользовательская); конструкция корпуса, рассчитанная на определенную полосу частот. Четвертая колонка предназначена для пользовательской конструкции корпуса с пассивным излучателем. Последние две колонки предназначены для корпусов закрытого типа – оптимальной и пользовательской конструкции.

Рисунок 1 - Интерфейс программы

Поскольку в электронной таблице одновременно демонстрируются конструкции различного типа, есть возможность их сравнивать. График внизу одинаков для обоих методов. Параметры динамической головки показаны в нижней левой области электронной таблицы.

Команды меню программы

Меню файлов (File Menu)

New Design – создание новой конструкции. После выбора данной команды существующие конструкции будут удалены и откроется окно Full Loudspeaker Parameters (полные параметры громкоговорителя).

Open Design – открыть файл конструкции громкоговорителя, ранее сохраненный на диске.

Open JBL Sample – открытие файла примеров конструкций корпусов. В этом файле записано более 200 примеров заводских конструкций фирмы JBL. Файлы примеров конструкций можно открывать, но нельзя редактировать. Чтобы редактировать файл конструкции, необходимо скопировать его, выбрав Save Design As в меню File и сохранив этот файл под новым именем как нормальный файл конструкции. После этого можно переходить к редактированию копии.

Save Design – сохранение изменений в существующем файле конструкции.

Save Design As – сохранение копии существующей конструкции под новым именем файла. Названия заканчиваются с расширением файлов *.BB5.

Print … – печать расчета конструкции. Для изменения настроек печати, выберите окно Print Setup. Можно распечатывать графики и параметры выбранной конструкции. Также могут быть распечатаны и другие характеристики, предлагаемые программой.

Printer Setup – выбор другого принтера и смена насторойки драйвера принтера. Важно убедиться в том, что принтер готов осуществить печать на бумаге размером Letter в нужном режиме. К окну Printer Setup есть доступ с окна Print Setup.

Меню громкоговорителя (Loudspeaker Menu)

Parameters – Full – введение и редактирование электромеханических параметров головки динамика, в том числе громкоговорителя с несколькими головками.

Parameters – minimum – для быстрого ввода только минимального количества параметров громкоговорителя, необходимого для базового конструирования. Это параметры Fs, Vas и Qtс. Для корпусов с заданной (определенной) полосой пропускания также необходима эталонная эффективность или чувствительность (комбинация клавиш Ctrl +Z).

Acoustic Response – возможность введения акустической амплитудной характеристики динамика, измеренной в специальном корпусе-экране (тестовой камере).

Load from Database – поиск в базе данных головок динамиков и загрузка параметров головки динамика в программу. Выбор данной программы не разрешает осуществлять редактирование базы данных динамиков.

В базе хранятся значения всех необходимых характеристик большого количества динамиков самых разных фирм-изготовителей, достаточно перечислить в качестве иллюстрации несколько фирм из начала списка: A&S Speakers, Acoustic Research, AcousticPro – и из его окончания: Xtasy Audio, Yamaha, Zachry.

Меню корпуса (Box Menu)

Optimum Vented Parameters – открытие окна Optimum Vented Box и ввод или редактирование параметров для оптимального корпуса с фазоинвертором.

Custom Vented Parameters – открытие окна Custom Vented Box и ввод или редактирование параметров для проектируемого (пользовательского) корпуса с фазоинвертером.

Band-Pass Parameters – открытие окна Band-Pass Vented Box и ввод или редактирование параметров корпуса с фазоинвертером, рассчитанным на определенную полосу частот.

Passive Radiator Parameters – открытие окна Passive Radiator Box и ввод или редактирование параметров корпуса с пассивным излучателем.

Optimum Closed Parameters – открытие окна Optimum Closed Box и ввод или редактирование параметров для оптимального закрытого корпуса.

Custom Closed Parameters – открытие окна Custom Closed Box и ввод или редактирование параметров для проектируемого (пользовательского) корпуса закрытого типа.

Vent – открытие окна Vent Dimensions для расчета внутренних размеров одного или нескольких отверстий для каждой из конструкции Vented Box (комбинация клавиш Ctrl +V).

Используются два типа отверстий фазоинвертора: порты и воздуховоды. Примеры

размещения фазоинверторов иллюстрирует рисунок.

Порт представляет собой отверстие, прорезанное в стенке корпуса. Отверстие может иметь круглую, квадратную или прямоугольную форму.

Воздуховод представляет собой трубу, закрепленную в стенке корпуса.

Порты и воздуховоды должны быть достаточно большими, чтобы избегать наложения нежелательного звучания, например, свиста, образующегося в результате турбулентности воздуха, который проходит вовнутрь и наружу корпуса через порт или канал. Площадь поперечного сечения отверстия – размер, более всего влияющий на появление различных звуковых неприятных эффектов. Чем больше площадь поперечного сечения, тем длиннее должны быть порты или воздуховоды.

Dimensions – вычисление внутренних размеров корпуса. Для определенного корпуса может быть введено до 20 разных объемов. В программе доступно много форм объемов (комбинация клавиш Ctrl +D).

Параметры динамиков

Для ввода минимальных параметров, необходимых для конструирования корпуса, достаточно выбрать в меню Loudspeaker опцию Parameters-minimum.

Появится окно, в котором можно ввести минимальные параметры, включающие в себя название производителя (Manufacturer), название модели (Model), Fs, Vas и Qts. Номинальную эффективность или чувствительность необходимо вводить только при конструировании корпусов с фазоинвертором.

Краткая расшифровка обозначений параметров.

Механические параметры головок

Fs – собственная резонансная частота динамика (Гц);

Qms – добротность динамика на частоте Fs, когда в расчет принимаются его механические (не электромагнитные) потери или затухание;

Vas – объем воздуха, имеющий упругость, эквивалентную упругости подвеса динамика (кубические футы или дюймы, литры);

Cms – коэффициент механической податливости подвеса (дюймы на фунт или миллиметры на ньютон);

Mms – механическая масса диффузора с учетом аэродинамической нагрузки (унции или граммы);

Rms – механическое сопротивление в подвеске динамика (фунты в секунду или килограммы в секунду);

Xmas – максимальная или пиковая линейная амплитуда колебаний звуковой катушки динамика (дюймы, сантиметры или миллиметры). Определяется как расстояние, которое может пройти катушка в одном направлении при сохранении способности поддержания постоянного числа колебаний в зазоре магнита. Этот параметр определяет максимальную амплитуду колебаний, при которой не проявляются искажения;

Sd – "Площадь поршня/диффузора" динамика (квадратные дюймы или квадратные сантиметры). Представляет собой значение площади подвижной части динамика;

Dia – "Диаметр поршня" (дюймы или сантиметры).

Комбинированные параметры

Qts – добротность динамика для значения частоты Fs с учетом всех электромагнитных и механических потерь;

hо – номинальная эффективность динамика при акустической нагрузке в половину объема (отражатель расположен с отдалением в бесконечность). Эффективность вводится в процентах;

SPL – номинальная чувствительность динамика при акустической нагрузке в половину объема (отражатель расположен с отдалением в бесконечность). Вводится в децибелах (dB). Чувствительность принимается, как измеренная по оси на расстоянии 1 метр при подаче на динамик электрической мощности 1 Вт. Так как многие производители проверяют свои динамики при фиксированном напряжении 2,83 В, вместо 1 Вт, в окне Full Loudspeaker Parameters имеется опция 2,83 V.

Электрические параметры

Qes – Q динамика для значения частоты Fs. Допускает только электромагнитные (не механические) потери или затухание колебаний;

Re – сопротивление звуковой катушки по постоянному току (Ом);

Le – индуктивность звуковой катушки (миллигенри);

Z – номинальное электромагнитное сопротивление динамика (обычно 8 или 4 Ом);

BL – мощность электропривода динамика (ньютон/ампер, метр/тесла, фунт/ампер или фут/тесла);

Pe – термически ограниченная максимальная электрическая мощность (Вт), с которой может оперировать динамик. Обычно представляет максимальную электрическую мощность, еще не приводящую к перегоранию звуковой катушки.

Параметры корпусов (акустических коробов), используемые при расчетах

Vb – внутренний объем короба;

F3 – номинальная частота (Гц) при половинной мощности (минус 3 дБ). Представляет собой точку, расположенную на 3 дБ ниже излома амплитудной характеристики, в которой начинается спад частотной характеристики в области низких частот;

Fb – резонансная частота для корпуса с фазоинвертором (Гц);

QL – значение добротности для корпуса складывается из всех потерь. Корпуса с объемом менее 11 кубических футов (311 литров) обычно имеют значение QL, близкое к 7. У корпусов большего объема QL приблизительно равно 5;

Vap – объем воздуха, имеющий упругость, эквивалентную упругости подвеса пассивного излучателя (кубические футы или дюймы, а также литры);

Fp – собственная резонансная частота пассивного излучателя (Гц);

Qtc – значение добротности для корпуса закрытого типа;

Dv – диаметр или площадь поперечного сечения порта или воздуховода в корпусе с фазоинвертором;

Lv – длина порта или воздуховода в корпусе с фазоинвертором;

Fill – затухание колебаний в корпусе. Определяется количеством материала, который вводится внутрь корпуса для поглощения звука. Может сильно влиять на внутренний объем (Vb или Vс) конструкции. Акустическое поглощение часто используется для гашения колебаний динамика и снижения внутреннего резонанса корпуса. Доступны четыре режима: нет заполнения, минимальное заполнение, нормальное заполнение и сильное заполнение.