Бандпасс / комбинации коаксиальных динамиков акустической системы

Бандпасс / комбинации коаксиальных динамиков

Как и предыдущая система, акустическая система для седанов №2 предназначена для установки в овальном отверстии (140 х 210 мм) на задней полке. Система совмещает коаксиальный динамик и сабвуфер, но вместо низкочастотного динамика в свободном пространстве в конструкции используется относительно небольшой, но мощный бандпассный корпус. На схеме 2-7 показана общая компоновка. Простая промежуточная пластина соединяет 5-дюймовый коаксиальный динамик и поливинилхлоридовый порт (3 дюйма в диаметре) бандпассного корпуса с главным отверстием (140 х 210 мм). Во многих отношениях создание и установка данной системы проще по сравнению с трехкомпонентной. Единственный недостаток данной акустической системы заключается в том, что она займет больше места в багажном отсеке.

*Бандпассная система для седанов (8 дюймов)*

Схема 2-7

На рисунке 2-21 показаны два динамика Madison, выбранные для настоящего проекта.

Рисунок 2-21

Для уменьшения размеров корпуса колонки я выбрал динамик 8154 диаметром 8 дюймов. Поскольку на промежуточной пластине доступно больше свободного места, мы будем использовать коаксиальный динамик 5402 диаметром 5 дюймов, который оснащен полимерным высокочастотным динамиком Audax (диаметр 0.5 дюйма). Данный коаксиальный динамик обладает большей выходной мощностью и лучшими АЧХ, чем 4-х дюймовый динамик JVC. Он также обеспечит воспроизведение более глубоких низких частот и будет лучшей составляющей бандпассного корпуса. В качестве предварительного знакомства с рабочими характеристиками системы обратитесь к схеме 2-10a, далее в настоящей главе.

Я создал бандпассный корпус с помощью бесплатной программы Loudspeaker CAD Lite, которую можно скачать в интернете. Ожидаемый отклик показан на схеме 2-11c. Обычная выходная характеристика для входного сигнала мощностью 1 Вт должна соответствовать 88 дБ на расстоянии 1 м, что зависит от объема корпуса и выбранной частоты. Данная система может быть реализована с наличием или без электронного фильтра сабвуфера, однако наилучшее звучание акустической системы может быть достигнуто только с фильтром, поскольку с его помощью можно добиться превосходных динамических характеристик в низкочастотном диапазоне и удалить инфразвуковые шумы. Фильтр также можно использовать для регулировки спада высоких частот для наиболее эффективной работы с коаксиальным динамиком. Фактические частотные характеристики с наличием и без фильтра показаны на графиках далее в настоящей главе.

Для данного проекта необходимы следующие инструменты:

• Дисковая пила
• Ножовка
• Дрель с регулируемой скоростью/сверла/крестообразное сверло
• Рашпиль для дерева
• Фрезерная ручная машина (опция)
• Ленточно-шлифовальный станок (опция)
• Зажимная поверочная линейка
• Прямоугольник
• Рабочий стол
• Линейка, мерная лента
• Зажимы (опция)

Необходимые материалы:

• Две доски ДСП толщиной 20 мм (длина 2500 мм, ширина 300 мм)
• 16-№ 8 плоскоконических винтов для листового металла (длина 25 мм)
• 8-№6 плоскоконических винтов для листового металла (длина 20 мм)
• Желтый столярный клей
• 200 мм отрезок полихлорвиниловой трубы диаметром 80 мм
• Уплотнительный шнур
• Силиконовая замазка
• 8-дюймовый низкочастотный динамик Madisound 8154 (один или два)
• Коаксиальные динамики Madisound 5402 (пара)
• Облицовка разъема (одна или две)

Создание системы

1. Обратитесь к схеме 2-8. Начните с распиливания всех досок до необходимой ширины с помощью установки, показанной на рисунке 2-2. Если Вам посчастливилось иметь доступ к циркулярной пиле, используйте последнюю в данной процедуре.

Примечание:

Выполнение верхней и нижней доски немного шире, а крайних – немного длиннее исключит возможность нестыковки краев. После сборки просто срежьте выступающие края и удалите все неровности с помощью ленточно-шлифовального станка. Для наглядного примера обратитесь к рисунку 2-30. Например, я делаю нахлестку 2 мм.

*Верхняя/нижняя сторона

Крайние стороны

Боковые стороны

Звукоизоляционная перегородка*

Схема 2-8

2. На рисунке 2-22 показана установка для вырезания верхней/нижней и боковых сторон одинаковой длины. Вначале Вы должны установить ограничитель хода с одного края рабочего стола, который будет выше на 20 мм толщины доски. Данный ограничитель должен быть надежно зафиксирован и находиться в перпендикулярном положении относительно поверхности рабочего стола.

3. Затем вырежьте кусок доски длинной, равной ширине пилы плюс длины боковой и верхней сторон – 325 мм.

Рисунок 2-22

Используйте получившийся измерительный инструмент для установки длины выреза каждой из четырех сторон. Первый вырез показан на рисунке 2-23. Опять-таки, установите глубину выреза таким образом, чтобы лезвие пилы едва ли входила в поверхность рабочего стола.

Рисунок 2-23

4. Вырежьте отверстие для 8-дюймового низкочастотного динамика в звукоизоляционной перегородке, как показано на рисунке 2-24.

Рисунок 2-24

Проверьте посадку динамика в выполненном отверстии, как показано на рисунке 2-25.

5. Затем вырежьте отверстие (90 мм) в верхней части поливинилхлоридовой трубы (80 мм). Будьте осторожны, чтобы не сделать отверстие слишком большим. Как правило, вначале я выполняю отверстия диаметром немного меньше нормы и затем аккуратно расширяю их с помощью рашпиля для наиболее плотной посадки.

6. Отверстие диаметром 80 мм необходимо для установки облицовки разъема, как показано на рисунке 2-26. После проверки подгонки аккуратно пометьте и просверлите четыре монтажных отверстия для плоскоконических винтов для листового металла (длина 20 мм) с помощью сверла диаметром 1,5-или 2-мм.

7. Аккуратно начертите отверстия для винтов на наружной поверхности остальных сторон. Для удобства начертите общие направляющие.

Рисунок 2-26

• Отверстия для винтов должны находиться на одинаковом расстоянии (5 – 8 см).
• При толщине ДСП 20 мм отверстия должны находиться в 10 мм от краев.
• Для снижения риска раскалывания ДСП избегайте выполнения отверстий на расстоянии менее 30 мм от краев.
• После маркировки отверстий накерните и просверлите их с помощью сверла диаметром 4 мм. Наилучший и наиболее простой способ равномерной зенковки отверстий заключается в установке стопорного кольца на сверло (10 мм), как показано на рисунке 2-27.

Рисунок 2-27

Без стопорного кольца Вы можете либо полностью просверлить ДСП, либо сверло может застрять, что приводит к чрезмерно глубокой зенковке.

6. Аккуратно начертите линии стыка на внутренней поверхности каждой доски. Установите небольшие гвозди вдоль данных линий в качестве направляющих для точной расстановки досок во время завершающей сборки, как показано на рисунках 2-28 и 2-29. Используйте также угловой зажим для удерживания досок. Пара таких зажимов лучше, чем дополнительная пара рук.

Рисунок 2-28

Рисунок 2-29

9. Просверлите монтажные отверстия на краях сопрягаемых сторон, пропустив сверло (2,5 мм) через начерченные контуры отверстий. Корпус колонки будет собран с помощью винтов для гипсокартона.

10. Собранный корпус колонки (без применения клея) показан на рисунке 2-30. Не забудьте о небольшой нахлестке сверху, снизу и на краях.

Рисунок 2-30

11. Теперь время сделать порт для фазоинвертора. Вырежьте поливинилхлоридную трубу (75 мм) длинной 200 мм. Обычно это осуществляется с помощью ножовки, однако, намного проще это будет сделать на циркулярной пиле с помощью стусла, как показано на рисунке 2-31. Наружные и внутренние края трубы должны быть закругленными и гладкими для минимизации шумов из порта. Это можно выполнить с помощью соответствующего напильника или наждачной бумаги; также это можно с легкостью выполнить на фрезерном станке с закругленной режущей фрезой (радиус 6 мм), как показано на рисунке 2-32.

Рисунок 2-31

Рисунок 2-32

12. Когда все подготовительные работы будут выполнены, можно будет приступать к окончательной сборке. Я рекомендую выполнение следующей процедуры:

• Поместите ведро теплой чистой воды и кусок чистой ткани возле рабочего стола для удаления излишков клея.
• Временно установите монтируемый корпус правой боковой стороной вниз, затем склейте и закрепите винтами защитную перегородку к нижней стороне. Наносите большое количество желтого столярного клея, вытирая его излишки с помощью куска влажной ткани. На данном этапе устанавливайте доску только два или три винта на случай, если Вам придется отсоединять доски для внесения корректив.
• Снимите правую боковую сторону и повторно установите, зафиксировав ее с помощью клея и винтов.
• Установите и закрепите заднюю панель с помощью клея и винтов.
• Установите и закрепите левую боковую сторону с помощью клея и винтов.
• Установите переднюю панель и закрепите ее с помощью нескольких винтов.
• Теперь Вы должны быть готовы установить верхнюю сторону, как показано на рисунке 2-33. Не забывайте наносить обильное количество клея.

Рисунок 2-33

• После затягивания верхней крышки некоторое количество клея должно быть вытеснено на стыках, как показано на рисунке 2-34. Это является нормой.
• После удаления излишков клея снимите переднюю панель и дайте корпусу высохнуть в течение ночи.
• Установите переднюю панель обратно насухо и затяните с помощью восьми винтов; не забудьте просверлить все установочные отверстия на данном этапе.

Рисунок 2-34

Теперь удалите выступающие концы (если они у Вас есть) с помощью фрезы с круглым полотном, как показано на рисунке 2-35.

Рисунок 2-35

Затем снимите фаску с углов с помощью закругленной фрезы (радиус 10 мм), как показано на рисунке 2-36.

Рисунок 2-36

• Поместите корпус колонки на рабочее место и повторно снимите переднюю панель.
• На рисунке 2-37 показан низкочастотный динамик, подготовленный к монтажу: к нему было припаяно около 14 дюймов провода, а на заднюю сторону крепежного фланца был в два ряда нанесен уплотнительный шнур.

Рисунок 2-37

• На рисунке 2-38 показан закрепленный винтами низкочастотный динамик; перед завершающей установкой передней панели на места стыка наносится слой силиконовой замазки.

Рисунок 2-38

• Соединительные провода задней облицовочной крышки показаны на рисунке 2-39. Теперь закрепите облицовочную крышку с помощью винтов. Не перезатягивайте винты во избежание деформации крышки.

Рисунок 2-39

• На рисунке 2-40 показана вставленная в отверстие труба с кольцом из силиконовой замазки. Труба вставляется вращательными движениями, которые равномерно распределяют замазку по окружности трубы, как показано на рисунке 2-41. Глубина посадки трубы может быть отрегулирована в зависимости от условий установки в конкретном автомобиле. Однако, минимальная глубина должна составлять приблизительно 50 мм во избежание нарушения акустических характеристик системы. Удалите излишки замазки с помощью шпателя и дайте замазке застыть в течение ночи.

Рисунок 2-40

Рисунок 2-41

13. Теперь мы готовы приступить к созданию монтажной крышки. Начните с вырезания ДСП толщиной 16 мм согласно размерам, указанным на схеме 2-9.

Схема 2-9

На рисунке 2-42 показана наполовину законченная монтажная крышка.

Рисунок 2-42

На рисунке 2-43 показана установка коаксиального динамика; на рисунке 2-44 показаны коаксиальный динамик и кусок трубы, установленные на крышке для проверки пригонки. Если монтажная крышка уже готова, мы можем перейти к тестированию.

Рисунок 2-43

Рисунок 2-44

Тестирование в свободном воздухе

Мы установили монтажную крышку, трубу и коаксиальный динамик в сборе в тестовую стену, как показано и рисунке 2-45, и подключили стандартную тестовую установку, которая отображена на схеме 2-4. На схемах 2-10 a-с показаны получившиеся АЧХ при настройках фильтра 6 дБ на 30 Гц (R1=9K, R2=63K). Композитные АЧХ составляют приблизительно от 35 до 20 кГц +/- 3 дБ. На схеме 2-10 b и c показаны АЧХ сабвуфера и коаксиального динамиков соответственно.

Схема 2-10a

АЧХ бандпассной системы в свободном воздухе. Комбинированная система.

Схема 2-10b

АЧХ бандпассной системы в свободном воздухе. Бандпассный сабвуфер при настройках фильтра 6-дБ на 30 Гц.

Схема 2-10c

АЧХ бандпассной системы в свободном воздухе. Коаксиальный динамик Madisound 5402.

На рисунках 2-46 от a до f показаны выходные волны на частотах 35, 40, 50, 500, 5000 и 10000 Гц. На частоте 35 Гц форма волны немного асимметрична, однако, приближаясь к частоте 50 Гц, волна выравнивается. Все остальные волны кажутся синусоидальными.

По моему субъективному мнению данная система звучит крикливо-резко. Вследствие большого коаксиального динамика, низкие частоты воспроизводятся чисто и имеют ярко выраженное звучание. Басы звучат чисто, но шумы из порта становятся слышны при громкости 103 дБ в свободном воздухе. Пищалка Audax имеет чистый «песочный», но немного острый звук. В любом случае данный коаксиальный динамик при использовании в задней части автомобиля будет заглушен и поэтому является наилучшим выбором в данной конфигурации.

Рисунок 2-46a (35 Гц)

Рисунок 2-46b (40 Гц)

Рисунок 2-46c (50 Гц)

Рисунок 2-46d (500 Гц)

Рисунок 2-46e (5000 Гц или 5 кГц)

Рисунок 2-46f (10 000 Гц или 10 кГц)

Тестирование в автомобиле

Тестирование в автомобиле выявило еще один плюс данной системы – высокая чувствительность. В данных условиях уровень звукового давления 96 дБ был зарегистрирован для входящего среднеквадратического сигнала 2,8 В, что составило какие-то 1.5 Вт! Максимальный уровень звукового давления в автомобиле при установке одной колонки был поднят до 109 дБ, после чего шумы из порта становились навязчивыми. Две колонки смогли бы выдать от 112 до 115 дБ.

На схемах 2-11 a и b показаны АЧХ сабвуфера с фильтром и без него. Без фильтра корпус претерпевает пик на около 90 Гц и опускается на три 3 дБ до 40 Гц. Это соответствует ожидаемому отклику, показанному на схеме 2-11c, на которой отображена ниспадающая кривая в полосе пропускания с укороченным от 250 до 200 мм портом для снижения шумов из порта или свеса. При использовании фильтра АЧХ выравниваются от 40 до 80 Гц, кроме спадания при 70. Звучание данной акустики действительно намного лучше с фильтром. Частоты высокого диапазона становятся неслышимы. Подъем при 30 Гц, за которым следует резкое падение, устраняет выступ графика, который слышен без фильтра. Система просто звучит более сжато. С другой стороны, если Вы не собираетесь использовать фильтр, попробуйте выполнить порт длинной 250 мм для расширения низкочастотного диапазона. Если данная конфигурация используется вместе с низкочастотным фильтром, которым оборудованы многие усилители, звучание системы может быть приемлемо, однако, могут возникнуть проблемы с шумами из порта.

Схема 2-11c

АЧХ восьмидюймовой бандпассной системы при использовании в автомобиле. Предполагаемые АЧХ в свободном воздухе.

В заключение

В общем бандпассная задняя акустическая система звучит довольно хорошо. В то время как сабвуфер, кажется, имеет меньше шумоподавления, чем другие акустические системы, представленные в данной книге, пара таких сабвуферов должна обеспечить адекватные выходные характеристики для большинства музыкальных жанров. Музыка с изобилием низких частот, например, рэп, может при высокой громкости создавать чрезмерные шумы в порте. Корпуса колонок занимают в багажном отделении больше места, чем мне бы хотелось, но, так или иначе, они довольно компактны по сравнению с другими громоздкими системами, которые мне довелось видеть в автомобилях некоторых меломанов.

Вследствие своей высокой эффективности, мощность усилителя не является камнем преткновения. Процедура установки системы относительно проста, а сложность ее создания соотносима со сложностью создания любой акустической системы с колонками. И если Вы способны подойти к задаче творчески, данную систему можно будет установить в любом седане – не только в автомобилях, оборудованных овальными монтажными отверстиями для колонок (6X9).

Bass Couplers (парное соединение динамиков со встречным расположением диффузоров)

Две предыдущие системы являются компромиссом в целях снижения или устранения необходимости выполнять какие-либо модификаций салона автомобиля. Если же Вы готовы к бескомпромиссным действиям, можно найти более непосредственный путь к достижению лучшего звука в Вашем автомобиле. Обратитесь к схеме 2-12, на которой показаны три альтернативные акустические системы.

* Коаксиальный динамик 4-6 дюймов

Посадочная поверхность

Коаксиальный динамик 4-6 дюймов

Низкочастотный динамик 8 дюймов

Низкочастотный динамик 8 дюймов

Низкочастотные динамики 8 дюймов

Альтернативная система I

Альтернативная система II

Альтернативная система III*

Схема 2-12

Альтернативные компоновки задних акустических систем для седанов

При извлечении задних громкоговорителей-сателитов из штатных отверстий (6 X 9 дюймов), мы можем использовать данные отверстия для воспроизведения басов. Преимущество данного подхода заключается в объединении преимуществ обоих звуковых систем – с коротким диапазоном средних частот и расширенным шумоподавлением. Техническая идея данного проекта предполагает использование пары коаксиальных динамиков (5- или 6-дюймов) с двумя или более низкочастотными динамиками (8-дюймов) посредством применения парных динамиков bass couplers, показанных на схеме 2-13 или 2-14.

* Подходящее расстояние

Защитное кольцо-сетка

Стальная полка для багажа

6X9 Монтажная крышка

Доска низкочастотного динамика

Низкочастотный динамик (8 дюймов)*

Схема 2-13

Схема 2-14

Парное соединение динамиков со встречным расположением диффузоров

В данной компоновке есть один недостаток. Вам придется переделать заднюю полку. В то время, как одни не найдут в этом проблему, другие будут обеспокоены возможностью испортить свой дорогой автомобиль (и вполне справедливо). В любом случае модификация задней стальной полки – это, вероятно, лучшее, что мог бы предпринять профессиональный сборщик (монтажник). Надлежащим образом выполненная работа будет стоить всех затраченных средств.

В альтернативной системе №1 используется два низкочастотных динамика (8 дюймов), закрепленных на крышке, как показано на схеме 2-13. Это очень хорошая акустическая система, которая к тому же проста в создании и установке. Монтажные крышки Вы можете сделать с помощью дрели и ножовки; установка крышек будет столь же проста.

Альтернативная система № 2 схожа с первой системой, однако, в ней коаксиальные динамики заменяются двухкомпонентными системами с поверхностным монтажом. Звучание данной системы во многом зависит от качества установочной поверхности, которое может в значительной степени различаться. В этом случае системы нужно приобретать только после тщательного подбора. С положительной стороны - модификации задней полки будут минимальными: несколько высверленных отверстий для закрепления динамиков и пропускания проводки. С отрицательной стороны - Вам может не понравиться внешний вид получившейся системы.

Альтернативная система № 3 значительно более мощная, чем 1 и 2. В ней используются две пары устанавливаемых в пазы динамиков (8 дюймов) в сцепке, показанной на схеме 2-14. Совместная область диффузоров динамиков находится где-то между двумя 10-дюймовыми и двумя 12-дюймовыми низкочастотными динамиками, которые посылают звуковые волны, через отверстия 6X9 дюймов.

Для создания такой сцепки вырежете детали, как показано на схеме 2-15.

*Верхний фланец

Нижняя часть

Боковая сторона

Крайняя сторона*

Схема 2-15

Сцепка низкочастотных динамиков

Начертите, просверлите и отзенкуйте все отверстия для винтов. Имейте в виду, что внутренний край монтажных отверстий для низкочастотных динамиков должен быть закруглен с помощью фрезы или напильника для снижения турбулентности. Я использовал закругленную фрезу (6 мм), но такая же с радиусом 10 мм, возможно, была бы лучше. Цель заключается в как можно более обширном снятии фаски таким образом, чтобы не ослабить отверстия для монтажных винтов динамиков.

На рисунке 2-47 показано начало сборки всех вырезанных деталей.

Рисунок 2-47

На рисунке одна из изоляционных перегородок зафиксирована в положении для посадки насухо на одну из боковых сторон. На рисунке 2-48 показана частично собранная конструкция муфты, тогда как на рисунке 2-49 показана полностью собранная муфта; края монтажных отверстий покрыты древесной замазкой на основе воды и готовы к обработке наждачной бумагой.

Рисунок 2-48

Рисунок 2-49

Имейте в виду, что два блока под углом 45°, расположенные во внутренних углах, предназначены для направления волны сжатия к слоту. Также я специально сделал слот немного меньше окончательного отверстия таким образом, чтобы я смог позже дополнительно срезать края фрезой заподлицо со стенами корпуса, как показано на рисунке 2-50.

Рисунок 2-50

Собранная муфта показана на рисунке 2-51 при использовании низкочастотных динамиков Madisound 81524-DVC. Как было сделано и в трехкомпонентной системе, для получения надлежащих в свободном пространстве для каждого динамика используется только одна звуковая катушка.

Рисунок 2-51

Я установил связку на тестовую стену и подсоединил испытательную установку с фильтром сабвуфера, указанную ранее в настоящем руководстве. После некоторого экспериментирования я получил АЧХ, показанные на схеме 2-16, установив фильтр на усиление 2 дБ при 30 Гц (R1=11.4K, R2=58.3K).

*Спектральный анализ AUDIOCONTROL INDUSTRIAL SA-3055

АЧХ системы - третьоктавная полоса частот

Низкие

Средние

Высокие*

Схема 2-16

АЧХ парного соединения динамиков со встречным расположением диффузоров с фильтром низких частот

Полученные АЧХ - ровные от 30 до 80 Гц и снижаются на 3 дБ при 28 Гц. Частота кроссовера была произвольно установлена на 100 Гц. Максимальная амплитуда колебаний диффузоров динамиков достигается при добавлении среднеквадратичного напряжения 1.5 В на входной сигнал при 35 Гц. Уровни звукового давления при 105 дБ были записаны на расстоянии 300 мм в свободном пространстве. На более высоких частотах система с легкостью производила уровни звукового давления 110 и 115 на расстоянии 1 метра, что хорошо соотносилось со значением 112 дБ, вычисленным программой по созданию колонок Perfect 4.5.

Результаты тестирования синусоидальных волн при уровне звукового давления 100 дБ показаны на рисунке 2-52 для четырех точек низкой частоты. Несколько асимметричными кажутся волны при частоте 35 Гц, но к 40 Гц волны становятся идентичны. На частотах 70 и 100 Гц волны становятся ровными и синусоидальными, но благодаря фильтру начинает проявляться сдвиг по фазе. Наверное, лучше было бы показать формы волн, не подключая фильтр. Формы волн на более высоких частотах были довольно ровные, что указывает на успешную обработку краев выходного отверстия.

Рисунок 2-52a (35 Гц)

Рисунок 2-52b (40 Гц)

Рисунок 2-52c (70 Гц)

Рисунок 2-52d (100 Гц)

По моему мнению данная система звучит очень гладко и непринужденно. Доступные уровни звукового давления ограничены только максимальной амплитудой колебания диффузоров установленных динамиков. В автомобиле с одной парой динамиков Madisound 81524-DVC, у которых полная амплитуда равна 5 мм, звуковое давление может с легкостью достигнуть уровня 115 дБ, и для всего этого понадобиться лишь несколько ватт! Две пары должны производить в автомобиле звуковое давление в 120 дБ. Если Вы нуждаетесь в более высоком давлении, Вы можете установить динамики с большей амплитудой диффузора.

На этом заканчивается глава о задних акустических системах для седанов. Я попытался предоставить Вам несколько самобытных и, я надеюсь, полезных решений проблемы передачи басов в седане, которые не повлекут за собой больших финансовых затрат и не повредят Ваш автомобиль. Выберите акустическую систему, которая наиболее отвечает Вашим желаниям и соответствует техническим возможностям Вашего автомобиля.