Трехкомпонентная акустическая система (Triax)

Трехкомпонентная акустическая система (Triax)

Первая система для седанов основывается на предположении, что Ваш автомобиль оснащен овальными динамиками (6X9 дюймов) в качестве штатной комплектации. Мы создадим свой вариант трехкомпонентной акустической системы. Ее общая компоновка показана на схеме 2-1. В ней используется 4-x дюймовый коаксиальный динамик JVC CS-HX420 для покрытия всего звукового диапазона за исключением двух нижних октав. Данные коаксиальные динамики были выбраны благодаря их мягкому звучанию и компактным размерам; от них не требуется большой мощности, поскольку в данной системе они необходимы для заполнения задней звуковой сцены. Низкие частоты обеспечиваются 8-ми дюймовым низкочастотным динамиком 81524-DVC, оснащенным двойными катушками сопротивлением 4 Ом. Для обеспечения достаточного шумоподавления данные низкочастотные динамики имеют относительно высокий (5 мм) лимит максимального отклонения от оси (или ). В данном случае мы будем использовать только одну из катушек (немного необычная конфигурация), что добавит сопротивление в 4 Ом и правильное Q (зависимое от демпфировнания) для установки в багажнике без связи с кузовом. Два динамика, используемых в данном проекте, указаны на рисунке 2-1.

Схема 2-1

Рисунок 2-1

Забегая наперед, предполагаемая частотная характеристика сабвуфера при использовании данных динамиков, указана на схеме 2-6a. Конечно, в данной системе можно также использовать другие высококачественные низкочастотные динамики при условии, что их параметры подходят к монтажу без связи с кузовом, они обладают достаточной мощностью и амплитудой диффузора. Примечательно, что резонансная частота в свободном пространстве для данного примера, измеренного при 31.8 Гц, составляет 0.1 Гц, что соответствует приведенной спецификации.

Применение только одной звуковой катушки повысило полную добротность динамика Q ( ) от заданного значения 0.31 до 0.54, что является идеальным для использования в свободном пространстве.

Знакомство с проектом

Трехкомпонентные системы строятся на нескольких монтажных плитах, которые обеспечивают непосредственный выход динамиков в пассажирский отсек через отверстие. На схеме 2-2 показаны детали. Схема в целом может показаться сложной, однако, каждый ее компонент, взятый по отдельности, таковым не является.

*Овал

Контур фланца коаксиального динамика

Верхняя монтажная доска

Градус снятия фаски

Верхнее распорное кольцо (толщина 3/8)

Центральная монтажная доска

Контур углубления для магнита (глубина ½)

Нижняя монтажная доска

Монтажная доска для низкочастотного динамика*

Схема 2-2

Инструменты, необходимые для настоящего проекта:

• Дисковая пила
• Ножовочная пила
• Электродрель
• Фрезерная ручная машина (опция)
• Циркулярная пила (опция)
• Рашпиль по дереву
• Прямоугольник
• Зажимная поверочная линейка (желательно)
• Линейка, мерная рулетка

Материалы, необходимые для настоящего проекта:

• Доска ДСП высокой плотности (толщина ¾ дюйма)
• Желтый столярный клей
• Древесная замазка на основе воды
• Наждачная бумага
• Винты:

24-№. 6 для листового металла с плоской головкой (длина ¾ дюйма)

6-№ 6 плоскоконические для листового металла (длина ¾ дюйма)

36-№ 8 плоскоконические для листового металла (длина 1 ¼ дюйма)

16-№ 8 плоскоконические для листового металла (длина 1 дюйма)

Перед тем, как взяться за данный проект, убедитесь в том, что колонки данных размеров смогут надлежащим образом разместиться в Вашем автомобиле. Начните с выреза верхней монтажной плиты и проверьте, встанет ли она под задней полкой в багажном отсеке. Если да, и Вы уверены, что сможете добиться герметичной посадки плиты с полкой, продолжайте выполнять данную процедуру.

Процедура

1. Начните с выреза высокоплотной доски ДСП (толщина 20 мм), ширина 240 мм. Лучше всего это выполнить на отрезном станке со столом, хотя это также можно осуществить с помощью дисковой пилы и зажимной линейки. Вам также понадобится большой пластиковый прямоугольник, показанный на рисунке 2-3. Для достижения наилучших результатов прямоугольник необходимо модифицировать, срезав приблизительно 20 мм с краев, смежных с прямым углом, для того, чтобы прямоугольник мог быть надлежащим образом закреплен на поверочной линейке, как показано на рисунке.

Рисунок 2-2

Рисунок 2-3

Примечание:

1. Для обеспечения максимальной точности обрабатываемая доска должна быть надлежащим образом закреплена на рабочем столе. Глубина резания устанавливается так, чтобы полотно прошло через доску и вошло в фанерный рабочий стол.

2. На схемах и рисунках в настоящем разделе показан процесс создания трехкомпонентной акустики со стороны пассажира, данная акустика со стороны водителя будет ее зеркальным отражением.

2. Затем отрегулируйте дисковую пилу для скоса в 45° и выполните скос, показанный на рисунке 2-4.

Рисунок 2-4

3. Точно измерьте расстояние от наружного края дисковой пилы до направляющей пилы, как показано на рисунке 2-5. Добавьте данный размер к длине поперечного разреза, которая составляет 195 мм для верхней монтажной доски, как показано на рисунке 2-6. Повторите данную операцию для оставшихся монтажных досок.

Рисунок 2-5

Рисунок 2-6

4. Когда все монтажные доски будут вырезаны, поместите их в сборе (рисунок 2-7) в автомобиль и убедитесь в том, что будущая колонка сможет разместиться на своем месте. Если для удаления преград Вы вынуждены пошатать монтажные доски, аккуратно нанесите монтажную метку на сопрягаемых деталях таким образом, чтобы в дальнейшем Вы смогли их расположить надлежащим образом.

5. Обратитесь к схеме 2-2. Определите ось динамика на каждой монтажной доске, проведя горизонтальную линию (90 мм) от верхнего края и вертикальную линию в центре. Для набора шириной 90 мм это составит 120 мм.

6. Сделайте фотокопию овального шаблона (140 мм х 210 мм), показанного на схеме 2-3 и аккуратно вырежьте его. Совместите центральные линии и нанесите чертеж на каждую монтажную доску, как показано на рисунке 2-8.

Рисунок 2-7

7. Для обнаружения четырех монтажных отверстий Вам понадобиться динамик (150 X 230) Вашей старой акустики. Расположите данный динамик диффузором вниз на доске так, чтобы его главная (длинная) ось проходила по центру, параллельно длине доски. Аккуратно начертите контур динамика и пометьте места для отверстий на доске (рисунок 2-9).

8. С помощью циркуля начертите круг (90 мм) с центром в 55 мм от одного края, как показано на схеме 2-2.

Примечание:

Избегайте превышения размера отверстия, поскольку фланец коаксиального динамика JVC местами очень узкий. Затем начертите дугу (53 мм), которая определит наружную перегородку динамиков.

Рисунок 2-8

9. Вырежьте отверстие для динамика с помощью ножовочной пилы, как показано на рисунке 2-10; затем поместите динамик в отверстие и убедитесь в его надлежащей посадке. Теперь нанесите очертание фланца коаксиального динамика на монтажную доску.

Схема 2-3

Овальный шаблон 140 мм х 210 мм

Рисунок 2-9

Рисунок 2-10

Наметьте установочные отверстия. Для закрепления коаксиального динамика необходимо не более двух винтов, поскольку Вы будете закреплять его с помощью силиконовой замазки.

10. Вырежьте до конца овальное отверстие (140 мм х 210 мм). Будьте внимательны и осторожны, чтобы не сломать перегородку толщиной в 6 мм (рисунок 2-11). На рисунке 2-12 показана законченная верхняя монтажная доска со вставленным коаксиальным динамиком.

Рисунок 2-11

Рисунок 2-12

Высверлите стандартные отверстия (150 х 230 мм) для скользящей посадки на самонарезных винтах №8. Затем переверните монтажную доску и выполните зенковку отверстий так, чтобы головки винтов стали заподлицо с поверхностью – приблизительно 8 мм, как показано на рисунке 2-13.

Рисунок 2-13

11. Возьмите верхнюю монтажную (теперь уже) крышку и убедитесь в том, что она может быть установлена и можно пропустить все четыре монтажных винта. Если в Вашем автомобиле нет монтажных отверстий, сейчас самое время их просверлить. Поместите монтажную крышку обратно на рабочее место.

12. Если Вы еще не сделали этого, припаяйте провода к коаксиальному и низкочастотному динамикам перед тем, как продолжать данную процедуру. Не забудьте соблюсти полярность: запаяйте красный провод к выводу с пометкой «+» или красной точкой.

13.В верхней распорной доске вырежете овальное отверстие 140 х 210 мм. Установите динамик диффузором вниз на данной доске в положении, в котором он будет установлен на монтажной крышке. Аккуратно нанесите его очертания с помощью карандаша. Выполните углубление в помеченной области, указанной на схеме 2-2, до минимального уровня необходимого для фланца динамика и для обеспечения плоской посадочной поверхности с монтажной крышкой. Для выполнения данной операции удобно использовать фрезерную ручную машину, однако, острая фреза в электродрели и твердая рука мастера могут также справиться с поставленной задачей.

14. Удостоверьтесь в надлежащей посадке коаксиального динамика в верхнюю монтажную крышку и распорную доску, скрепите данные два элемента вместе и просверлите монтажные отверстия (140 х 210) через распорную доску. Затем убедитесь в надлежащей посадке данных элементов в автомобиле. Если все соответствует норме, верните данные детали обратно на рабочее место. Положите первую монтажную доску (крышку) сверху на вторую монтажную доску и нанесите очертание отверстий коаксиального и низкочастотного динамиков. Повторно выполните данную процедуру для третьей монтажной доски. Не забудьте о разнице между третьей монтажной доской и остальными двумя: в ней должно быть выполнено глухое отверстие, в котором разместится магнит коаксиального динамика и которое также будет служить нижней перегородкой между продольными волнами коаксиального и низкочастотного динамиков.

15. Важно, чтобы все воздушные каналы имели беспрепятственные, гладкие проходы, поэтому скрепите вместе все четыре доски и удалите все неровности и шероховатости с помощью напильника и наждачной бумаги. Обработанные элементы, сложенные вместе, показаны на рисунке 2-14.

Рисунок 2-14

16. Выполните отверстие в монтажной доске для низкочастотного динамика; затем проверьте посадку динамика в выполненном отверстии. После просверливания всех базовых отверстий для монтажных винтов низкочастотного динамика сложите все монтажные доски и устраните все неровности. Удостоверьтесь, что в проходе низкочастотного динамика отсутствуют какие-либо преграды, как показано на рисунке 2-15. Теперь мы готовы взяться за финальную сборку.

Рисунок 2-15

Сборка и установка трехкомпонентной акустической системы

(Следующая процедура предполагает, что все элементы системы были подготовлены для финального монтажа.)

Рисунок 2-16

1. Подготовьте к монтажу коаксиальный динамик, удалив часть монтажного фланца, которая выходит за перегородку и находится на проходе низкочастотного динамика. Для этого используйте только ножницы по металлу во избежание образования металлической стружки. (На рисунке 2-16 показан крупный план данной детали.) Затем установите коаксиальный динамик в верхнюю монтажную крышку (доску) и закрепите с помощью самонарезных винтов (№6, длина 20 мм) и силиконового герметика. После этого нанесите слой силиконового герметика на верхнюю часть доски вокруг динамика, включая область фланцев динамика; затем установите сверху распорную доску и закрепите с помощью винтов для скрепления тонколистового металла (№6, длина 20 мм).

2. Нанесите слой силиконовой замазки сверху на распорную доску и закрепите всю систему в сборе к нижней части задней полки с помощью винтов для скрепления тонколистового металла (№8, длина 32 мм). Затем, используя силиконовую замазку между каждой доской, склеивайте и затягивайте винтами (32 мм) каждую последующую монтажную доску. В конце установите низкочастотный динамик и затяните его с помощью винтов для скрепления тонколистового металла (№8, длина 25 мм). Законченная система в сборе показана на рисунках 2-17 и 2-18.

Рисунок 2-17

Рисунок 2-18

Амплитудно-частотные характеристики системы

Как уже было упомянуто в первой главе, частотная характеристика любой акустической системы в значительной степени зависит от конкретного случая установки. Объем и размеры салона разняться от автомобиля к автомобилю. Для удаления неблагоприятного эффекта данных переменных мы установили законченную акустическую систему на тестовую стену из упрочненной фанеры толщиной 20 мм и измеряли направленность звучания АЧХ на расстоянии 12 дюймов с помощью анализатора, работающего в реальном времени, как показано на рисунке 2-19.

Рисунок 2-19

Схема тестирования показана на схеме 2-4.

*Анализатор Audio Control SA-355

Розовый шум

Фильтр сабвуфера

Усилитель (50 Вт на канал)

Микрофон

Тестовый низкочастотный динамик

Тестовый коаксиальный динамик*

Схема 2-4

Мы испытывали коаксиальный и низкочастотный динамики по отдельности с помощью усилителя (50 Вт на канал).

АЧХ сабвуфера были измерены с фильтром, описание которого приводится в шестой главе; он служит в качестве регулируемого кроссовера.

Амплитудно-частотные характеристики системы с фильтром – от 30 до 16 кГц +/- 3 Дб, как показано на схеме 2-5a (распечатки показаний анализатора), тогда как на схемах 2-5b и c показаны раздельные АЧХ низкочастотного и коаксиального динамиков. Для получения пологой характеристики в низкочастотном диапазоне необходимо установить частоту кроссовера для сабвуфера приблизительно 500 кГц. Фильтр сабвуфера установлен на 1.7 Q для высоких частот, нижние же частоты урезаются до 25 Гц.

Интересный момент: на схеме 2-6a показаны теоретические АЧХ низкочастотного динамика при установленной частоте кроссовера 100 Гц. На схеме 2-6b показаны действительные АЧХ низкочастотного динамика, измеренные с помощью анализатора с теми же установками. Оба графика очень похожи.

Чувствительность составной трехкомпонентной системы при входном напряжении 3 В (насколько я смог приблизиться к стандарту 2.83) 1 кГц составляет 90 Дб, что было вычислено с помощью анализатора.

Для того, чтобы узнать, привело ли экранирование к искажению низкочастотного динамика, я измерял выходную волну трехкомпонентной системы при уровне звукового давления 100 Дб на ключевых частотах – 30, 40, 500, 1 кГц и 10 кГц. Я осуществил это, подав в систему синусоидальный сигнал с помощью генератора сигналов вместо розового шума анализатора (созданного анализатором). Затем мне осталось уловить осевую направленность АЧХ с помощью микрофона, соединенного с двухлучевым электронным осциллографом. Показания осциллографа отображены на рисунках 2-20 a-e. На каждом экране снизу отображена волна генератора сигналов с вычисленной волной сверху.

* Спектральный анализ AUDIOCONTROL INDUSTRIAL SA-3055

АЧХ системы - третьоктавная полоса частот

Низкие

Средние

Высокие*

Схема 2-5a

АЧХ трехкомпонентной системы

Схема 2-5b

АЧХ низкочастотного динамика трехкомпонентной системы

Схема 2-5c

АЧХ коаксиального 4-х дюймового динамика

На рисунке 2-20a показано, что форма волны сигнала частотой 30 Гц немного асимметрична. Это говорит о том, что низкочастотный динамик создает искажения при громкости 100 дБ, которое снижается при частоте 4 Гц, как показано на рисунке 2-20b. Более высокие частоты, кажется, все синусоидальные.

В заключение

В целях личного эксперимента я подсоединил портативный CD-плеер к испытательной установке и проиграл через нее музыку. Воспроизводимый звук был плавен и глубок. Затем я добавил басов, повысив громкость низкочастотного динамика, и понизил частоту кроссовера низкочастотного динамика для выравнивания низких частот. Трехкомпонентная система звучала великолепно!

*АЧХ (дБ)

Частота (Гц)

Акустические характеристики корпуса

Характеристики фильтра

Характеристики системы (в целом) или реакция системы*

Схема 2-6a

АЧХ динамика Madison 81524DVC при установке в свободном пространстве в багажном отсеке. Фильтр высоких частот; Q=1.7 при 25 Гц; R1=8.5 K; R2=98.4K.

*Спектральный анализ AUDIOCONTROL INDUSTRIAL SA-3055

АЧХ системы - третьоктавная полоса частот

Низкие

Средние

Высокие*

Я проверил допустимую входную мощность, увеличивая громкость на короткие промежутки времени. На расстоянии 12 дюймов в свободном эфире я измерял выходную мощность при АЧХ 110 дБ/40 Гц и выше. В замкнутом пространстве седана, я полагаю, система должна производить уровни звукового давления в диапазоне от 115 до 118 дБ с усилителем, мощностью 50 Вт на канал. Более высокие уровни звукового давления можно получить даже при использовании низкочастотных динамиков с большей амплитудой вибрации диффузора.

Рисунок 2-20a (30 Гц)

Рисунок 2-20b (40 Гц)

Рисунок 2-20c (500 Гц)

Я устанавливал данную трехкомпонентную систему в нескольких автомобилях, одним из которых был мой собственный. Для того, чтобы система была установлена надлежащим образом, Вам придется запастись терпением и хорошо потрудиться, однако, получаемый в итоге результат стоит всех затраченных усилий.

Рисунок 2-20d (1 кГц)

Рисунок 2-20d (1 кГц)

Рисунок 2-20d (10 кГц)