Акустическая система №2

Система №2

На схеме 3-6 показан компоновочный чертеж акустической системы для хэтчбеков, в которой используются потрясающий сабвуфер и пара высококачественных коаксиальных динамиков на Ваш выбор. В данном случае я выбрал 5-ти дюймовые коаксиальные динамики Madisound 5402, оснащенные «пищалками» Audax с твердым купольным диффузором для получения отличных характеристик в верхней части частотного спектра. Процедура создания данной акустической системы лишь немного сложнее, чем для предыдущей системы №1. Внутренние перегородки отделяющие коаксиальные динамики сделаны из двух относительно маленьких частей. Для их наилучшей подгонки я заменил 3-х дюймовый фазоинвертор двумя 2-х дюймовыви. Частота корпуса настроена на 33 Гц, а настройки частотного фильтра, если он используется, соответствуют тем же настройкам для системы №1.

*Фазоинвертор (диаметр 2 дюйма, длина 10 дюймов)

Примечание!

1. Обшейте низкочастотный отсек акустическим стекловолокном.

2. Отсеки коаксиальных динамиков заглушите с помощью полиэфирного волокнистого наполнителя.

Коаксиальный динамик Madisound 5402 (5 дюймов)

Низкочастотный динамик Madisound 8154 (8 дюймов)*

Схема 3-6

Задняя акустическая система №2

Для создания системы №2 необходимы те же инструменты, что применялись в процессе создания первой системы.

Необходимые материалы (все, что было необходимо для системы №1, плюс следующее):

• 8 (всего 16) винтов № 6, плоскоконических для листового металла (длина 20 мм)
• 600 мм отрезок полихлорвиниловой трубы диаметром 50 мм
• 2 коаксиальных динамика 5402 с защитными сетками
• контактная крышка (две или четыре)
• 1,2 м (всего 8) проводов № 16 или 18
• одна упаковка полиэфирного волокнистого наполнителя

Детали, используемые в данной системе, показаны на рисунке 3-23.

Рисунок 3-23

Как всегда мы начнем с вырезания всех необходимых деталей для корпуса колонки. На рисунке 3-24 показаны две предварительно собранные перегородки, зафиксированные для закрепления к нижней плите.

Рисунок 3-24

После закрепления верхней плиты выполняется пробная пригонка задней плиты, как показано на рисунке 3-25.

Рисунок 3-25

На рисунке 3-26 задняя плита уже прикреплена; на поверхности, сопрягаемые с верхней плитой, нанесен клей. Используйте обильное количество клея. Это обеспечит пропитку и удалит незначительные дефекты на соединительных поверхностях.

Рисунок 3-26

На рисунке 3-27 показан корпус сзади в частичном сборе.

Рисунок 3-27

С данного ракурса можно видеть форму отсека низкочастотных динамиков. Для полной сборки не хватает задней и крайних плит; на рисунке 3-28 данные детали установлены на свои места.

Рисунок 3-28

Не забудьте о выступающих краях, которые должны быть удалены с помощью фрезы после застывания клея.

На рисунке 3-29 отсек для низкочастотных динамиков был обшит стекловолокном. Корпус был установлен передней монтажной крышкой вниз для установки четырех контактных крышек с проводкой.

Рисунок 3-29

На рисунке 3-30 показаны установленные контактные крышки, закрепленные с помощью винтов № 6 для листового металла (длина 20 мм).

Рисунок 3-30

На рисунке 3-31 вся проводка смонтирована, а отсеки коаксиальных динамиков были слегка набиты наполнителем. Вам придется просверлить два маленьких отверстия для пропускания проводки коаксиальных динамиков до набивания отсеков наполнителем.

Рисунок 3-31

На рисунке 3-32 показаны установленные фазоинверторы.

Рисунок 3-32

Теперь перед тем, как продолжить, необходимо подождать, пока не высохнет силиконовая замазка. Это зависит от плотности посадки фазоинверторов в отверстиях.

На рисунке 3-33 показана собранная система без защитных сеток.

Рисунок 3-33

На рисунке 3-34 акустическая система помещена в задней части автомобиля Firehawk, где проходила тестирование система №1.

Рисунок 3-34

Перейдем к результатам тестирования. На схеме 3-7a показаны АЧХ, полученные в салоне автомобиля при 90 дБ; микрофон был расположен у водительского сиденья и обращен назад на уровне ушей. Общие АЧХ – от 30 до 15 кГц +/- 3 дБ. Система выдавала 115 дБ на розовом шуме при общей входной мощности 65 Вт и всех настройках, установленных для ровных АЧХ.

Схема 3-7a

АЧХ акустической системы №2, полученные в салоне автомобиля хэтчбек

По моему субъективному мнению, акустическая система звучала отлично, несмотря на пониженный уровень средних частот, на что указывает кривая АЧХ. Проигрываемая поп и рок музыка казалась очень живой, как если бы это был концертный монитор. Данные коаксиальные динамики показывают высокие технические характеристики на низких уровнях, обеспечивая хороший верхнечастотный звуковой спектр и создавая эффект увеличенного пространства в автомобиле. Как и следовало ожидать, басы звучали плавно и глубоко, как и в системе №1.

Для сравнения я провел измерения в свободном пространстве для устранения помех, создаваемых автомобилем. Результат показан на схеме 3-7b.

Микрофон был расположен на центральной оси одного из коаксиальных динамиков на расстоянии 45 см. Это несколько уменьшило интервал от октавы к октаве и добавило мощности высокочастотникам.

Схема 3-7b

АЧХ акустической системы №2 в свободном пространстве. Микрофон расположен по оси коаксиального динамика на расстоянии 45 см.

После этого я подключил данную акустическую систему к домашней аудиосистеме и прослушал музыку различных жанров. В общем, звук был весьма приятным. Но, на мой вкус, частоты, воспроизводимые коаксиальными динамиками, немного выпирают на общем фоне.

Не забывайте, что мы могли бы применить больше усилий и сделать колонку данной акустической системы и системы №1 более красивой и эстетически более подходящей для конкретного автомобиля. Например, если бы я создавал колонку специально для автомобиля Firehawk, он вряд ли была бы прямоугольной формы. Существует огромное количество дизайнов, модификаций, форм, которые мы можем себе представить и воплотить впоследствии в акустическую систему №1 или №2 для той или иной конкретной звуковой среды.

Повышение мощности

Система закрытого типа

Данная глава была бы неполноценной, если бы мы не указали в ней хотя бы один способ создания более мощного сабвуфера. Для примера мы решили создать акустическую систему с парой 10-ти дюймовых (весьма скромный выбор по сравнению, скажем, с 15-ти дюймовыми) мощных динамиков. В очередной раз одним из главных условий создания системы была ее компактность. Размеры корпуса акустики получились такими, что Вы можете сделать его из деревянной плиты (300 мм) без надобности выполнять разрезы вдоль волокон. (Ширина всех деталей 300 мм) Мы собираемся исследовать несколько разных компоновочных вариантов с использованием одного корпуса и динамиков, что даст Вам возможность экспериментировать по-своему.

Наш первый пример - это корпус закрытого типа. Данная система наиболее проста в создании и терпима к ошибкам пользователя. Корпус показан на схеме 3-8.

Для настоящего проекта нам понадобятся следующие материалы:

• ДСП толщиной 20 мм – два отрезка длиной 2,5 м, шириной 300 мм
• Коробка винтов с крупным шагом резьбы для гипсокартона (длина 40 мм)
• Столярный клей
• Небольшая коробка уплотнительного шнура
• 8-№6 плоскоконических винтов для листового металла (длина 20 мм)
• 3 пакета по 560 г полиэфирного волокнистого наполнителя
• 2 10-дюймовых низкочастотных динамиков Madisound 10207 с защитными сетками
• Две контактные крышки
• 1 м соединительного провода № 16 или 18
• Припой

Схема 3-8

Корпус сабвуфера для хэтчбеков. Пара 10-дюймовых низкочастотных динамиков.

Компоненты системы показаны на рисунке 3-35. Это крупные динамики с 40-унцевыми магнитами и двойными катушками (8 Ом), каждый мощностью в 100 Вт.

Рисунок 3-35

Мы уже несколько раз продемонстрировали различные техники построения корпусов акустических систем и не будем более повторяться. Собранный корпус показан на рисунке 3-36. На рисунке 3-37 показан тот же корпус после среза выступов и закругления краев с помощью фрезы (закругленное полотно радиусом 3/8 дюйма). Как Вы видите, улучшение совсем незначительное, поэтому, если у Вас нет фрезы, Вы можете пропустить эту процедуру. В принципе, при достаточном терпении Вы можете сделать что-то подобное вручную, используя хороший рашпиль по дереву.

Рисунок 3-36

Рисунок 3-37

На рисунке 3-38 показаны отсеки динамиков, заполненные полиэфирным волокнистым наполнителем (не забудьте подсоединить провода к динамикам до заполнения отсеков динамиков).

Рисунок 3-38

На рисунке 3-39 динамики и защитные сетки зафиксированы с помощью винтов.

Рисунок 3-39

Примечание:

В данной сборке мы подключим только одну из двух 8-омовых звуковых катушек к каждому низкочастотному динамику для повышения значения Q таким образом, чтобы работа динамика лучше подходила к системе закрытого типа. Поступая, таким образом, действительные значения удваиваются с 0.22 до 0.44. Все это вместе с резонансной частотой в свободном пространстве 17 Гц (заявленная 19 Гц) делают данный динамик практически идеальным для использования в системе закрытого типа. Для получения максимальной передачи мощности с усилителя, возможно, Вы захотите подключить два низкочастотных динамика параллельно так, чтобы получить значение в номинальные четыре Ома и затем переключить усилитель в мостовой монорежим.

На схеме 3-9a показан ожидаемый отклик в свободном пространстве системы закрытого типа. Он ниже на 3 дБ на частоте 34 Гц. Единственный негативный момент поднятие расчетной кривой на 1.6 дБ.

*Амплитуда (дБ)

Частота (Гц)*

Схема 3-9a

Полученные АЧХ в свободном пространстве

Два 10-дюймовых динамика Madisound 10207 в закрытом корпусе объемом 56 л. Для каждого динамика подключена только одна катушка.

В качестве первого теста я поднял уровень звукового давления системы до 90 дБ с полноценным сигналом розового шума и измерил АЧХ в свободном пространстве на расстоянии одного метра. Результат показан на схеме 3-9b. Он близок к прогнозируемой модели, что является характерной чертой систем закрытого типа. Они весьма предсказуемы.

*АЧХ системы -- третьоктавная полоса частот

Низкие

Средние

Высокие*

Схема 3-9b

Действительный АЧХ, полученные с помощью анализатора

Результаты тестирований в салоне автомобиля (при уровне звукового давления 90 дБ) показаны на схемах 3-10a и b. Сгущение низкочастотного звукового спектра, обеспеченное небольшим объемом салона автомобиля, очевидно на обоих кривых.

Схема 3-10a

АЧХ акустической системы закрытого типа с двумя 10-дюймовыми динамиками и усилителем Jensen (50 Вт на канал). Отклик со встроенным фильтром низких частот.

Схема 3-10b

АЧХ акустической системы закрытого типа с двумя 10-дюймовыми динамиками и усилителем Jensen (50 Вт на канал). Отклик со следующими настройками фильтра сабвуфера: нулевое усиление нижних частот, срез на 30 Гц.

На схеме 3-10a система запитывается усилителем мощностью 50 Вт на канал со встроенным низкочастотным фильтром, у которого нижняя частота излома составляет от 125 до 150 Гц. Низкие частоты имеют ровные показатели в левой части графика. Возможно, что данная система будет звучать удовлетворительно и без других устройств преобразования сигналов.

Для сравнения я настроил низкочастотный фильтр для ровного отклика с обрезкой на частоте 30 Гц для минимизации потери мощности в инфразвуковом спектре. Как видно на графике, система все равно опускается на 3 дБ при 25 Гц.

При использовании усилителя на полную мощность (100 Вт), система воспроизводила уровень звукового давления в 115 дБ. Затем я подключил усилитель мощностью 100 Вт на канал, который воспроизвел 120 дБ.

По моему субъективному мнению, данная система звучит мощно, чисто и зажато, что характерно для систем закрытого типа. Я нахожу систему довольно музыкальной и обладающей большим запасом по перегрузке. Так или иначе, если Вы можете пожертвовать 56 л пространства, данная акустическая система легка в создании. Если в Вашем автомобиле не хватает свободного места для размещения такой колонки, Вы можете сделать корпус наполовину меньше и установить в нем один динамик 10207, который вероятно сможет выдавать около 112 дБ.

Вентилируемая система с двумя фазоинверторами (3 дюйма)

При подключении обеих звуковых катушек значение динамика падает до своего заявленного значения 0.22, что делает громкоговорители Madisound 10207 наилучшим выбором для системы с фазоинвертором. В общем, такие системы имеют более глубокие низкие частоты и могут переносить большие нагрузки при низких частотах, поскольку большую часть работы выполняют фазоинвертор и корпус системы. В действительности при частоте резонанса корпуса, которая обычно составляет 30 Гц, диффузоры динамика практически не двигаются; это значит, что Вы можете добавлять мощность, пока шумы из фазоинвертора не станут слишком назойливы. Диаметр фазоинвертора определяет, насколько громко система может излучать звуковые сигналы без возникновения шумов в фазоинверторе – чем больше, тем лучше.

В нашем первом примере корпус настроен на 30 Гц для размещения в нем двух фазоинверторов (диаметр 3 дюйма), расположенных с противоположных сторон, что позволяет распределять низкочастотные сигналы более равномерно по пассажирскому салону. Данная акустическая система будет лучше звучать под сиденьем полноразмерного фургона. На схеме 3-11 показана общая компоновка. Реальное расположение фазоинверторов не является существенным при условии, что они будут расположены на расстоянии ни менее 40 мм от какой-либо внутренней поверхности корпуса, а также, каждый фазоинвертор должен находиться на расстоянии минимум 75 мм от каких-либо наружных предметов или частей автомобиля.

*2 фазоинвертора: поливинилхлоридная труба (диаметр 75 мм, длина 340 мм)*

Схема 3-11

Вентилируемый корпус акустической системы для хэтчбеков. Пара 10-дюймовых низкочастотных динамиков.

На рисунке 3-40 показан корпус, обшитый стекловолокном, с установленными фазоинверторами.

Рисунок 3-40

На рисунке 3-41 показан низкочастотный динамик с параллельно подключенными звуковыми катушками, что обеспечивает номинальное значение импеданса в 4 Ом.

Рисунок 3-41

Вследствие большого размера данного динамика я решил нанести три ряда уплотнительного шнура на заднюю часть защитного кольца.

АЧХ данной системы в свободном пространстве показаны на схеме 3-12a. По горбу на кривой графика можно сказать, что система была неправильно настроена.

*Амплитуда (дБ)

Частота (Гц)

Отклик корпуса

Отклик фильтра

Отклик системы*

Схема 3-12a

Два низкочастотных динамика Madisound 10207 DVC в корпусе с фазоинверторами объемом 56 л. Отклик корпуса настроен на 30 Гц, фильтр Q=3.0 при 24 Гц. АЧХ, полученные в свободном пространстве.

Показанные на схеме 3-12b АЧХ, измеренные в свободном пространстве, подтверждают это.

Схема 3-12b

Два низкочастотных динамика Madisound 10207 DVC в корпусе с фазоинверторами объемом 56 л. АЧХ, полученные в свободном пространстве.

АЧХ, измеренные в салоне автомобиля значительно отличаются от АЧХ, полученных в свободном пространстве, что мы видели ранее. Форма кузова автомобиля создает акустическое усиление низкочастотного регистра. В данной среде низкочастотный фильтр имел следующие настройки: R1=17K, R2=34K, что отвечало ровным АЧХ фильтра (Q=0.7) и обычному урезанию на 30 Гц для подавления гула. Результат показан на схеме 3-12c. В данном конкретном автомобиле АЧХ становятся ровными после 100 Гц (установки кроссовера) и остаются такими до 25 Гц (измерительный лимит анализатора). По правде говоря, отчасти нам повезло, по крайне мере в отношении превосходной комбинации формы и размеров автомобиля.

Схема 3-12c

Два низкочастотных динамика Madisound 10207 DVC в корпусе с фазоинверторами объемом 56 л. АЧХ, полученные в салоне автомобиля. Настройки низкочастотного фильтра: ровные АЧХ с обрезанием на частоте 30Гц.

Максимально допустимая входная мощность данной акустической системы превышает 200 Вт. Номинал каждой звуковой катушки составляет 100 Вт, что делает данную систему термически способной переносить мощность в 400 Вт. Как и система закрытого типа, на полной мощности данная акустика выдавала 120 дБ, но была ограничена усилителем. С добавлением фильтра низких частот предельно допустимая входная мощность должна составить около 400 Вт. Но даже такая мощность теоретически приведет к повышению уровня звукового давления всего на 3 дБ.

По-моему, система звучит сходно с акустикой закрытого типа, но можно различить более глубокую звукопередачу.

Система с одним фазоинвертором (4 дюйма)

Если Вы хотите поэкспериментировать с частотами еще более низкого диапазона, обратите внимание на данный вариант, который показан на схеме 3-13. Вместо двух фазоинверторов диаметром 3 дюйма, мы установим одну трубу длинной 0,5 м и диаметром 200 мм. Преимущество данной акустики заключается в том, что теперь мы можем настроить корпус колонки на теоретическую целевую частоту в свободном пространстве 23 Гц или около того.

*Поливинилхлоридная труба (диаметр 200 мм, длина 0,5 м)*

Схема 3-13

Корпус акустической системы с фазоинвертором для хэтчбеков. Пара 10-дюймовых низкочастотных динамиков.

На рисунке 3-42 показано, как выглядит большой фазоинвертор.

Рисунок 3-42

С практической точки зрения фазоинвертор такой длины должен закрепляться с обоих концов. Это легко осуществить, приклеив к задней крышке деревянный брус. Затем просто нужно закрепить трубу на брусе с помощью обильного количества силиконовой замазки.

На схеме 3-14a показан ожидаемый отклик в свободном пространстве. Теоретические настройки фильтра низких частот: Q=2.7 при 25 Гц, что соответствует R1=5.4K и R2=156K.

*Амплитуда (дБ)

Частота (Гц)

Отклик корпуса

Отклик фильтра

Отклик системы*

Схема 3-14a

Два низкочастотных динамика Madisound 10207 DVC в корпусе с фазоинвертором, объем 56 л. Частота корпуса настроена на 22 Гц, фильтр Q=2.7 при 25 Гц. Ожидаемые АЧХ, полученные в свободном пространстве.

Фактические АЧХ, полученные в свободном пространстве, показаны на схеме 3-14b. Однако для получения таких результатов пришлось отойти от теоретических настроек фильтра, что указывало на несоответствие данных. Реальные настройки фильтра были: Q=3.97 при 31.4 Гц, что соответствует R1=2.9K и R2=183K, что, наверное, указывает на низкую частоту корпуса. С таким большим отклонением я сомневался в необходимости включать в книгу данный вариант акустической системы. Однако, данный вариант может послужить полезным примером. Многие авторы пишут о сложности достижения необходимой настройки систем с фазоинверторами. Данная система являет собой пример проблем, с которыми можно иногда столкнуться.

Схема 3-14b

Два низкочастотных динамика Madisound 10207 в корпусе с фазоинвертором, объем 56 л. Частота корпуса настроена на 22 Гц, фильтр Q=3.97 при 31.4 Гц. Фактические АЧХ, полученные в свободном пространстве.

Несмотря на все это АЧХ в салоне автомобиля были достаточно хорошими, и установки фильтра были более приемлемы: Q=1.43 при 34.7 Гц, что соответствует R1=7.3K и R2=59.6K. Результат показан на схеме 3-14c. Данная система может звучать немного более сжато по сравнению с системой, оснащенной двумя фазоинверторами. Теоретически, предельная мощность системы должны быть еще выше благодаря большему диаметру фазоинвертора. С другой стороны, акустическую систему с одним фазоинвертором может быть трудно разместить в автомобиле таким образом, чтобы достигалось равномерное распределение низких частот.

Схема 3-14c

Два низкочастотных динамика Madisound 10207 в корпусе с фазоинвертором, объем 56 л. Частота корпуса настроена на 22 Гц, фильтр Q=1.43 при 34.7 Гц. Фактические АЧХ, полученные в салоне автомобиля.

Какую же из приведенных трех акустических систем выберете Вы? Очевидно, что система закрытого типа наиболее проста и предсказуема. Система с двумя фазоинверторами должна хорошо работать в разных акустических средах, однако, для некоторых она может звучать недостаточно плотно. А система, оснащенная одним фазоинвертором, лучше подходит для использования в домашних условиях или в просторных фургонах. Выбор за Вами.

В заключение

Еще один пример перед завершением данной главы. На рисунке 3-43 показана акустическая система (8-дюймов, объем 28 л), установленная сверху на 10-ти дюймовую акустическую систему объемом 56 л. Для обычного прослушивания большинства музыкальных жанров система большего размера может не стоить потраченных усилий и занимаемого места в салоне. Однако, для отчаянных любителей басов выбор очевиден. Только 10-ти дюймовые громкоговорители!

Рисунок 3-43