Материал: Проектирование и конструирование высококачественных акустических систем. Бадаев А.С

где Ha(S) и Hk (S) — передаточные функции ГГ в корпусе и корректи-

рующей цепи.

В случае оформления «закрытый корпус», без корректирующей цепи

параметров ГГ и корпуса.

Выражение (5.9) аналогично передаточной функции фильтра ВЧ полиномиального типа второго порядка, АЧХ которого претерпевает спад в сторону НЧ с крутизной 12 дБ/окт. По передаточным функциям можно вычислить важные характеристики АС: АЧХ, ФЧХ и ГВЗ.

где Re[Ha2 (S)] и Im[Ha2 (S)] — действительная и мнимая части передаточной функции Ha2(S).

Эквивалентная акустическая схема ГГ в закрытом корпусе представлена на рис. 5.6 [10].

Анализ эквивалентной схемы показывает, что она является аналогом электрического фильтра второго порядка, АЧХ которого имеет спад в области НЧ 12 дБ/окт.

Методика расч та закрытого корпуса давно разработана, апробирована и успешно работает, подробнейший анализ этого оформления содержится, например, в работах [1, 5, 10]. В этих работах рассчитаны семейства АЧХ в НЧобласти для разных значений fк и Qпк , которые представлены на рис. 5.7 [10].

Анализ этого семейства показывает, что для получения максимально линейных АЧХ в области НЧ и возможно более низкой граничной частоты воспроизведения следует выбирать Vк, обеспечивающий полную добротность сис-

темы ГГ — корпус Qпк = 0,7–1,0. При этом не следует забывать, что в многоп о- люсных АС QЕ, а следовательно, Qп ГГ повысится из-за наличия (как правило) последовательно включенной с ней индуктивности:

где QЕФ — электрическая добротность ГГ в воздухе с фильтром;

90

QЕ — электрическая добротность ГГ в воздухе без фильтра; RL — активное сопротивление индуктивности;

RЕ — сопротивление ГГ по постоянному току.

Рис. 5.6. Упрощенная эквивалентная акустическая схема закрытого корпуса:

1 — источник сигнала; 2 — ГГ; 3 — корпус; Мгг — масса подвижной системы ГГ вместе с присоединенной

массой воздуха; Сгг — гибкость подвижной системы ГГ;

Rгг — акустическое сопротивление потерь в подвижной системе;

Cк — гибкость воздуха в корпусе;

Rк — акустическое сопротивление потерь в корпусе

Рис. 5.7. Нормированные АЧХ закрытого корпуса для разных

значений Qпк : 1 — Qпк = 2; 2 — Qпк = 1,4; 3 — Qпк = 1,0;

4 — Qпк = 0,707; 5 — Qпк = 0,5

91

Для определения частоты среза f-3, на которой уровень звукового давления падает на 3 дБ относительно нуля можно использовать табл. 5.1 [1].

Таблица 5.1

Определение частоты среза

Учитывая, что оформление «закрытый корпус» имеет наинизший КПД из всех возможных оформлений, следует выбирать НЧ ГГ с высоким уровнем характеристической чувствительности и КПД, не забывая о требованиях упомянутых выше.

Для примера рассчитаем АС «закрытый корпус» на основе ГГ 6ГД-2. Основные параметры этих ГГ, как и всех других, использованных в примерах рас- ч тов, приведены в табл. 5.5. Из семейства АЧХ на рис. 5.7 выберем вариант с Qпк = 1,0. Из формулы (5.5) определим Vк:

тизна спада АЧХ в сторону НЧ составляет 12 дБ/окт.

В заключение следует обратить внимание на важность заполнения всего объ ма корпуса пористым волокнистым звукопоглощающим материалом с высоким коэффициентом поглощения звука. Звукопоглотитель рассеивает энергию стоячих волн, подавляя вызванные ими резонансы, понижает механическую добротность ГГ в корпусе почти в два раза, увеличивая е демпфирование. Кроме того, звукопоглотитель интенсивно поглощает тепло, которое выделяется при увеличении давления в корпусе, препятствует возрастанию упругости воздуха при нагревании, т. е. повышает его гибкость, что эквивалентно увеличению объ ма корпуса. Этот эффект всегда положителен, поскольку приводит к увеличению звукового давления и КПД, снижению fк и f-3. Наличие

звукопоглотителя необходимо учитывать при расч тах. И, наконец, грамотно рассчитанные и сконструированные АС типа «закрытый корпус» демонстрируют наилучшие переходные характеристики из всех видов акустических оформлений.

92

5.3.4. Фазоинвертор (bass – reflection)

Фазоинвертор представляет собой закрытый корпус с отверстием, щелью или трубой с различной формой сечения (рис. 5.8) [1].

Этот вид оформления, как и закрытый корпус популярен, широко распростран н и хорошо изучен. Казалось бы – простая идея, лежащая на поверхности: зачем бороться с излучением задней стороны диффузора, если можно е заставить помогать передней стороне, возбуждая через гибкость воздуха в корпусе Ск колебательную систему, состоящую из массы воздуха в отверстии или

трубе и Ск .

Рис. 5.8. Корпус АС с различными вариантами фазоинверторов:

а— фазоинвертор; б — фазоинвертор с трубой;

в— пассивный излучатель

Эта система излучает в фазе с передней стороной, повышая результирующее звуковое давление, правда, в достаточно узком диапазоне НЧ. Т. е. получается, что такое оформление использует излучение задней стороны диффузора, инвертируя (т. е. изменяя на 180°) его фазу — отсюда название «фазоинвертор». Тем не менее, хотя идея фазоинвертора была запатентована ещ в 30-х годах прошлого века, его теория и методика расч та появилась только в 60-х, с той поры он и получил широкое распространение.

Для анализа процессов, происходящих в фазоинверторе, рассмотрим его эквивалентную схему (рис. 5.9) [5].

Эта схема является аналогом типичной схемы связанных электрических контуров: последовательный контур образуется из Мгг и Сгг, связанного через

гибкость воздуха в корпусе Cк с другим, параллельным контуром, образованным Cк и Mт .

где Vк — объ м корпуса;

γP0 =1,4 106 бар — адиабатный модуль объ мной упругости воздуха.

93

Рис. 5.9. Упрощенная эквивалентная акустическая схема фазоинвертора:

1 — источник сигнала; 2 — ГГ; 3 — корпус; 4 — труба фазоинвертора;

Мгг — масса подвижной системы ГГ вместе с присоединенной массой воздуха;

Сгг — гибкость подвижной системы ГГ;

Rгг — акустическое сопротивление потерь в подвижной системе;

Cк — гибкость воздуха в корпусе;

Mт — масса воздуха в трубе фазоинвертора;

Rт — сопротивление излучения трубы; υгг и υт — колебательные скорости диффузора и воздуха в трубе соответственно

Колебательные скорости на рис. 5.9 эквивалентны электрическим токам в соответствующих ветвях контуров (гл. 3). Из первого закона Кирхгофа следует,

что ток в ветви Cк равен разности υгг −υт. Поскольку токи в ветвях Cк и Mт , Rт относятся как соответствующие проводимости ветвей, получим:

— собственная частота резонатора Гельмгольца (п. 3.5), разновидностью которого является фазоинвертор. Из формулы (5.15) следует

и сдвиг фаз между колебательными скоростями задней стороны диффузора и воздуха в трубе ϕ определяется как

94