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

Рис. 5.34. Профиль рупора с трактрисой с fГР = 55 Гц в масштабе 1:20

Разместить конструкции с такими габаритами в жилом помещении сложно, поэтому для уменьшения размеров рупорных АС применяют, так называемые, «св рнутые» рупора. В них часть, примыкающая к горлу и расширяющаяся не очень быстро, св ртывается и формируется с помощью перегородок. Вариантов таких рупоров много, схемы некоторых из них представлены на рис. 5.35 [5].

Если позволяют технологии и материалы с высокими прочностью, ж сткостью и декрементом затухания, перегибы следует выполнять максимально плавно. При использовании перегородок, формирующих рупор с резкими изгибами, начинают проявляться нежелательные эффекты: отражения, приводящие к возникновению стоячих волн и резонансов, искажения формы фронта звуковой волны, изменение е «поляризации» и т.д.

И вс равно, даже выполненный идеальный св рнутый рупор является компромиссом, но, с другой стороны, если вы хотите слушать рупорные АС с fГР ≤100Гц в своей квартире, к сожалению, их прид тся сворачивать.

Рис. 5.35. Варианты св рнутых рупоров:

а) Олсон; б) Масса; в) Лоутер; г) Ньюкомб; д) Клипш

130

Как было отмечено в п. 4.2 существуют «широкогорлые» и «узкогорлые» рупорные оформления, в последнем случае ГГ нагружена на горло рупора не непосредственно, а через предрупорную камеру (ПК).

ПК представляет собой объем воздуха VК между «горлом» рупора и диффузором ГГ и является своеобразным акустическим трансформатором для согласования входного сопротивления РГ и механического сопротивления ГГ

(рис. 5.36) [7].

Рис. 5.36. Схема ПК: 1 — объ м ПК VК; 2 — диафрагма;

3 — «горло» рупора; Sд — площадь диафрагмы;

SГ — площадь «горла»

Коэффициент трансформации n = Sд /SГ , где Sд и SГ — площади диа-

фрагмы (диффузора) и «горла» соответственно. Rвх рупора, привед нное к диафрагме, возрастает в n2 раз, во столько же увеличивается и акустическая мощность. Для ограничения уровня нелинейных искажений n выбирают в пределах 2–10 [1].

На рис. 5.37 приведена эквивалентная акустическая схема ГГ, установленной в ПК рупора [1].

Рис. 5.37. Эквивалентная акустическая схема ГГ в ПК:

F— сила, действующая на диафрагму;

υ— скорость колебаний диафрагмы;

Mгг — масса подвижной системы ГГ;

Rгг — механические потери ГГ;

Cгг — гибкость подвижной системы ГГ;

Cк — гибкость воздуха в объ ме ПК VК;

Rвх — входное сопротивление рупора

131

Как видно, схема содержит две колебательные системы, первая образована Mгг Cгг Rгг , вторая состоит из МГГ и СК. Гибкость воздуха в ПК СК шунти-

второй. АЧХ такой системы представлена на рис. 5.38 [7].

Рис. 5.38. АЧХ рупорного ГГ с ПК

Отсюда следует:

(5.90)

Vк = Vэ ff12 2 .

Учитывая значения f1 и f2 из рис. 5.38, получим

До сих пор речь шла об излучении только одной стороны диффузора ГГ, установленной на входе рупора или ПК, как была нагружена другая сторона, излучала ли она, зачем и куда, было неизвестно. Существует мнение о симметричности нагрузки ГГ, когда обе стороны нагружены на одинаковые рупора. При этом RИЗЛ обеих сторон диффузора одинаковы и искажения, обусловлен-

ные нелинейностью процессов расширения и сжатия воздуха диффузором, не наблюдаются. В НЧ-рупорах это не реально, но вполне возможно, оправдано и весьма полезно по нескольким соображениям в СЧ-ВЧ-рупорных конструкциях. При использовании широкополосных ГГ зачастую применяют 2 рупора, задняя сторона диффузора работает на НЧ-рупор (2), а передняя нагружена на фронтальный СЧ-ВЧ-рупор (1) (рис. 5.39).

132

Рис. 5.39. Схема варианта рупорных АС с двумя рупорами

В качестве переднего СЧ-ВЧ-рупора часто используют экспоненциальный рупор цилиндрической волны (п. 4.2, рис. 4.11, а) для расширения диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Такой рупор формируется линейно расширяющимися плоскостями с углом раскрыва 90° в горизонтальной плоскости, экспоненциальный закон увеличения площади обеспечивают вертикальные плоскости. Такими красавцами ценой в несколько десятков тысяч долларов Вы можете полюбоваться на страницах аудиофильских журналов и в интернете. Строго говоря нагрузка ГГ в таких АС не явля ется симметричной.

Существует ещ один вариант «квазисимметричной» нагрузки ГГ в рупорных АС, при этом одна из сторон диффузора нагружена на закрытую компрессионную камеру (КК) объ мом VКК, другая — на «широкогорлый» рупор или на предрупорную камеру. Такие конструкции использовал Пол Клипш, например, в угловых рупорных АС (рис. 5.35, д). Эквивалентная акустическая схема в этом случае имеет вид (рис. 5.40).

Рис. 5.40. Упрощ нная эквивалентная акустическая схема «ускогорлого» рупора с КК:

1 — источник сигнала; 2 — ГГ; 3 — Vкк;

4— система ПК-«горло»;

Мгг,Сгг,Rгг — масса, гибкость, сопротивление механических потерь ГГ;

Cкк, Rкк — гибкость, сопротивление механических потерь воздуха в КК; Cк, Rк — гибкость, сопротивление механических потерь воздуха в ПК; Rвх — входное сопротивление рупора

133

Очень желательно для симметричной нагрузки ГГ, чтобы RИЗЛ в обе сто-

роны были равны, но это практически невозможно, поскольку полная добротность и, особенно, резонансная частота ГГ в КК, определяющая fГР , будут не-

допустимо высокими. Кроме того, некоторые специалисты считают, что рупорные АС с КК теряют естественность звучания и отдают предпочтения АС, в которых обе стороны диффузора нагружены на соответствующий рупора, либо одна сторона работает на рупор, а другая излучает в свободное пространство

(рис. 5.41).

Требования, предъявляемые к параметрам ГГ, устанавливаемых в рупорное НЧ акустическое оформление, весьма противоречивы, и поэтому выбор излучателей представляет определ нную проблему. Желательно, чтобы ГГ имела л гкую подвижную систему и в тоже время достаточно низкую резонансную частоту и небольшой эквивалентный объ м, высокое значение сопротивления и небольшую индуктивность звуковой катушки, и одновременно низкую полную добротность при высоком уровне характеристической чувствительности. Очевидно, что надо использовать специально разработанные для рупорного оформления излучатели, а это не д шево.

Рупорных (и псевдорупорных) конструкций очень много, но действительно грамотных и при этом хорошо звучащих мало.

Рис. 5.41. Схема вариантов рупорных АС с прямым излучением передней стороны диффузора

Для примера попробуем рассчитать АС с двумя экспоненциальными рупорами на основе ГГ Lowther PM 4 с параметрами: Dд = 20 см; f0 = 38 Гц;

Qп = 0.17; Vэ = 65 дм3; R = 8–15 Ом; Pмакс = 100 Вт; уровень характеристической чувствительности — 98 дБ.

Не обязательно использовать конфигурацию НЧ-рупора, представленную на рис. 5.39, можно организовать конструкцию, в которой углы и (или) стены помещения вместе с корпусом продолжат рупор, обеспечивая расч тную длину и площадь «устья».

Расч т НЧ-рупора начн м с определения fКР1, которая в нашем случае fКР1 = f0 = 38 Гц, затем по формуле (5.72) определяем коэффициент расширения β :

134