З чого зробити фазоінвертор своїми руками? Акустична система із фазоінвертором своїми руками. Як дізнатися, які автомобільні динаміки вам підійдуть

«Колонкобудування» я почав займатися на початку 80-х. І якщо спочатку це був просто «динамік у ящику», то потім, природно, почалося вивчення впливу параметрів ящика (і фазоінвертора) на звучання динаміка.

Є багато «сабвуферобудівників», але для переважної більшості це просто «динамік у ящику», і що більше, то краще. Так, певною мірою, для закритої скриньки це правильно. Але для фазоінвертора.

Фазоінвертор вимагає ретельного налаштування. А що ми бачимо на практиці? Як фазоінвертор люди ставлять каналізаційні труби довільної довжини, роблять «щілинні фазоінвертори» за образом: «за такими розмірами Вася робив», ставлячи при цьому інший динамік. Той, хто репрезентує це – обмежується виготовленням закритої скриньки (і правильно робить!).

Звичайно, є чудові програми моделювання, наприклад JBL SpeakerShop. Але вони вимагають введення купи вихідних параметрів. І навіть знаючи їх, розходження з практикою виходить, як правило – величезне(динамік виявився трохи інший, ящик трохи відрізняється за розміром, наповнювач не знаємо який і скільки, труба фазоінвертора трохи інша, не знаємо акустичного опору тощо)

Існує проста методика для налаштування фазоінвертора, при якій не потрібно знати точні вихідні дані динаміків, ящиків, а також не потрібні складні вимірювальні прилади або математичні розрахунки. Все вже було давно продумано та перевірено на практиці!

Хочу розповісти про просту методику налаштування фазоінвертора, яка дає похибку не більше 5%. Методиці, що існує понад 30 років. Я їй користувався ще, будучи школярем.

Чим ящик із фазоінвертором відрізняється від закритого ящика?

Будь-який динамік як механічна система має власну резонансну частоту. Вище цієї частоти динамік звучить «досить гладко», а нижче – рівень звукового тиску, що створюється ним, падає. Падає зі швидкістю 12 дБ на октаву (тобто у 4 рази на дворазове зниження частоти). За «нижню межу частот, що відтворюються» прийнято вважати частоту, на якій рівень падає на 6 дБ (тобто в 2 рази).

АЧХ динаміка у відкритому просторі

Встановивши динамік в ящик, його резонансна частота трохи підвищиться, за рахунок того, що до пружності підвісу дифузора додасться пружність повітря, що стискається в ящику. Підйом резонансної частоти неминуче потягне за собою вгору і нижню межу відтворюваних частот. Чим менший обсяг повітря в ящику, тим вища його пружність, і, отже, вища резонансна частота. Звідси й бажання «зробити ящик побо-о-о-ольше».

Жовта лінія - АЧХ динаміка в закритому ящику

Зробити ящик «більше» до певної міри можна не збільшуючи його фізичні розміри. Для цього ящик заповнюють поглинаючим матеріалом. Не вдаватимемося у фізику цього процесу, але зі збільшенням кількості наповнювача, резонансна частота динаміка в ящику знижується (збільшується «еквівалентний обсяг» ящика). Якщо наповнювача занадто багато, то резонансна частота починає збільшуватися знову.

Опустимо вплив розмірів скриньки на інші параметри, такі як добротність. Залишимо це досвідченим «колонкобудівникам». У більшості практичних випадків, через обмежений простір, обсяг ящика виходить досить близький до оптимального (ми ж не будуємо колонки розміром з шафу). І сенс статті, не завантажувати вас складними формулами та розрахунками.

Відволіклися. Із закритою скринькою все зрозуміло, а що дає нам фазоінвертор? Фазоінвертор – це «труба» (не обов'язково кругла, можливо прямокутного перерізу і вузька щілина) певної довжини, яка разом з об'ємом повітря в ящику має власний резонанс. У цьому «другому резонансі» піднімається звукова віддача колонки. Частоту резонансу вибирають трохи нижче частоти резонансу динаміка у ящику, тобто. в області, де динаміка починається спад звукового тиску. Отже, там, де динаміка спостерігається спад, з'являється підйом, який певною мірою цей спад компенсує, розширюючи нижню граничну частоту відтворюваних частот.

Червона лінія – АЧХ динаміка у закритому ящику з фазоінвертором

Варто зазначити, що нижче за частоту резонансу фазоінвертора спад звукового тиску буде крутішим, ніж у закритого ящика і складе 24 дБ на октаву.

Таким чином, фазоінвертор дозволяє розширити діапазон частот, що відтворюються в бік нижніх частот. То як же вибрати частоту резонансу фазоінвертора?

Якщо частота резонансу фазоінвертора буде вищою за оптимальну, тобто. вона перебуватиме близько до резонансної частоти динаміка в ящику, ми отримаємо «перекомпенсацію» як випирає горба на частотної характеристиці. Звучання буде бочкоподібним. Якщо частоту вибрати дуже низьку, то підйом рівня нічого очікувати відчуватися, т.к. на низьких частотах віддача динаміка падає дуже сильно (недокомпенсували).

Блакитні лінії – не оптимальне налаштування фазоінвертора

Це дуже тонкий момент – чи фазоінвертор дасть ефект, чи не дасть жодного, чи, навпаки, зіпсує звук! Частоту фазоінвертора потрібно вибирати дуже точно! Але де взяти цю точність у гаражно-домашніх умовах?

Насправді коефіцієнт пропорційності між частотою резонансу динаміка в ящику і частотою резонансу фазоінвертора, в переважній більшості реальних конструкцій становить 0,61 - 0,65, і якщо прийняти його рівним 0,63, то помилка складе не більше 5%.

1. Виноградова Е.Л. "Конструювання гучномовців зі згладженими частотними характеристиками", Москва, вид. Енергія, 1978

2. «Ще про розрахунок та виготовлення гучномовця», ж. Радіо, 1984 №10

3. «Налаштування фазоінверторів», ж. Радіо, 1986 №8

Тепер перенесемо теорію на практику – то нам ближче.

Як виміряти резонансну частоту динаміка в ящику? Як відомо, на резонансній частоті, модуль повного електричного опору (Impedance) звукової котушки зростає. Грубо кажучи – опір зростає. Якщо постійного струму воно становить, наприклад, 4 Ома, то резонансної частоті воно зросте Ом до 20 - 60. Як це виміряти?

Для цього, послідовно з динаміком необхідно включити резистор номіналом набагато вище свого опору динаміка. Нам підійде резистор номіналом 100 – 1000 Ом. Вимірюючи напругу у цьому резисторі, ми можемо оцінювати «модуль повного електричного опору» звукової котушки динаміка. На частотах, де опір динаміка високий – напруга на резисторі буде мінімальною, і навпаки. Тож, а чим виміряти?

Вимірювання імпедансу динаміка

Абсолютні значення нам не важливі, нам потрібно лише знайти максимум опору (мінімум напруги на резисторі), частоти досить низькі, тому можна користуватися звичайним тестером (мультиметром) в режимі вимірювання змінної напруги. А де взяти джерело звукових частот?

Звичайно, як джерело краще використовувати генератор звукових частот… Але залишимо це професіоналам. Нам же ніхто не забороняє створити компакт-диск із записаним рядом звукових частот, створений в будь-якій комп'ютерній програмі, наприклад, CoolEdit або Adobe Audition. Навіть я, маючи вимірювальні прилади вдома, створив CD на 99 треків, по кілька секунд кожен з рядом частот від 21 до 119 Гц, з кроком 1 Гц. Дуже зручно! Вставив у магнітолу, стрибаєш по треках – змінюєш частоту. Частота дорівнює номеру треку + 20. Дуже просто!

Процес вимірювання резонансної частоти динаміка в ящику виглядає так: «затикаємо» отвір фазоінвертора (шматок фанери і пластилін) включаємо CD на відтворення, встановлюємо прийнятну гучність, і, не змінюючи її, «стрибаємо» по треках і знаходимо трек, на якому напруга резистори мінімально. Все – частота нам відома.

До речі, паралельно вимірюючи резонансну частоту динаміка в ящику, ми можемо підібрати оптимальну кількість наповнювача для ящика! Поступово додаючи кількість наповнювача, бачимо зміну резонансної частоти. Знаходимо ту оптимальну кількість, у якому резонансна частота мінімальна.

Знаючи значення "резонансної частоти динаміка в ящику із заповнювачем" легко знайти оптимальну резонансну частоту фазоінвертора. Просто помножте її на 0,63. Наприклад, отримали резонансну частоту динаміка в ящику 62 Гц - отже оптимальна частота резонансу фазоінвертора буде близько 39 Гц.

Тепер «відкриваємо» отвір фазоінвертора, і, змінюючи довжину труби (тунелю) або її переріз, налаштовуємо фазоінвертор на потрібну частоту. Як це зробити?

Та за допомогою того ж резистора, тестера та CD! Тільки треба пам'ятати, що на частоті резонансу фазоінвертора, навпаки, «модуль повного електричного опору» динаміка котушки падає до мінімуму. Тому, шукати нам потрібно не мінімум напруги на резисторі, а навпаки максимум – перший максимум, що знаходиться нижче частоти резонансу динаміка в ящику.

Звичайно, частота налаштування фазоінвертора буде відрізнятися від необхідної. І повірте – дуже сильно… Зазвичай у бік низьких частот (недокомпенсація). Для збільшення частоти налаштування фазоінвертора необхідно укорочувати тунель, або зменшувати площу поперечного перерізу. Робити це потрібно поступово, по півсантиметра.

Приблизно так виглядатиме в області нижніх частот модуль повного електричного опору динаміка в ящику з оптимально налаштованим фазоінвертором:

Ось і вся методика. Дуже проста, і в той же час дає досить точний результат.

Магічні формули

Одне з найпоширеніших побажань в електронній пошті автора - навести «магічну формулу», за якою читач ACS міг би сам розрахувати фазоінвертор. Це, в принципі, неважко. Фазоінвертор є одним із випадків реалізації пристрою під назвою «резонатор Гельмгольця». Формула його розрахунку не набагато складніша за найпоширенішу і доступнішу модель такого резонатора. Порожня пляшечка з-під кока-коли (тільки обов'язково пляшка, а не алюмінієва банка) – саме такий резонатор, налаштований на частоту 185 Гц, це перевірено. Втім, резонатор Гельмгольця набагато давніший навіть за цю, що поступово виходить із вживання упаковки популярного напою. Однак і класична схема резонатора Гельмгольця схожа на пляшку (рис. 1). Для того щоб такий резонатор працював, важливо, щоб у нього був об'єм V і тунель з площею поперечного перерізу S і довжиною L. Знаючи це, частоту налаштування резонатора Гельмгольця (або фазоінвертора, що те саме) тепер можна розрахувати за формулою:

де Fb - частота налаштування в Гц, з - швидкість звуку, що дорівнює 344 м/с, S - площа тунелю кв. м, L – довжина тунелю в м, V – обсяг ящика у куб. м. = 3,14 це само собою.

Ця формула дійсно магічна, у тому сенсі, що налаштування фазоінвертора не залежить від параметрів динаміка, який буде встановлено. Обсяг ящика та розміри тунелю частоту налаштування визначають раз і назавжди. Все, начебто, справа зроблена. Приступаємо. Нехай у нас є скринька об'ємом 50 літрів. Ми хочемо перетворити його на корпус фазоінвертора з налаштуванням на 50 Гц. Діаметр тунелю вирішили зробити 8 см. За наведеною формулою частота налаштування 50 Гц вийде, якщо довжина тунелю дорівнюватиме 12,05 см. Акуратно виготовляємо всі деталі, збираємо їх в конструкцію, як на рис. 2, і для перевірки вимірюємо резонансну частоту фазоінвертора, що реально вийшла. І бачимо, на свій подив, що вона дорівнює не 50 Гц, як належало б за формулою, а 41 Гц. У чому річ і де ми помилилися? Та ніде. Наш свіжопобудований фазоінвертор виявився б налаштованим на частоту, близьку до отриманої за формулою Гельмгольця, якби він був зроблений, як показано на рис. 3. Цей випадок найближчий до ідеальної моделі, яку описує формула: тут обидва кінці тунелю «висять у повітрі», відносно далеко від будь-яких перешкод. У нашій конструкції один із кінців тунелю сполучається зі стінкою ящика. Для повітря, що коливається в тунелі, це небайдуже, через вплив «фланця» на кінці тунелю відбувається його віртуальне подовження. Фазоінвертор виявиться налаштованим так, якби довжина тунелю дорівнювала 18 см, а не 12, як насправді.

Зауважимо, що те саме станеться, якщо тунель повністю розмістити зовні ящика, знову поєднавши один його кінець зі стінкою (рис. 4). Існує емпірична залежність "віртуального подовження" тунелю в залежності від його розмірів. Для круглого тунелю, один зріз якого розташований досить далеко від стінок ящика (або інших перешкод), а інший знаходиться в площині стінки, це подовження приблизно 0,85D.

Тепер, якщо підставити у формулу Гельмгольца всі константи, запровадити поправку на «віртуальне подовження», проте розміри висловити у звичних одиницях, остаточна формула для довжини тунелю діаметром D, що забезпечує налаштування ящика обсягом V на частоту Fb, виглядатиме так:

Тут частота - у герцях, об'єм - у літрах, а довжина та діаметр тунелю - у міліметрах, як нам звичніше.

Отриманий результат цінний як тим, що дозволяє на етапі розрахунку отримати значення довжини, близьке до остаточної, що дає необхідне значення частоти налаштування, а й тим, що відкриває певні резерви укорочення тунелю. Майже один діаметр ми вже виграли. Можна укоротити тунель ще більше, зберігши ту ж частоту налаштування, якщо зробити фланці на обох кінцях, як показано на рис. 5.

Тепер, здається, все враховано, і, озброєні цією формулою, ми уявляємося всесильними. Саме тут на нас і чекають труднощі.

Перші труднощі

Перша (і головна) складність полягає в наступному: якщо відносно невеликий за обсягом ящик потрібно налаштувати на досить низьку частоту, то, підставивши у формулу для довжини тунелю великий діаметр, ми й довжину отримаємо більшу. Спробуємо підставити менший діаметр - і все виходить відмінно. Великий діаметр вимагає великої довжини, а маленький – якраз невеликий. Що ж тут поганого? А ось що. Рухаючись, дифузор динаміка своєю тильною стороною «проштовхує» практично стисливе повітря через тунель фазоінвертора. Оскільки обсяг повітря, що коливається, постійний, то швидкість повітря в тунелі буде в стільки разів більше коливальної швидкості дифузора, у скільки разів площа перерізу тунелю менше площі дифузора. Якщо зробити тунель в десятки разів меншого розміру, ніж дифузор, швидкість потоку в ньому виявиться великою, і коли вона досягне 25 - 27 метрів в секунду, неминуче поява завихрень і струменевого шуму. Великий дослідник акустичних систем Р. Смолл показав, що мінімальний переріз тунелю залежить від діаметра динаміка, найбільшого ходу його дифузора та частоти налаштування фазоінвертора. Смолл запропонував абсолютно емпіричну, але безвідмовно працюючу формулу для обчислення мінімального розміру тунелю:

Формулу свою Смолл вивів у звичних йому одиницях, отже діаметр динаміка Ds, максимальний хід дифузора Xmax і мінімальний діаметр тунелю Dmin виражаються в дюймах. Частота налаштування фазоінвертора - як завжди, у герцах.

Тепер все виглядає не так райдужно, як раніше. Дуже часто виявляється, що якщо правильно вибрати діаметр тунелю, він виходить неймовірно довгим. А якщо зменшити діаметр, з'являється шанс, що вже на середній потужності тунель засвистить. Крім власне струминних шумів, тунелі невеликого діаметра мають ще й схильність до так званих «органних резонансів», частота яких набагато вища за частоту налаштування фазоінвертора і які збуджуються в тунелі турбулентностями при великих швидкостях потоку.

Зіткнувшись з такою дилемою, читачі ACS зазвичай дзвонять до редакції та просять підказати їм рішення. У мене їх три: просте, середнє та екстремальне.

Просте рішення для невеликих проблем

Коли розрахункова довжина тунелю виходить такою, що він майже поміщається в корпусі і потрібно лише трохи скоротити його довжину при тому ж налаштуванні і площі перерізу, я рекомендую замість круглого використовувати щілинний тунель, причому розміщувати його не серед передньої стінки корпусу (як на рис. 6 ), а впритул в одній із бічних стінок (як на рис. 7). Тоді на кінці тунелю, що знаходиться всередині ящика, буде позначатися ефект «віртуального подовження» через стінки, що знаходиться поруч з ним. Досліди показують, що при незмінній площі перерізу та частоті налаштування тунель, показаний на рис. 7, виходить приблизно на 15% коротше, ніж при конструкції, як на рис. 6. Щілинний фазоінвертор, в принципі, менш схильний до органних резонансів, ніж круглий, але щоб убезпечити себе ще більше, я рекомендую встановлювати всередині тунелю звукопоглинаючі елементи, у вигляді вузьких смужок фетру, наклеєних на внутрішню поверхню тунелю в районі третини його довжини. Це – просте рішення. Якщо його недостатньо, доведеться перейти до середнього.

Середнє рішення для проблем більше

Рішення проміжної складності полягає у використанні тунелю у формі зрізаного конуса, як на рис. 8. Мої експерименти з такими тунелями показали, що тут можна зменшити площу перерізу вхідного отвору порівняно з мінімально допустимою за формулою Смолла без небезпеки виникнення струменевих шумів. Крім того, конічний тунель набагато менш схильний до органних резонансів, ніж циліндричний.

У 1995 році я написав програму для розрахунку конічних тунелів. Вона замінює конічний тунель циліндричною послідовністю і шляхом послідовних наближень обчислює довжину, необхідну для заміни звичайного тунелю постійного перерізу. Ця програма зроблена для всіх бажаючих, і її можна взяти на сайті журналу ACS http://www.audiocarstereo.it у розділі ACS Software. Невелика програма, працює під DOS, можна завантажити і порахувати самому. А можна вчинити по-іншому. Під час підготовки російської редакції цієї статті результати обчислень за програмою CONICO було зведено таблицю, з якої можна взяти готовий варіант. Таблиця складена для тунелю діаметром 80 мм. Це значення діаметра підходить для більшості сабвуферів з діаметром дифузора 250 мм. Розрахувавши за формулою необхідну довжину тунелю, знайдіть це значення першому стовпці. Наприклад, за вашими розрахунками виявилося, що потрібний тунель довжиною 400 мм, наприклад, для налаштування ящика об'ємом 30 літрів на частоту 33 Гц. Проект нетривіальний, і розмістити такий тунель усередині такої скриньки буде непросто. Тепер дивимось у наступні три стовпці. Там наведено розраховані програмою розміри еквівалентного конічного тунелю, довжина якого буде вже не 400, а лише 250 мм. Зовсім інша справа. Що означають розміри таблиці, показано на рис. 9.

Таблиця 2 складена для вихідного тунелю діаметром 100 мм. Це підійде для більшості сабвуферів із головкою діаметром 300 мм.

Якщо вирішите користуватися програмою самостійно, пам'ятайте: тунель у формі зрізаного конуса робиться з кутом нахилу утворює a від 2 до 4 градусів. Цей кут більше 6 – 8 градусів робити не рекомендується, у цьому випадку можливе виникнення завихрень та струменевих шумів на вхідному (вузькому) кінці тунелю. Однак і при невеликій конусності зменшення довжини тунелю виходить досить значним.

Тунель у формі зрізаного конуса не обов'язково повинен мати круглий переріз. Як і звичайний, циліндричний, його іноді зручніше робити у вигляді щілинного. Навіть, як правило, зручніше, адже тоді він збирається із плоских деталей. Розміри щілинного варіанта конічного тунелю наведені у наступних стовпцях таблиці, що ці розміри означають, показано на рис. 10.

Заміна звичайного тунелю конічним здатна вирішити багато проблем. Але не все. Іноді довжина тунелю виходить настільки великою, що скорочення його навіть на 30 - 35% недостатньо. Для таких тяжких випадків є...

Екстремальне рішення для великих проблем

Екстремальне рішення полягає у застосуванні тунелю з експонентними обводами, як показано на рис. 11. У такого тунелю площа перерізу спочатку плавно зменшується, а потім плавно зростає до максимальної. З точки зору компактності для даної частоти налаштування, стійкості до струменевих шумів та органних резонансів, експоненційний тунель не має собі рівних. Але він не має собі рівних і за складністю виготовлення, навіть якщо розрахувати його обводи за таким самим принципом, як це було зроблено у разі конічного тунелю. Для того щоб перевагами експоненційного тунелю все ж таки можна було скористатися на практиці, я вигадав його модифікацію: тунель, який я назвав «пісочний годинник» (рис. 12). Тунель-пісочний годинник складається з циліндричної секції та двох конічних, звідки зовнішня схожість із стародавнім приладом для вимірювання часу. Така геометрія дозволяє вкоротити тунель порівняно з вихідним, постійного перерізу щонайменше в півтора рази, а то й більше. Для розрахунку пісочного годинника я теж написав програму, її можна знайти там же, на сайті ACS. І так само як для конічного тунелю тут наводиться таблиця з готовими варіантами розрахунку.

Що означають розміри таблицях 3 і 4, стане ясно з рис. 13. D і d - це діаметр циліндричної секції та найбільший діаметр конічної секції, відповідно, L1 та L2 - довжини секцій. Lmax - повна довжина тунелю у формі пісочного годинника, наводиться просто для порівняння, наскільки коротше його вдалося зробити, а взагалі, це L1 + 2L2.

Технологічно пісочний годинник круглого поперечного перерізу робити не завжди просто і зручно. Тому і тут можна виконати його у вигляді профільованої щілини, що вийде, як на рис. 14. Для заміни тунелю діаметром 80 мм я рекомендую висоту щілини вибрати рівною 50 мм, а для заміни 100-міліметрового циліндричного тунелю – рівною 60 мм. Тоді ширина секції постійного перерізу Wmin та максимальна ширина на вході та виході тунелю Wmax будуть такими, як у таблиці (довжини секцій L1 та L2 - як у випадку з круглим перерізом, тут нічого не змінюється). Якщо знадобиться, висоту щілинного тунелю h можна змінити, одночасно скоригувавши Wmin, Wmax так, щоб значення площі поперечного перерізу (h.Wmin, h.Wmax) залишилися незмінними.

Варіант фазоінвертора з тунелем у формі пісочного годинника я застосував, наприклад, коли робив сабвуфер для домашнього театру з частотою налаштування 17 Гц. Розрахункова довжина тунелю вийшла більше метра, а розрахувавши «пісочний годинник», я зміг скоротити її майже вдвічі, при цьому шумів не було навіть за потужності близько 100 Вт. Сподіваюся, вам це теж допоможе...

Корпус для сабвуфера - фазоінвертор (ФІ)

В рамках обговорення вибору сабвуфера розглянемо такий корпус, як фазоінвертор.

Фазоінвертор, на відміну від , має порт, за допомогою якого розгортає фазу сигналу тильної сторони динаміка таким чином збільшуючи ККД в 2 рази.

Принцип роботи фазоінвертора

Для якої музики підходить фазоінвертор

відрізняється потужним та об'ємним басом, а в районі частоти налаштування має горб (значне підвищення гучності звучання).

Приклад АЧХ фазоінвертора

Тому ФІ підходить для музики, в якій багато не швидкого басу, де низькі частоти – це основа композицій. Вибирайте фазоінвертор, якщо вам подобаються дабстеп, трипхоп, інша повільна електронщина, реп, R&B і т.п.

Примітка: налаштування фазоінвертора це частота, на яку припадає пік , регулюється зміною довжини та площі порту, а також відношенням об'єму порту до об'єму корпусу.

Який динамік підходить для фазоінвертора

Щоб вибрати сабвуфер для фазоінвертора, потрібно відштовхуватися від . Зазвичай, ці дані є в документах, але якщо у вас їх немає, то параметри знайдуться в інтернеті.

Для того, щоб зрозуміти чи підходить динамік для ФІ, проведіть не хитрі розрахунки. Поділіть значення на значення і якщо відповідь вийде від 60 до 100, то такий саб буде оптимальним для фазоінвертора.

Наприклад, у динаміка SUNDOWN AUDIO E-12 V3 Fs = 32.4 Гц, а Qts = 0.37.

Fs/Qts = 32.4 / 0.37 = 87,6 - Такий сабвуфер цілком підходить для ФІ.

Якщо значення для вашого динаміка виходить за межі діапазону 60-100, можливо варто підшукати йому інше оформлення за допомогою. Зверніть увагу на те, що наведена таблиця не забороняє використовувати для динаміків корпуси, які не відповідають значенням Fs/Qts. Вона показує варіанти, які точно добре працюватимуть.

Види фазоінверторів

Порт фазоінвертора- Основний елемент корпусу, він може бути круглим (труба) або прямокутним (щілина).

Щілинний порт

Круглий порт (труба)

Не можна однозначно сказати який із цих портів краще. Роблять те, що зручніше, або те, що більше подобається. Єдиний момент, що в спорті(змагання зі звукового тиску) частіше використовуються труби, так як з їх застосуванням простіше змінюється налаштування фазоінвертора за рахунок зміни довжини порту.

Окремо варто відзначити такий тип, як пасивний випромінювач. (коректніше - пасивний відбивач)є той же фазоінвертор і принцип його роботи той самий. Застосовується у випадках, коли бажаний порт для ФІ не влаштовує за габаритами. У пасивному випромінювачізамість порту використовується.

динамік без магнітної системи

Принцип роботи пасивного випромінювача

Переваги та недоліки ФІ

Плюси:
Високий ККД (грубо - в 2 рази голосніше ЗЯ);
Може дати багато гучного басу;

Можна налаштувати свої музичні уподобання.

Мінуси:
Великі габарити (проти ЗЯ);

Відносна складність розрахунку.

Особливості

Матеріали

Вимоги до матеріалів та складання стандартні. Фазоінверторний короб має бути міцним, герметичним та не давати вібрацій. Матеріал – фанера або МДФ від 18 мм. і товщі. Зверніть увагу на те, що, всі канали введення проводів, клемники тощо. повинні бути надійно загерметизованівнутрішні перегородки (стінки порту).

не повинні мати щілин

Округлення порту фазоінвертора Якщо щілинний порт довгий і має повороти, то в кутах можуть виникати застійні зони, щоб уникнути цьоговигини згладжуються — у результаті підвищується ККД, оскількизнижується опір руху повітря

. На слух визначити покращення якості досить складно, але для боротьби за високий результат у звуковому тиску це рішення працює.

Закономірним фіналом саги про фазоінвертор будуть практичні аспекти його втілення в життя. Ключовим елементом тут стає саме труба, вона ж – тунель, вона ж у результаті рабської транслітерації з англійської – порт. Саме вона, труба, дозволить реалізувати на практиці два головні параметри, що визначають акустичний вигляд задуманого фазоінвертора: об'єм корпусу та частота його налаштування. Ці дві величини, одна в літрах, друга - у герцах, стають результатом або самостійного розрахунку, або дотримання раніше зроблених калькуляцій. Їх джерелом можуть бути виробники динаміка, наші тести або поради фахівців, засновані на їхній практиці. У всіх трьох випадках буває, що даються готові розміри тунелю, що забезпечують налаштування відомого обсягу на потрібну частоту, але, по-перше, не щоразу, а по-друге, сліпе копіювання не завжди можливе і нехвальне. Так що більш загальною і набагато продуктивнішою буде така постановка завдання: відомий обсяг і частота, а питання про їх фізичну, у матеріалі, реалізацію вирішуватимемо самодіяльно. Частина історії буде організована за принципом питань та відповідей: номенклатура питань відома, у редакційній пошті вони повторюються з регулярністю, що дає привід для статистичних викладок, які так любить наш тестовий департамент. Не відніматиму у них улюблену іграшку, у нас - свої. Отже, що спочатку розраховуємо тунель або купуємо трубу, якою цим тунелем належить стати? За ідеєю треба спочатку купити - труби бувають не будь-якого діаметру, а з деякого ряду значень, якщо брати готові, а не накручувати самому з паперу на клею, як піонер із гуртка юного космонавта. Але почати доведеться все ж таки з хоча б грубої прикидки, і справа тут у тому, що...

Товщина має значення

Якщо тунель дійсно труба (адже є і варіанти), якою вона повинна бути в діаметрі? Найзагальніша і найгрубіша відповідь: чим більше, тим краще. Порада справді радикальна і може викликати протестну реакцію: а якщо я візьму і зроблю тунель діаметром удвічі більшою за динаміку? Не візьмете і не зробите, як би не намагалися, про це більше ста років тому подбав хтось Герман Гельмгольц, резонатором імені якого фазоінвертор і є, а пізніше - творці автомобілів, які зробили їх за габаритами менше паровозів, що існували на той час. Отже, по порядку чому більше і чомусь цей процес зупинить.

Під час роботи поблизу частоти налаштування, де, власне, і виконує свої функції тунель фазоінвертора, додаючи від себе до звукових хвиль, що породжуються коливаннями дифузора, всередині тунелю рухається повітря. Рухається коливально, туди-сюди. Обсяг повітря, що рухається - точно такий же, який під час кожного коливання наводиться в рух дифузором, він дорівнює добутку площі дифузора на його хід. Для тунелю цей обсяг - добуток площі перерізу на перебіг повітря всередині тунелю. Площа перерізу реально завжди менша за площу дифузора (якщо хтось ще не відмовився від загрози зробити такий самий, а то й більше, скоро нікуди не подінуться і відмовляться), і, щоб перемістити такий самий об'єм, повітрі треба рухатися швидше, швидкість у тунелі зі зменшенням діаметра зростає пропорційно зменшенню площі його перерізу. Чим це погано? Всім одразу. Насамперед тим, що модель резонатора Гельмгольця, на якій все засновано, передбачає, що втрати енергії на тертя повітря стінки тунелю відсутня. Це, зрозуміло, ідеальний випадок, але чим далі ми від нього відійдемо, тим менше робота фазоінвертора буде схожим на те, чого ми від нього очікуємо. А втрати на тертя в тунелі тим вищі, що більша швидкість повітря всередині. Теоретично формула, та й нескладна програма, на ній заснована, цих втрат не враховує і покірно видасть вам розрахункову довжину тунелю при діаметрі хоч у палець, але працювати такий фазоінвертор не буде, все помре в завихрення повітря, що намагається стрімко літати по тісному тунелю взад вперед. Текст колись баченого мною агітаційного плаката ДАІ «Швидкість це смерть» до руху повітря в тунелі підходить безумовно, якщо смерть віднести до ефективності фазоінвертора.

Втім, набагато раніше, ніж фазик загине як засіб звуковідтворення, він стане джерелом звуків, для яких не призначений, вихори, що виникають при надмірно високій швидкості руху повітря, створять струменеві шуми, що порушують гармонію басових звуків безсовісним і неестетичним чином.

Що слід прийняти за мінімальне значення площі перетину тунелю? У різних джерелах ви знайдете різні рекомендації, далеко не всі з них авторами були колись випробувані хоча б шляхом обчислювального експерименту, про інші вже не говоримо. Як правило, такі рекомендації закладаються дві величини: діаметр дифузора і максимальна величина його ходу, те саме Xmax. Це розумно і логічно, але повною мірою стосується лише роботи сабвуфера на граничному режимі, коли про якість звучання говорити вже трохи пізно. Грунтуючись на численних практичних спостереженнях, можна взяти на озброєння куди простіше правило, воно небездоганне і не зовсім універсальне, але працює: для 8-дюймової голівки тунель повинен бути не менше 5 см в діаметрі, для 10-дюймової -

7 см, для 12-ти і більше – 10 см. Чи можна більше? Навіть треба, але саме зараз нас дещо зупинить. А саме – довжина тунелю. Справа в тому що...

Довжина має значення

Як було сказано, її скомандує великий Герман фон Гельмгольц. Ось він, біля дошки в Гейдельберзькому університеті, а на дошці - та сама формула. Ну гаразд, цього разу її написав я, але придумав - він і написав би так само. Ця нехитра, оскільки виведена для ідеального випадку, залежність показує, якою буде частота резонансу якоїсь порожнини (нам звичніше ящик, хоча Герман фон робив такі собі бульбашки з трубами-хвостиками) в залежності від об'єму V, довжини L і площі перерізу хвостика. Зверніть увагу: параметрів динаміка тут немає, і було б дивно, якби вони були. У будь-якому випадку корисно запам'ятати і ніколи не піддаватися на провокації: налаштування фазоінвертора повністю і вичерпно визначається розмірами ящика та характеристиками тунелю, що з'єднує ящик із навколишнім середовищем. Крім цього, у формулу входять лише швидкість звуку в атмосфері планети Земля, позначена «с», і число «пі», що не залежить навіть від планети.

Для практичних цілей, а саме – обчислення довжини тунелю за відомими даними, формулу легко перетворити, згадавши рідну школу, а константи підставити у вигляді чисел. Це багато хто робив. Багато хто ж публікував результати цього хвилюючого процесу, і автору трохи дивно, як можна було видовищно обробитись при операції з трьома-чотирма числами. Загалом, третина опублікованих на папері та в Мережі перетворених формул незбагненним чином є ахінею. Правильна наводиться тут, якщо підставляти величини показаних чорним одиницях.

Ця ж формула плюс деякі поправки закладена і у всі відомі програми з розрахунку фазоінверторів, але прямо зараз формула для нас зручніша, все на увазі. Дивіться: що буде, якщо замість мінімалістського тунелю поставити інший, більш просторий (і тому краще)? Потрібна довжина зросте пропорційно квадрату діаметра (або пропорційно площі, але ж ми трубу зібралися по діаметру купувати, інакше не продають). Перейшли від 5-сантиметрової труби до 7-сантиметрової, це, наприклад, довжина при тому ж налаштуванні знадобиться вдвічі більше. Перейшли на 10 см – вчетверо. Біда? Поки що – півбіди. Справа в тому що...

Калібр має значення

Біда зараз буде. Ще раз дивимося на формулу, цього разу – у знаменник, фокусуйте зір. При всіх інших рівних довжина тунелю буде тим більшою, чим менше обсяг ящика. Якщо для того, щоб налаштувати на 30 Гц 100-літровий об'єм, маючи в розпорядженні 100-міліметрову сантехнічну трубу, треба відкрити і вклеїти в ящик відрізок говнопроводу протяжністю 25 сантиметрів, то при об'ємі ящика 50 л ніж півбіди), і при досить поширених 25 л тунель такої товщини повинен мати метрову довжину. Це вже біда без варіантів.

У наших, практичних умовах обсяг ящика в першу чергу визначається параметрами динаміка, і через причини, читачам цієї серії вже добре відомих, для головок калібру 8 дюймів оптимальний об'єм рідко перевищує 20 л, для «десяток» - 30 - 40, лише коли справа доходить до 12-дюймового калібру, ми починаємо мати справу з об'ємами близько 50-60 л, і то не завжди.

Ось і виходить якийсь парад суверенітетів: частота налаштування ФІ визначається тим басом, який ми від нього хочемо отримати, чи він на «вісімці» або на «плями» - не важливо. А частота налаштування ящика знову не залежить від динаміка, чим менше об'єм, тим довше подавай тунель. Підсумок параду: як ми неодноразово помічали у тестах малокаліберних сабвуферів, бажаний і перспективний варіант оформлення у ФІ фізично неможливо (або важко) реалізувати. Навіть якщо не шкода місця в багажнику, не можна об'єм ящика ФІ робити більше оптимального, а оптимальний нерідко виявляється настільки малий, що налаштувати його на інваріантну до інших факторів частоту 30 - 40 Гц немислимо. Ось приклад із недавнього тесту 10-дюймових сабвуферних головок («А3» №11/2006): якщо взяти за аксіому діаметр труби 7 см, то для того, щоб зробити фазоінвертор на головці Boston, знадобився її шматок довжиною 50 см, для Rainbow - 70 см, А для Rockford Fosgate та Lightning Audio – близько метра. Порівняйте з рекомендаціями в тесті цього номера, що стосуються 15-дюймових голівок: жодна з таких проблем не зазначена. Чому? Не через динаміку як такого, а через вихідний об'єм, вибраний за параметрами динаміка. Що робити? Зустрічати лихо у всеозброєнні. Зброю нам викували покоління спеціалістів (і не лише). Знаєте, в чому тут річ?

Форма має значення

Ви навряд чи могли не помітити: я дуже люблю копатися в патентах, оскільки вважаю, нехай дорога від винаходу до реального життя не така коротка, патент - відображення думки у вигляді вектора, тобто - з урахуванням напрямку. Більшість новацій, запропонованих (і неухильно пропонованих) невтомними розумами щодо фазоінвертора, сконцентровано на боротьбі з двома факторами, що заважають: довжина тунелю, коли його перетин великий, і струменеві шуми, коли його перетин, прагнучи скоротити довжину, спробували зменшити. Перше, найпростіше рішення, про допустимість якого нас запитують у редакційній пошті разів по п'ять на місяць: чи можна тунель помістити не всередину скриньки, а зовні? Ось відповідь, остаточна, фактична і справжня, як папір на квартиру професора Преображенського: можна. Хоч частково, хоч цілком, усередину ящика тунель запхали виключно з естетичних міркувань, біля фону Гельмгольця він стирчав зовні, і нічого, він це пережив. Та й сучасність наша дає приклади: ось, скажімо, ветерани car audio не можуть не пам'ятати (багато хто, чесно кажучи, не може забути) «басові труби» фірми SAS Bazooka. Адже вони почалися з патенту на сабвуфер, який зручно помістити за сидінням вантажівки - улюбленого транспорту американців. Для цього винахідник простяг трубу фазоінвертора вздовж корпусу зовні, заразом вже надавши її розпластану по поверхні циліндричного корпусу форму. Це один приклад, є інший: деякі фірми, що випускають вбудовані сабвуфери для домашніх кінотеатрів, виводять назовні трубу-тунель смугового сабвуфера-бандпаса. Тип сабвуфера у разі значення немає: це той самий резонатор імені самі знаєте кого. Ще одне рішення теж, судячи з листів, шукають, але побоюються. «Чи можна гнути тунель?» Відповідь - у стилі Пилипа Пилиповича та очевидна. Інакше б не випускали відразу кілька компаній (DLS, JL Audio, Autoleads, etc.) гнучкі труби спеціально для цієї мети. А в області патентної документації є навіть цікава підказка, як можна це завдання вирішити не без витонченості та матеріальної економії: свого часу запропоновано конструкцію модельного тунелю, який би збирався з типових елементів у будь-якій бажаній формі, ілюстрація повідає про інше. Від себе додам: більшість зображених у патенті деталей зворушливо нагадує номенклатуру елементів каналізаційних мереж місцевого значення, що і є практичним рецептом застосування інтелектуального ексцесу американського винахідника.

Борючись з недоречною довжиною тунелю, часто йдуть шляхом будівництва так званих «щілинних портів», їхня гідність - у конструктивній інтеграції з корпусом, що дозволяє, за відомої уяви, зробити тунель досить протяжним, на схемі, що додається, - відразу кілька варіантів, яким питання, Зрозуміло, далеко ще не вичерпується (три верхніх ескізу належать перу відомого хай-эндщика Олександра Клячина, інше було справою техніки).

Нестача ж щілин - у труднощі припасування довжини, це не сантехнічний ПВХ - махнув пилкою, і справа в капелюсі. Але є рішення і тут: нещодавно один із героїв рубрики «Своя гра» перм'як Олександр Султанбеков (не гріх вкотре нагадати країні імена її героїв) продемонстрував на практиці, як можна налаштовувати щілинний порт, змінюючи його перетин при незмінній довжині, він це робив, укладаючи всередину фанерні проставки, як показано на фото десь поблизу, пошукайте.

У згортанні тунелю фазоінвертора деякі світлі уми дійшли до крайнощів: один світлий запропонував, наприклад, згорнути тунель у вигляді спіралі навколо циліндричного корпусу гучномовця, інший на хитру формулу Гельмгольця відповів тунелем-гвинтом, така концепція нам тут, у Росії, знайома.

Але взагалі всі ці рішення (навіть з гвинтом) - лобові, тут тунель незмінної довжини просто додається або складається так, щоб не заважав. Відомі (і навіть продаються у товарних кількостях) реалізації іншого принципу. Тут справа ось у чому.

Перетин має значення

Чи не площа, як така, а характер її зміни за довжиною тунелю. Досі ми, ведені вченням фон Гельмгольца в його найпростішій, шкільній формі, вважали неодмінним, що поперечний переріз тунелю постійно. А знайшлися люди, які цю умову порушили та навіть нажили на цьому грошей.

Досвідчені читачі пам'ятають, наприклад, статтю нашого італійського колеги професора Матарацці, де він пропонує ефективні рішення щодо скорочення довжини тунелю шляхом надання йому конічної або двічі конічної форми, як пісочний годинник. У «А3» №10/2001 розрахунки за програмами професора наведені у вигляді таблиць, а самі програми сеньйор нещодавно на наше прохання знайшов та надіслав. На час виходу цього номера з друку ми їх викладемо на сайт у розділі «Додатки». Правда, вихідний код розсіяний професор втратив безповоротно, так що програми залишаються італійською, якщо хтось знає, як перекласти, не маючи коду, приймемо допомогу з вдячністю.

А поки що зауважимо: у своїх дослідженнях професор і не перший, і не єдиний. На цьому напрямі траплялися навіть цілі трагедії. Давні читачі журналу, можливо, пам'ятають замітку в «А3» №2/2003 про судовий позов з приводу тунелю фазоінвертора, не таким давнім нагадаю: корпорація Bose побачила, що інша корпорація, JBL, використавши у своїх колонках тунелі фазоінвертора з криволінійною твірною Linear-A, тяжко зробила замах на інтелектуальну власність Bose Corp. На доказ було наведено патент США, де згадувалося, серед іншого, що непогано було б тунель зробити з еліптичною твірною, він тоді буде і коротшим, і тихішим з погляду струменевих шумів. Даремно JBL намагалася втлумачити суду, що у Bose еліпс, а JBL - експонента. Суд пояснив, що еліпси-шмеліпси – справа десята, а колонок продали багато, бухгалтерія Bose порахувала: нажива JBL склала 5676718 доларів та 32 центи, що й пропонувалося внести до каси скривдженої сторони. Занесли як милі, включаючи мідяки, а у всіх колонках тунелі змінилися на інші, FreeFlow, типу – покращена модель. Ось як буває...

Відхід від циліндра як форми тунелю пропонували дуже багато. Хтось – у стилі Матарацці з варіаціями, хтось – у скромному, локальному масштабі, обмежуючись наданням криволінійних обводів кінцям циліндричного тунелю з метою зниження струменевих шумів від завихрень. Найбільш радикальний засіб боротьби і з довжиною, і з шумами не тільки придумав, а й ексклюзивно користується ним вже не один рік Меттью Полк, засновник компанії свого імені. Суть пристрою під назвою PowerPort така: частина функцій тунелю бере на себе одна або дві, на кожному кінці труби, кільцева щілина між стінкою ящика і поставленою на розрахованій відстані від неї «грибком», втім, на малюнку все видно. Такими тунелями постачаються майже всі домашні гучномовці Polk Audio. І якщо тільки хто покуситься, плакали його 32 центи плюс ще дещо. Для себе ж, коханих, ніхто не заборонить таку штуку спробувати, тим більше, що колись давно Полк виклав на свій корпоративний сайт таблицю в «Екселі», за якою можна все розрахувати, я її тоді з цього сайту попер (отримавши на це пізніше, заднім числом, благословення автора – я ж не з метою наживи) і навіть перевів супровідні інструкції на великий та могутній, це все лежить у нас на сайті.

A propos, і праці професора Матарацці, і революційна технологія Меттью Полка нагадують нам ось про що: гімназійна формула Гельмгольця, крім іншого, не враховує дуже суттєвий для практики ефект: у більшості випадків (практично - завжди) один з кінців тунелю прилягає корпусу сабвуфера, це стосується як круглих труб, відпиляних врівень зі стінкою, так і труб, забезпечених аеродинамічною закінчуванням, а ще більшою мірою - щілинних портів, що приліпилися до стінки. Близькість стіни створює кінцевий ефект, що нагадує те, чого навмисно домагався автор PowerPort - віртуального подовження тунелю. Тому до формули, безпосередньо виготовленої з праць фон Гельмгольца сучасні прикладні фахівці рекомендують вводити поправку, суто емпіричну, але тому не менш потрібну, вона виділена червоним, щоб було ясно, де класик XIX століття, а де - практика XX.

А взагалі, друзі дорогі, настав час братися за справу, не століття ж у папірцях копатися. Справа якраз у цьому...

До питання про товщину: проштовхуючи той самий обсяг повітря через тісніший тунель, його доведеться розганяти до вищої швидкості. А «швидкість – це смерть»

Гельмгольц написав би свою формулу так само, просто в той момент не було фотографа

Остаточна та фактична формула, що замінює комп'ютерну програму. Вона правильна, перевірили неодноразово. Сенс виділеного червоним «хвостиком» буде пояснений у тексті

Чи може тунель знаходитись зовні ящика? Так ціла фірма на цьому побудувала свій бізнес, патент на зручний для розміщення сабвуфер розтиражували стогонами тисяч басових труб SAS Bazooka. А виробники вбудованих сабвуферів для домашніх театрів взагалі не паряться.

Чи можна тунель залишити всередині, але зігнути якнайзручніше? Ось вам відповідь

Екзотичні, відчайдушні рішення: згорнути тунель спіраллю або гвинтом

Щілинний тунель інтегрований з ящиком, від цього його можна зробити довшим за звичайний, «вставний», підганяти довжину, правда, набагато важче...

Отже, треба підганяти не довжину, а перетин: як це робив один житель столиці Пермського краю

Відхід від циліндричної форми тунелю пропонувався і для скорочення його довжини, і у вигляді локальної «аеродинамічної обробки», для зниження струменевих шумів

Найефектніше рішення в цій галузі: PowerPort Меттью Полку. Винахід не залишився на папері, він - складова частина всієї акустики Polk Audio

Підготовлено за матеріалами журналу "Автозвук", лютий 2007 р.www.avtozvuk.com

Від редакції: Стаття італійського фахівця-акустика, яка відтворюється тут із благословення автора, в оригіналі називалася Teoria e pratica del condotto di accordo. Тобто в буквальному перекладі – «Теорія та практика фазоінвертора». Заголовок цей, на наш погляд, відповідав змісту статті лише формально. Справді, йдеться про співвідношення найпростішої теоретичної моделі фазоінвертора та тих сюрпризів, які готує практика. Але це – якщо формально та поверхово. А по суті, стаття містить відповідь на питання, які виникають, судячи з редакційної пошти, часто при розрахунку та виготовленні сабвуфера-фазоінвертора. Питання перше: "Якщо розрахувати фазоінвертор за формулою, відомою вже давним-давно, чи вийде у готового фазоінвертора розрахункова частота?" Наш італійський колега, що з'їв за своє життя собак десь із десяток на фазоінверторах, відповідає: «Ні, не вийде». А потім пояснює, чому і що найцінніше, на скільки саме не вийде. Питання друге: «Розрахував тунель, а він такий довгий, що нікуди не вміщується. Як бути?" І тут синьйор пропонує настільки оригінальні рішення, що саме цей бік його праць ми й винесли в заголовок. Так що ключове слово в новому заголовку треба розуміти не по-новорусски (інакше ми написали б: «короче – фазоінвертор»), а абсолютно буквально. Геометрично. А тепер слово для виступу має синьйор Матараццо.

Фазоінвертор: коротше!

Жан-П'єро МАТАРАЦЦО Переклад з італійської О. Журкової

Жан-П'єро Матараццо народився в 1953 р. в місті Авелліно, Італія. З початку 70-х працює в галузі професійної акустики. Довгі роки був відповідальним за тестування акустичних систем для журналу Suono (Звук). У 90-х роках розробив низку нових математичних моделей процесу випромінювання звуку дифузорами гучномовців та кілька проектів акустичних систем для промисловості, включаючи популярну в Італії модель «Опера». З кінця 90-х активно співпрацює з журналами Audio Review, Digital Video і, що для нас найважливіше, ACS (Audio Car Stereo). У всіх трьох він – головний з вимірювання параметрів та тестування акустики. Що ще?.. Одружений. Два синочки ростуть, 7 років та 10.

Рис 1. Схема резонатора Гельмгольця. Те, чого все відбувається.

Рис 2. Класична конструкція фазоінвертора. При цьому часто не враховують впливу стінки.

Рис 3. Фазоінвертор з тунелем, кінці якого знаходяться у вільному просторі. Тут впливу стін немає.

Рис 4. Можна вивести тунель повністю назовні. Тут знову відбудеться «віртуальне подовження».

Рис 5. Можна отримати "віртуальне подовження" на обох кінцях тунелю, якщо зробити ще один фланець.

Рис 6. Щілинний тунель, розташований далеко від стінок ящика.

Рис 7. Щілинний тунель, розташований поблизу стінки. Внаслідок впливу стінки його «акустична» довжина виходить більше за геометричну.

Рис 8. Тунель у формі зрізаного конуса.

Рис 9. Основні розміри конічного тунелю.

Рис 10. Розміри щілинного варіанта конічного тунелю.

Рис 11. Експонентний тунель.

Рис 12. Тунель у формі пісочного годинника.

Рис 13. Основні розміри тунелю у формі пісочного годинника.

Рис 14. Щілинний варіант пісочного годинника.

Магічні формули

Одне з найпоширеніших побажань в електронній пошті автора – навести «магічну формулу», за якою читач ACS міг би сам розрахувати фазоінвертор. Це, в принципі, неважко. Фазоінвертор є одним із випадків реалізації пристрою під назвою «резонатор Гельмгольця». Формула його розрахунку не набагато складніша за найпоширенішу і доступнішу модель такого резонатора. Порожня пляшечка з-під кока-коли (тільки обов'язково пляшка, а не алюмінієва банка) – саме такий резонатор, налаштований на частоту 185 Гц, перевірено. Втім, резонатор Гельмгольця набагато давніший навіть за цю, що поступово виходить із вживання упаковки популярного напою. Однак і класична схема резонатора Гельмгольця схожа на пляшку (рис. 1). Для того щоб такий резонатор працював, важливо, щоб у нього був об'єм V і тунель з площею поперечного перерізу S і довжиною L. Знаючи це, частоту налаштування резонатора Гельмгольця (або фазоінвертора, що те саме) тепер можна розрахувати за формулою:

де Fb - частота налаштування в Гц, с - швидкість звуку, що дорівнює 344 м / с, S - площа тунелю в кв. м, L – довжина тунелю м, V – обсяг ящика в куб. м. = 3,14 це само собою.

Тут частота – у герцях, об'єм – у літрах, а довжина та діаметр тунелю – у міліметрах, як нам звичніше.

Перші труднощі

Перша (і головна) складність полягає в наступному: якщо відносно невеликий за обсягом ящик потрібно налаштувати на досить низьку частоту, то, підставивши у формулу для довжини тунелю великий діаметр, ми й довжину отримаємо більшу. Спробуємо підставити менший діаметр - і все виходить відмінно. Великий діаметр вимагає великої довжини, а маленький якраз невеликий. Що ж тут поганого? А ось що. Рухаючись, дифузор динаміка своєю тильною стороною «проштовхує» практично стисливе повітря через тунель фазоінвертора. Оскільки обсяг повітря, що коливається, постійний, то швидкість повітря в тунелі буде в стільки разів більше коливальної швидкості дифузора, у скільки разів площа перерізу тунелю менше площі дифузора. Якщо зробити тунель в десятки разів меншого розміру, ніж дифузор, швидкість потоку в ньому виявиться великою, і коли вона досягне 25 - 27 метрів в секунду, неминуче поява завихрень і струменевого шуму. Великий дослідник акустичних систем Р. Смолл показав, що мінімальний переріз тунелю залежить від діаметра динаміка, найбільшого ходу його дифузора та частоти налаштування фазоінвертора. Смолл запропонував абсолютно емпіричну, але безвідмовно працюючу формулу для обчислення мінімального розміру тунелю:

Просте рішення для невеликих проблем

Середнє рішення для проблем більше

У 1995 році я написав програму для розрахунку конічних тунелів. Вона замінює конічний тунель циліндричною послідовністю і шляхом послідовних наближень обчислює довжину, необхідну для заміни звичайного тунелю постійного перерізу. Ця програма зроблена для всіх бажаючих, і її можна взяти на сайті журналу ACS http://www.audiocarstereo.it/ у розділі ACS Software. Невелика програма, працює під DOS, можна завантажити і порахувати самому. А можна вчинити по-іншому. Під час підготовки російської редакції цієї статті результати обчислень за програмою CONICO було зведено таблицю, з якої можна взяти готовий варіант. Таблиця складена для тунелю діаметром 80 мм. Це значення діаметра підходить для більшості сабвуферів з діаметром дифузора 250 мм. Розрахувавши за формулою необхідну довжину тунелю, знайдіть це значення першому стовпці. Наприклад, за вашими розрахунками виявилося, що потрібний тунель довжиною 400 мм, наприклад, для налаштування ящика об'ємом 30 літрів на частоту 33 Гц. Проект нетривіальний, і розмістити такий тунель усередині такої скриньки буде непросто. Тепер дивимось у наступні три стовпці. Там наведено розраховані програмою розміри еквівалентного конічного тунелю, довжина якого буде вже не 400, а лише 250 мм. Зовсім інша справа. Що означають розміри таблиці, показано на рис. 9.

Заміна звичайного тунелю конічним здатна вирішити багато проблем. Але не все. Іноді довжина тунелю виходить настільки великою, що скорочення його навіть на 30 – 35% недостатньо. Для таких тяжких випадків є...

Екстремальне рішення для великих проблем

Що означають розміри таблицях 3 і 4, стане ясно з рис. 13. D і d – це діаметр циліндричної секції та найбільший діаметр конічної секції, відповідно, L1 та L2 – довжини секцій. Lmax - повна довжина тунелю у формі пісочного годинника, наводиться просто для порівняння, наскільки коротше його вдалося зробити, а взагалі, це L1 + 2L2.

Технологічно пісочний годинник круглого поперечного перерізу робити не завжди просто і зручно. Тому і тут можна виконати його у вигляді профільованої щілини, що вийде, як на рис. 14. Для заміни тунелю діаметром 80 мм я рекомендую висоту щілини вибрати рівною 50 мм, а для заміни 100-міліметрового циліндричного тунелю – рівною 60 мм. Тоді ширина секції постійного перерізу Wmin та максимальна ширина на вході та виході тунелю Wmax будуть такими, як у таблиці (довжини секцій L1 та L2 – як у випадку з круглим перерізом, тут нічого не змінюється). Якщо знадобиться, висоту щілинного тунелю h можна змінити, одночасно скоригувавши Wmin, Wmax так, щоб значення площі поперечного перерізу (h.Wmin, h.Wmax) залишилися незмінними.