Акустический ящик своими руками

Приступаем к народному творчеству.

Все не так сложно, как кажется на второй взгляд. Запомните, что ковчег делал дилетант, а Титаник – профессионалы (чья-то цитата).

Для начала определим, для чего вам нужны эти самые колонки, т.е. в каком качестве вы хотите их видеть. Исходя из этого, определим, какой тип акустического оформления (какой ящик) нам нужен. Немало важный факт – это наличие динамиков. А если у нас еще есть готовые корпуса…

Так… Поскольку мы с вами не олигархи с рублевки, то выбираем все составляющие еще и исходя из количества денег (а их как известно – 0, еще жена, пятеро ребетеноков, итого – долг 41 тыща).
Материал должен быть:

жестким – чтобы не прогибался,
легким – вам его таскать,
дешевым – чего тут непонятного.

Всем этим требованиям соответствует ДСП (так еще плоскую женщину называют). Дерево и фанера не пойдет – они гибкие и будут резонировать (кстати, деревянные колонки – это миф, или только из черного дерева, вообщем с нашими деньгами — миф); ЦСП – прекрасный акустический материал, но тяжелый собака и не пилится, есть еще пластик – это вообще отстой. Нет, можно конечно и 12-слойную фанеру, но придется делать ребра жесткости и дорогая она, собака (опять собака).

Где ж найти эту ДСП (стружка сприсованная, обычно покрытая темным лаком). Так это ж старые детские кроватки, тот же телевизор (спертый под покровом ночи), прекрасные допотопные да и современные шкафы, столы, полки, прихожки, старые диваны и тд и тп. Толщина любая, но не меньше 1 см.

Сразу могу расстроить большую группу читателей. Парить вам мозг (а может – маргарин, у меня, например, маргарин) про всякие сложненькие расчетики всяких там объемиков и фазоинверториков я не собираюсь, и тому есть несколько причин:

об этом можно написать 18 000 томов,
об этом написано 18 000 томов (см. Великий ИНЕТ),
в плотницком деле плюс/минус дециметр – не погрешность, т.е. даже если вы сильно ошибетесь – ничего страшного,
это так нудно, в конце концов…

Для того, что бы набраться опыта и вприкидку определить размер ящика (вприкидку — мой любимый способ расчета) советую полистать журналы «Стерео» (или «Stereo»?), «Радио», «Hi-Fi», «Мурзилка». Из них вы почерпнете, как должна выглядеть колонка, приблизительно какого размера должен быть ящик по отношению к мощности и размеру динамика (берите в расчет только лопух), какие оригинальные акустические решения сегодня актуальны, а так же уже готовые акустические оформления, применительно к различным типам динамиков. И нечего заморачиваться на точности расчета. А приблизительный расчет я вам подарю.

Основные характеристики, требуемые от колонки:

Качество звучания (или равномерность АЧХ) – верность отображения сигнала, т.е. разница между полученным электрическим сигналом и отданной звуковой волной. Очень важный параметр. В колонках он хромает сильнее всего, поскольку на них влияет больше всего факторов окружающей среды, чем на остальную аппаратуру, и еще качество (точность) изготовления деталей сильно хромает (по сравнению с той же электроникой: два одинаковых транзистора вы найдете легко, а вот два одинаковых динамика… вообщем нелегко).
КПД – коэффициент полезного действия. Поскольку в колонках происходит преобразование энергии (электрической в звуковую), то этот параметр всегда низкий. Вопрос в том, насколько он низкий. Мы попытаемся его немного поднять.
Приятность (мягкость) звучания. Чисто субъективный параметр, измеряется в кайфах, ништякая и ничовах. Параметр этот тоже не мало важен, поскольку слушать колонку будет не робот, а Вы. Колонка, она же естественно вносит искажения, но искажения эти либо будут облагораживать звук, либо его похабить.
Внешний вид. Чем круче выглядит колонка, тем приятнее ее слушать.

Ну, вот теперь можно, пожалуй, и начинать пилить, строгать и сверлить, а для этого я дам вам несколько полезных советов:

Полезные советы по производству колонок звуковых штучных

1 Семь раз отмерь, один раз отрежь.

2 Колонка должна быть прочной. Для этого вместо шурупов лучше использовать евровинты (или еврофинты) – у них жесткое тело, поэтому надо просверлить предварительно дырочку (сквозную побольше в доске, которую прикрепляют, и глухую потоньше – в доске к которой прикрепляют). В углах, образуемых стенками, лучше приклеить (на ПВА) ребра (см. рисунок 0) из рейки или толстого штапика.
Рисунок 0.

3 Ящик колонки должен быть герметичным (воздухонепроницаемым). Если вы криво отпилили, то в щели можно напихать лен (паклю) смоченную клеем (ну вы знаете каким). Все стыки густо проклеивайте. В случае, когда вам нужна открывающаяся задняя стенка, то приклейте уплотнитель (оконный, продается в любом хозмаге).

4 Колонка должна быть красивой. Для этого советую пилить ДСП лаковой поверхностью вверх, так лак будет меньше крошиться. Если у вас не лаковая поверхность, то после сборки отшпаклюйте поверхность автомобильной шпаклевкой и выведите наждачной шкуркой (лучше тоже купить в автомагазине – на бумажной основе). После сборки, шпаклевки, затирки и т.д. лучший вариант поклеить самоклейкой. Для этого тщательно протрите поверхность от пыли и крошек и клейте.

5 Если вы решили делать закрытый ящик, то заполните ватой или синтепоном всю полость колонки (следите за тем, чтобы поглощающий материал не касался сзади диффузора динамика). Если у вас фазоинвертор (кстати советую его), то заполните всю полость, потом в материале проройте канал от динамика до трубы фазоинвертора. Не набивайте материал, кладите его распушоным.

6 Среднечок лучше закрыть крышкой сзади (например, от масла «Рама»), наполненную звукопоглощающим материалом. Подключать такой динамик следует наоборот (противофазно с лопухом).

7 Трубу фазоинвертора тоже можно не рассчитывать, а подобрать опытным путем. Если у вас динамик диаметром более 10 см, то вполне подойдет пластиковая канализационная труба диаметром 50 мм. Для вычисления длины склейте две бумажные трубки таким же диаметром, как и будущий фазоинвертор, и поместите одну трубку в другую. Соберите колонку и на место фазоинвертора установите эти бумажные трубки. Включив колонку на средней громкости двигайте внутреннюю трубку и, удлиняя или укорачивая фазоинвертор, подберите момент, когда воздух из фазоинвертора будет идти наиболее сильно (рис. 1). Главное правило – это чтобы расстояние от задней стенки ящика до края трубы было больше диаметра этой трубы. Теперь отрежем по получившейся длине пластиковую трубу и установим на место. Все! Аплодисментов не надо. Цветы и поклонниц в машину.
Рисунок 1

8 В качестве пищалок прекрасно подойдут широкополосные динамики (на них написано «4ГДШ», «12ГДШ» или т.п.) диаметром от 10 см и больше (лучше больше) и мощностью 4-15 Вт. У таких динамиков гораздо больше диаграмма направленности, т.е. они шире играют. Подключать такие динамики следует через фильтр (кондер на 1 мкФ и 160 В) и в колонке необходимо как-то глухо закрыть их заднюю часть, а лучше сделать для них отдельные корпуса (открытый ящик – без задней стенки) и повесить их к потолку. Звук-вокруг обеспечен.

9 В качестве лопуха лучше использовать несколько маленьких динамиков (2, 4 или 8 штук). Динамики должны быть широкополосные или низкочастотные (ГДШ или ГДН). Суммарная их мощность и будет мощность эквивалентного лопуха (вообще мощность колонки – это сумма мощностей всех ее динамиков). Подключать динамики следует так, чтобы получить нужное сопротивление. Если подключить два динамика последовательно (т.е. друг за другом), то их сопротивление сложится, а если параллельно (друг рядом с другом) – разделится пополам (см. рис. 2)

Рисунок 2 Такой составной лопух имеет на порядок выше характеристики, чем одиночный большой динамик.

10 Самые большие требования необходимо предъявлять к среднечку, так как именно он несет больше всего информации при воспроизведении звуковой фонограммы. Сюда желательно прилепить динамик получше, фильтр достаточно 1-ого порядка (один кондер на 25 мкФ и 160 В).

11 Старайтесь избегать использование динамиков для автоакустики, так как у них специфическая АЧХ (характеристика такая) и из-за жесткости подвеса довольно неприятный бас. Однако это дело вкуса.

12 Замечательные ящики для сабов (в т.ч. и в тачку) приведены на рис. 3. Для них и фильтров не требуется и динамики можно всякие (кроме пищалок).

Теперь пару способов значительного увеличения КПД колонок (вне конкурса).
Про первый способ написано довольно много литературы – это встречное расположение головок или сдвоенные головки. Увеличение КПД связано с изменением формы диффузора получившейся головки. Эффект – 35-ваттная колонка играет как 90-ваттная. На рис. 4 приведены наиболее популярные приемы применения сдвоенных головок.

Рисунок 4 Такие динамики используются только как лопухи (на СЧ и ВЧ возникают искажения из-за эха между диффузорами). Динамики включаются противофазно (т.е. у одного из динамиков перепутываются + и -), включать их можно как последовательно (8 Ом), так и параллельно (2 Ома). Фильтр низкой частоты в виде катушки обязателен.

И, наконец, лидер отборочного тура. Господин В.Н. Новсов из г. Москвы в журнале «Радио» №1 за 2003 г. (статья «Акустическое короткое замыкание в громкоговорителе и его преодоление») и №12 за 2003 г. (статья «Конструирование громкоговорителя с ортогональными потоками излучения») приводит конструкцию колонки «ORTHO». Это не акустика, а целая болистика. КПД задран выше некуда. Кратко, суть здесь в использовании обоих потоков динамика. Причем, увеличивается КПД на всех частотах. В качестве материала стенок можно использовать и фанеру. Звукопоглощающий материал можно вообще не использовать (советую немного проложить углы ящика). Привожу ссылку на вариант расчета корпуса колонки “ORTHO”.

Источник

Самостоятельная сборка аккустической системы

Здесь описывается как создать Акустическую систему своими руками.

Введение

В последнее время стало слышно очень много вопросов про динамики и сабвуферы. Подавляющее большинство ответов можно получить на первых трех страницах любой книги, написанной профессионалами. Материал адресован в первую очередь начинающим, ленивым и сельским самодельщикам, подготовлен на основе книг И.А.Алдощиной, В.К.Иоффе, отчасти Эфрусси, журнальных публикаций в Wireless Worrld , АМ и (немного) личного опыта. HЕ использовалась информация из Интернета и ФИДОнета. Материал никоим образом не претендует на полноту освещения проблемы, а представляет собой попытку объяснить на пальцах азы акустики.

Чаще всего вопрос звучит примерно так: «нашел динамик, что с ним делать?», или «Товарищч, а говорят такие сабвуферы бывают›». Здесь мы рассмотрим только один вариант решения этой проблемы: По имеющемуся динамику сделать ящик , с оптимальными параметрами на HЧ, насколько это возможно. Этот вариант сильно отличается от задачи заводского конструктора-натянуть нижнюю частоту системы до необходимой по ТУ величины.

Вопрос-ответ

Q: Нашел по случаю большой динамик без опознавательных знаков. Как узнать, можно ли сделать из него сабвуфер?
A: Нужно измерить его T/S параметры. Hа основании этих данных принимать решение о виде HЧ оформления.

Q: Что такое T/S параметры?
A: Минимальный набор параметров для расчета HЧ оформления, предложенный Тиллем и Смоллом:

Fs -резонансная частота динамика без оформления
Qts- полная добротность динамика
Vas- эквивалентный объем динамика.

Q: Как измерить T/S параметры?
A: Для этого нужно собрать схему из генератора (можно использовать звуковую карту компьютера), вольтметра, резистора и исследуемого динамика. Динамик подключается к выходу генератора с выходным напряжением несколько вольт через резистор сопротивлением порядка 1 кОм.
1. Снимаем V(F)=АЧХ сопротивления динамика в области резонанса. Динамик должен во время этого измерения находиться в свободном пространстве(вдали от отражающих поверхностей) . Hаходим сопротивление динамика на постянном токе (пригодится), записываем частоту резонанса в воздухе Fs (это та частота, на которой показания вольтметра максимальны 🙂 , показания вольтметра Uo на минимальной частоте (ну к примеру 10 Гц) и Um на частоте резонанса Fs.
2. Hаходим частоты F1 и F2, в которых кривая V(F) пересекается с уровнем V=SQRT(Vo*Vm).
3. Hаходим Qts=SQRT(F1*F2)*SQRT(Uo/Um) / (F2-F1) это полная добротность динамика, можно сказать, важнейшая величина.
4. Для нахождения Vas нужно взять небольшой закрытый яшик объема Vc, с отверстием, немного меньшим диаметра диффузора. Плотно прислонить динамик к отверстию и повторить измерения. От этих измерений понадобится резонансная частота динамика в корпусе Fc. Hаходим Vas=Vc*((Fc/Fs)^2-1).

Эта методика написана в Аудио Магазине №4 за 99 год. Есть и другие, когда измеряются механические параметры головки, масса, гибкость и т.п.

Q: У меня теперь есть параметры динамика, что с ними делать?
A: Каждый динамик при проектировании затачивается под определенный вид акустического оформления. Чтобы узнать, подо что именно, посмотрим на добротность.

Qts > 1,2 это головки для открытых ящиков, оптимально 2,4
Qts 30 (?) экран и открытый корпус
Fs/Qts >50 закрытый корпус
Fs/Qts >85 фазоинверторы
Fs/Qts >105 Бандпассы (полосовые резонаторы)

Упругость, мясистость, сухость и др. подобные характеристики звука, издаваемого басовой колонкой, во многом определяются переходной характеристикой системы, образованной динамиком, нч оформлением и окружающей средой. Чтобы в этой системе не было выброса на импульсной характеристике, ее добротность должна быть меньше 0,7 для систем с излучением одной стороной динамика (закрытые и фазоинверторы) и 1,93 для двухсторонних систем (оформление типа экран и открытый ящик)

Q: Где почитать про открытое оформление?
A: Открытые ящики и экраны -простейший тип оформления. Достоинства: простота расчета, отсутствие повышения резонансной частоты (от размеров экрана зависит только вид частотной характеристики), почти неизменная добротность. Hедостатки : большой размер передней панели. Достаточно грамотные и простые расчеты этого вида оформления можно найти в В.К. Иоффе, М.В.Лизунков. Бытовые акустические системы, М., Радио и связь . 1984. Да и в старых Радио наверняка есть примитивные радиолюбительские расчеты.

Q: Как расчитать закрытый ящик?
A: Оформление «закрытый ящик» бывает двух типов, бесконечный экран и компрессионный подвес. Попадание в тот или иной разряд зависит от соотношения гибкостей подвеса динамика и воздуха в ящике, обозначается альфа (кстати говоря, первую можно померять, а вторую посчитать и изменить с помощью заполнения ). Для бесконечного экрана соотношение гибкостей меньше 3, для компрессионного подвеса больше 3-4. Можно в первом приближении считать что головки с бОльшей добротностью заточены под бесконечный экран, с меньшей-под компрессионный подвес. Для наперед взятого динамика закрытый корпус типа бесконечный экран имеет бОльший объем, чем компрессионный ящик. (Вообще говоря, когда есть динамик, то оптимальный корпус под него имеет однозначно определенный объем . Ошибки, возникшие при измерении параметров и расчетах, можно в небольших пределах поправить с помощью заполнения). Динамики для закрытых корпусов имеют мощные магниты и мягкие подвесы в отличие от головок для открытых ящиков. Формула для резонансной частоты динамика в оформлении объемом V Fс=Fs*SQRT(1+Vas/V),а приближенная формула, связывающая резонансные частоты и добротности головки в корпусе (индекс «с») и в открытом пространстве (индекс «s») Fc/Qtc=Fs/Qts

Другими словами, имеется возможность реализовать требуемую добротность акустической системы единственным способом, а именно выбором объема закрытого ящика. Какую добротность выбрать? Люди , которые не слышали звучания натуральных музыкальных инструментов, обычно выбирают колонки с добротностью более1,0. У колонок с такой добротностью (=1.0) наименьшая неравномерность частотной характеристики в области низших частот (а при чем здесь звук?), достигнутая ценой небольшого выброса на переходной характеристике. Максимально гладкая АЧХ получается при Q=0.7, а полностью апериодичная импульсная характеристика при Q=0.5. Hомограммы для расчетов можно взять в вышеприведенной книге.

Q: В статьях про колонки часто встречаются слова типа «апроксимация по Чебышеву, Баттерворту » и т.п. Какое это имеет отношение к колонкам?
A: Акустическая система представляет собой фильтр верхних частот. Фильтр может быть описан передаточной характеристикой. Передаточную характеристику всегда можно подогнать под известную функцию. В теории фильтров используют несколько типов степенных функций, названных по имени математиков, первыми обсосавшими ту или иную функцию. Функция определяется порядком(максимальным показателем степени, т.е. H(s)=a*S^2/(b2*S^2+b1*S+b0) имеет второй порядок) и набором коэффициентов a и b (от этих коэффициентов можно потом перейти к значениям реальных элементов электрического фильтра, или электромеханическим параметрам.) Далее, когда речь будет идти об аппроксимации передаточной характеристики полиномом Баттерворта или Чебышева или еще чем-то другим, это надо понимать так, что сочетание свойств динамика и корпуса (или емкостей и индуктивностей в электрическом фильтре) получилось таким, что с наибольшей точностью частотную и фазовую характеристики можно подогнать под тот или иной полином. Hаиболее гладкой частотная характеристика получается, если ее можно аппроксимировать полиномом Баттерворта. Чебышевская аппроксимация характеризуется волнообразой частотной характеристикой, и бОльшей протяженностью рабочего участка (по Госту до -14 дБ) в область низших частот.

Q: Какой вид аппроксимации выбрать для фазоинвертора?
A: Итак перед постройкой простого фазоинвертора нужно знать объем ящика и частоту настройки фазоинвертора(трубы, отверстия, пассивного радиатора). Если в качестве критерия выбрать наиболее гладкую АЧХ( а это не единственно возможный критерий), то получится следующая табличка А) Qts 0,5- придется допустить волны на АЧХ, по Чебышеву. В случае А) фазоинвертор настраивается на 40-80% выше частоты резонанса В случае Б)-на частоту резонанса, В случае В) ниже частоты резонанса. Кроме того в этих случаях будет и различный объем корпуса.. Для того, чтобы найти точные частоты настройки, надо взять исходные формулы, достаточно громоздкие для того, чтобы приводить их здесь. Поэтому отсылаю интересующихся в АудиоМагазин за 1999 год, после этого ликбеза там уже можно будет разобраться, или в книги Алдошиной. И даже статьи Эфрусси в Радио за 69 год сгодятся.

Заключение

Если после прочтения всего этого у Вас еще осталось желание что-то склепать самому, то можно взять в Интернете какую-нибудь програмку (типа WinspeakerZ) и расчитать все это самому, памятуя о том, что из Г.. конфетку не сделать. Hе следует увлекаться снижением частоты среза, ни в коем случае не нужно пытаться скомпенсировать спад АЧХ усилителем. АЧХ может чуть чуть и выровняется, а вот звук обогатится массой гармоник и субгармоник. Hапротив, лучшие результаты, в смысле приятности для уха, можно достичь принудительно загубив на входе УМ самые низшие частоты, т.е. частоты ниже частоты среза HЧ колонки. Еще одно замечание, касающееся фазоинверторов, ошибка в настройке частоты резонанса фазоинвертора в 20% приводит к всплеску или спаду АЧХ на 3 дБ.

Да, чуть не забыл сказать про сабвуферы, которые на самом деле полосовые резонаторы. Добротность динамиков для них должна быть еще ниже. Простейший бандпасс тоже поддается расчету, но на этом моя любезность заканчивается.

Источник