Как сделать диффузор шредера
Lamed-Vufniiks › Блог › Диффузоры Шредера — акустика по-дилетантски
Как обычно, запись будет длинная и нудная. Кому теория неинтересна — перематывайте в самый конец, там будут картинки )))
Все описанное придумано не мной, а собрано на просторах сети. Область знаний совсем не моя, надеюсь нигде не напортачил, если кто какой криминал найдет — поправляйте!
COVID-19 провоцирует на работу с проектами второго, третьего, девятого и двадцать третьего эшелонов. Вот и я неожиданно добрался до акустики в квартире.
Несмотря на любовь к качественному звуку дома, по части акустической подготовки я никогда особенно не заморачивался — все-таки в квартире в первую очередь должно быть удобно жить, это же не концертный зал. Поэтому при ремонте 8 лет назад «акустическая подготовка» свелась к шумоизоляции стены от соседей. Ну и место размещения акустических систем я выбрал на этапе планировки, чтобы не пристраивать их куда-нибудь в угол потом. В остальном обычная жилая комната: диван, полки с книгами, шкаф с посудой, рабочий стол, телевизор.
Но в начале февраля этого года стало интересно, а как на самом деле обстоят дела с акустикой помещения?
Известно, что два уха человеку даны чтобы определять положение звука в пространстве. Делается это мозгом автоматически, по разнице во времени между поступлением сигнала слева и справа. Например, справа от меня что-то бамкнуло, и звук прилетел в правое ухо. А в левое ухо он прилетит позже, либо обогнув голову (за счет дифракции), либо отразившись от стен и предметов. Вот по этой разнице мозг и поймет, что источник находится справа.
По мере снижения частоты (= увеличения длины волны) этот эффект снижается, так как размер головы в районе 20-25 см сопоставим с длиной звуковой волны частотой 1,3-1,6 кГц; соответственно снижение частоты приведет к тому, что разность фаз между двумя ушами будет все сложнее уловить. Именно поэтому низкочастотные источники в пространстве позиционируются хуже — комара на слух поймать можно, а грохот поезда идет как будто бы со всех сторон.
Но музыку мы слушаем обычно не в чистом поле, а в помещении. Значит огромное количество звуковой информации будем получать от отраженного сигнала. Понятно, что при отражении часть энергии сигнала расходуется, и он постепенно ослабевает. Если отражающие поверхности хорошо отражают сигнал — то он будет отражаться многократно, слабо при этом затухая. Комната при этом гудит и звенит, это называется реверберация.
Бывают, конечно, студии звукозаписи и шоурумы для прослушивания — там выполняется акустическая подготовка с уклоном в поглощение звука, а не в рассеивание. Но жить в таком помещении очень неуютно, так как элементарный бытовой вопрос ориентирования в пространстве на слух становится трудноразрешимым. В темноте просто невозможно определить насколько далеко еще до стены 🙂
Поэтому для домашнего аудио, в бытовой квартире без специализированного помещения обычно стараются акустическую подготовку выполнять локально, для конкретных источников звука (акустических систем). Для этого используются разные прибамбасы, об одном из которых я и расскажу — о диффузоре Шредера.
Манфред Шредер был специалистом в области акустики (насколько я понимаю, одним из первых); проводил исследования концертных залов. В частности, им была разработана вот такая шкала для звукового диапазона частот (спасибо, doctor-sound.com.ua!)
Диапазон А — это частоты, длина волны которых превышает длину волны помещения. То есть никаких резонансов и стоячих волн образоваться не может принципиально. Это область звукового давления, то есть звук не локализуется совсем. Для моей комнаты 6х4 метра предел этого диапазона F1 = 55 Гц.
Диапазон B — в нем работает волновая акустика, то есть собственные резонансы комнаты и гармоники низших порядков. Сверху он ограничен частотой Шредера — F2, она определяется по формуле, к ней позже вернемся.
Диапазон С — в нем все еще влияют резонансы комнаты (вернее уже их гармоники высших порядков), но уже начинает работать геометрическая акустика, то есть отражение сигнала и разность фаз. Верхняя граница примерно равна четырем F2.
Диапазон D — область работы исключительно геометрической акустики. Длина волны настолько мала, что никаких стоячих волн не может быть принципиально, звук обязательно отразится под углом.
Частота Шредера зависит от размера помещения (его объема V) и времени реверберации RT60 (то есть затухания звука). Второй параметр позволяет учесть как раз «общую акустическую подготовку» — покрытие стен, потолка и пола, наличие мебели, параллельность поверхностей. Чем меньше время реверберации — тем быстрее будет затухать звук и тем ниже будет частота Шредера.
Почему так важно, чтобы частота Шредера была пониже? Потому что со стоячими волнами бороться труднее. А если они образуются в том диапазоне частот, где мы привыкли ориентироваться по фазе звука, о «сцене» можно забыть.
ЧАСТЬ 2. Расчеты и измерения
Значит, нужно определить RT60. Не буду вдаваться в подробности методики, но смысл примерно такой: необходимо подать в комнату звуковой сигнал, а потом измерить, сколько времени потребовалось на его затухание. Желательно, на разных частотах, но если такой возможности нет — используют частоту 500 Гц. Я пользовался софтом Room EQ Wizard v5.19. Он распространяется свободно. Для измерений нужно со звуковой карты подать сигнал на усилитель, а измерительным микрофоном снять отклик помещения. Вместо измерительного микрофона я использовал шумомер по шкале С — это не совсем годится для измерений АЧХ, но для реверберации вполне сойдет.
Получилась вот такая картинка — это график изменения времени реверберации по частотам. Вот тут подробнее про него. Графиков так много потому, что есть различные методики расчета RT60, но основной разброс у них в частотах ниже 200 Гц, это не так принципиально. Выше этой частоты все графики болтаются в районе 0,4 с. Для комнаты в 72 м3 это неплохой результат (для комнат до 50 м3 рекомендуется 0,3 с, от 50 до 200м3 — 0,4-0,6 с).
Теперь у нас есть величина RT60 = 0,4 мс, объем комнаты известен — 72 м3, можно посчитать частоту Шредера. У меня получилось F2 = 2000 * SQRT(0,4/72) = 149 Гц. Это прекрасно! Это значит, что в НЧ диапазоне акустические проблемы со стоячими волнами и резонансами ограничены частотой, где на них можно практически забить. Но это не мешает поработать с СЧ диапазоном, где содержится большая часть звуковой информации — речь, вокал и большинство инструментов.
Для этого нужно понять, где в комнате находятся «площадки первых отражений» — области, от которых сигнал от источников звука поступает к слушателю минимально ослабленным. Так как мы решили, что в этом диапазоне действуют правила геометрической акустики, то эти площадки можно построить по принципу «угол падения равен углу отражения» вручную. Однако удобнее воспользоваться онлайн-калькулятором, например вот тут.
К сожалению, калькулятор не меняет масштабы чертежа в соответствии с заданными размерами (у меня акустика стоит вдоль длинной стены), но суть от этого не меняется.
Вот именно в красных областях на стенах, полу и потолке должны располагаться разнообразные рассеиватели — тогда звук до слушателя будет доходить в первую очередь из источников, а комната мало будет на это влиять. Появится «сцена», «стереопанорама» и прочие аудиофильские радости.
Мне, в некоторой степени, повезло. Слева область первых отражений попала как раз в дверь соседней комнаты, которая никогда не закрывается. Значит, все, что туда попало — пропало. Справа эта область упирается в окно с глубоким подоконником и плотной шторой. Все это тоже работает как рассеиватель.
С полом делать особенно нечего — пышные ковры в силу избытка дома аллергиков завести не получится. С потолком тоже вряд ли — правда, он натяжной, соответственно имеет небольшую кривизну и должен слегка рассеивать. Кроме того, как раз в этом месте висит большая люстра.
Остаются две проблемные зоны — между акустикой спереди и за спиной слушателя. Дайте-ка угадаю, что у Вас дома между акустикой? Телевизор? И с этим ничего не сделать, разве что раздвижной экран для него. Правда, в моем случае он висит на полметра выше акустики и наклонен, но вряд ли это сильно поможет. Акустика стоит шире, чем края телевизора, поэтому там, на стенах, можно разместить те самые рассеиватели — диффузоры Шредера. Тут есть еще один фокус: ширина зоны (и не только этой, кстати), зависит от расстояния между стеной и акустикой. Если акустику отодвинуть от стены, то область сузится, а если придвинуть — расширится. Обычно при прослушивании я акустику инстинктивно от стены отодвигал на метр, но так жить неудобно, все вечно норовят споткнуться. Если же голую стену защитить от отражений, то акустику можно придвинуть без потери качества.
За спиной слушателя ровная стена. С картиной. Но если обратиться к размерам, станет очевидно, что область первых отражений имеет ширину всего-то 60 см. Поэтому пока будем считать, что картины и подушки на спинке дивана достаточно.
ЧАСТЬ 3. ДИФФУЗОР ШРЕДЕРА
Проектирование и изготовление этой конструкции много где широко освещается — например, вот статья, или вот отчет. Есть даже промышленные образцы. Но это, конечно, не наш путь.
Смысл устройства такой: за счет точно рассчитанной глубины «колодцев» одинаковой ширины формируются многократные отражения волн внутри них, что приводит к их значительно задержке по времени. То есть звук, попавший в такую штуку, попадет к слушателю позже, что условно «раздвинет границы» помещения. Кроме того, диаграмма рассеивания диффузора имеет форму полуцилиндра, то есть звук от одного источника, вошедший под одним углом, полетит обратно под разными углами. Добиться такого эффекта просто нанесением на стену неровностей, типа ячеек для яиц, нельзя, так как размер будет несопоставим со здравым смыслом.
Диффузоры Шредера делаются не от балды, а рассчитываются. Сначала нужно определиться с порядком — количеством колодцев. Их может быть 7, 11, 13, 17, 23 — ряд простых чисел. Чаще всего встречаются самые простые, N7. Увеличение порядка позволяет получить более равномерную диаграмму рассеивания.
Далее выполняется расчет глубины под конкретную частоту. Или наоборот, частоты при выбранной глубине. Я пошел вторым путем, так как исходил из эстетических соображений, а частотный диапазон в любом случае достаточно широкий, чтобы перекрыть интересующую меня область средних частот.
Для расчетов я скачал калькулятор QRDude. Там все наглядно и понятно, можно поиграть с размерами.
Выбрав удобоваримую полную толщину и ширину, а так же толщину стенок колодцев (обратите внимание, это важно, исходите из доступного материала — я закладывал фанеру 6 мм), можно посмотреть, что получилось.
Итак, моя конструкция перекрывает диапазон от 372 до 4648 Гц, более чем достаточно: нижняя граница попадает в фа-диез первой октавы, это половина диапазона гитары или певца-тенора. В калькуляторе есть прикольная кнопочка 
Ну ладно, размеры есть, разрешение от жены получено — поехали делать!
ЧАСТЬ 4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ
Изначально я думал заказать распил у знакомых фрезеровщиков. Но грянул карантин, и на даче стало настолько нечего делать, что дошли руки и до этого. Заказал в Леруа Мерлен с доставкой на дачу материал (фанеру лиственницы на декоративные детали, березовую 6мм на перегодки) и приступил к работе.
На изготовление двух диффузоров высотой 1220 мм и шириной 482 мм мне потребовался один лист фанеры лиственницы 2,44х1,22 м и два листа березовой 1,525х1,525, а так же несколько реек 30х20.
Для распила использовал универсальную пилу — торцовку-циркулярку. Конечно, если есть стационарный станок с большой плитой — получится ровнее и аккуратнее, но тут задача просто ровно пилить по прямой. Из лиственницы изготовил внешний корпус и донышки колодцев. Из березы — перегородки. Рейка пошла на всякие вспомогательные элементы.
После того, как распил готов — самое нудное, разметка. Но торцевых деталях корпуса (в моем случае верхней и нижней) нужно начертить будущие колодцы в точном соответствии с картинкой из калькулятора. На месте донышек я приклеил кусочки рейки шириной 37 мм (как колодцы в калькуляторе). Обязательно нужно учесть толщину донышка — то есть к глубине колодца прибавить еще 9 мм. Чтобы не провтыкать с шириной перегородок — сделал из обрезков фанеры полоски, которые вкладывал при склеивании. Клеил все на столярный ПВА.
Теперь нужно к боковым панелям корпуса приклеить бруски, чтобы собрать сам корпус. Это единственные детали в моей конструкции, которые дополнительно держатся на саморезах, причем в боковые стенки саморезы вкручены изнутри, чтобы не было видно шляпок. На переднем плане — варианты окраски имеющимися лаками и морилками.
Собираем корпуса. Очевидно, что фанера из лиственницы большим спросом не пользуется — листы приехали довольно здорово гнутые, хранились неправильно. Из-за этого длинные стенки выгибались внутрь, и для жесткости пришлось добавить изнутри продольные ребра из рейки — так же прикрученные саморезами.
Но какая же фанера красивая!
Перед дальнейшей сборкой все нужно окрасить, потом это будет очень неудобно. Корпуса были покрыты смесью двух морилок — «красное дерево» и «венге», чтобы примерно попасть в цвет отделки комнаты. Отделка довольно пестрая, поэтому не так важно, на самом деле, как именно будет. После покрытия морилкой корпуса оставил сушить с распором изнутри, чтобы пока фанера влажная немного ушло напряжение. Не знаю, мне кажется, что помогло.
Корпуса и перегородки покрывал мебельным лаком НЦ-222М, он быстро сохнет и не имеет цвета практически. Донышки покрыл лаком НЦ-218М — он дает желтоватый оттенок, хотя и довольно долго источает противный запах, за что я его недолюбливаю.
Ну а дальше начинаем вклеивать перегородки. Для экономии материала и веса изделия я их делал разной глубины, соразмерно колодцам. Но по переднему краю они все должны быть выровнены! Приклеивал к брускам на торцах, так же вкладывал бруски внутри, чтобы выдерживать ширину.
Когда все перегородки на месте — вклеиваем донышки. Если все сделано точно, то ничего подрезать не придется. Минимальные зазоры ни на что не влияют — здесь важна перпендикулярность и размеры колодцев.
audiomania
audiomaniaАудиомания
Хороший блог от А до Я!
Статья получилась объемной и представляет собой «монографию» — в ней освещаются многие аспекты рассматриваемой темы, а не один. На момент последней резервной копии в формате А4 она заняла 45 страниц, содержащих 54 рисунка и 6567 слов (40193 знаков без пробела).
Мотивационое эссе с инструкцией по самостоятельному созданию одномерного квадратичного диффузора в качестве рекомендации.
1. О чем эта статья и как ее читать
1.1 Содержание
1. О чем эта статья и как ее читать
2. Что было сделано
3. Концепция диффузора
4. Проектирование диффузора
4.1 Размер и характеристики
4.2 Определение состава элементов
4.3 Определение порядка сборки
4.4 Размещение диффузора
5. Изготовление деталей
6. Сборка и покраска
7. Работа над ошибками
7.1-7.16 Шестнадцать проблем
7.17 Резюме по недостаткам
8.1 Цена и ценность
8.3 Фотографии хорошего качества
8.4 Повод для вдохновения
1.2. Предисловие
Статья получилась объемной и представляет собой «монографию» — в ней освещаются многие аспекты рассматриваемой темы, а не один. На момент последней резервной копии в формате А4 она заняла 45 страниц, содержащих 54 рисунка и 6567 слов (40193 знаков без пробела). В связи с чем для более удобной ориентации я решил дать в самом начале краткое описание составляющих статью разделов. Если в вас нет ни капли сострадания чужому горю (если я что-то начал делать, не могу остановиться) и поэтому вы не в силах прочесть их все — я рекомендую вам ознакомиться с главами с первой по четвертую, а потом перейти сразу к восьмой. Так вы в полном объеме узнаете о задумке и о том, что из нее в итоге вышло. Те же, кто решится узнать еще и о том, как она воплощалась в жизнь и прочтет статью целиком, примите мою благодарность.
Также сразу хочу предупредить, что при прочтении у вас обязательно возникнут вопросы о расхождениях в тексте с графическим сопровождением. Причины на это три: о чем-то я забыл, что-то у меня не получилось, а до чего-то смог дойти только в процессе. Я думал над изложением всей истории в хронологическом порядке, чтобы лишних вопросов не возникало, но пришел к выводу, что лучше будет поместить описание всех неувязок в отдельный раздел по работе над ошибками. Во-первых, это позволит сохранить инструкцию без примесей, связанных с человеческим фактором (если вы возьметесь проделать аналогичный путь, вам совсем не обязательно будет совершать эти ошибки). Во-вторых, читатели при желании смогут со спокойной душой пропустить этот раздел (хотя, на мой взгляд, он самый интересный), зная, что там находится.
1.3. Мотивы
Одной из покупок, касающихся аудио-видео, которые я сделал в этом году, был измерительный микрофон miniDSP UMIK-1. Вместе с ним продавец решил вложить мне местный американский журнал, тематикой которого было самостоятельное изготовление аудио-видео аппаратуры и акустических систем. Тогда я оказался жутко недоволен, стоимость доставки значительно возросла из-за веса журнала (и уж наверняка превысила его собственную стоимость). Теперь я понимаю, что тогда заплатил за вступление к этой статье, а ниже — причины, по которым она появилась.
Первая. Полистав тот журнал, я подумал о том, насколько мы далеки друг от друга. Общество, которое открыто обменивается идеями и опытом их реализации в формате бумажного носителя (подкинутый мне журнал был очень в духе miniDSP, проделавшей путь от энтузиаста с паяльником до компании с мировой известностью) и общество, участники которого существуют замкнуто и обособленно. Я пришел к выводу, что в настоящий момент на рынке Hi-Fi у нас практически полностью отсутствует культура производства под названием «сделай сам» (DIY — Do it yourself). Хотя почва для этого имеется, как с точки зрения экономической ситуации, так и информационного обеспечения (вы же читаете то, что я написал).
Вторая. Историй под ключ о создании того или иного изделия не так много, а в русскоязычном Интернете это и вовсе редкость. Обычно на форумах спрашивают конкретного совета, изредка показывая промежуточный/конечный результат. В этой статье все наоборот: это история от А до Я с настолько скрупулезным описанием деталей, что может вызвать у читателя приступ скуки или даже сонливость.
Так о чем же эта статья? По большому счету не столько о создании конкретного изделия (считаю, что объект приложения вторичен), сколько о формировании здоровой атмосферы открытости. Призываю всех, кто хочет и кто может, не бояться делиться своими успехами и просить помощи в решении своих проблем. В добрых традициях народной мудрости об изменении мира я начну с себя.
2. Что было сделано
Тема звука вызывает во мне наибольший резонанс в аспекте акустики помещения, поэтому у меня не было другого выхода, кроме как приложить руку к чему-то, представляющему собой акустическую мебель. Из всех возможных вариантов было выбрано изделие, завоевавшее наибольшую популярность, а именно — одномерный квадратичный диффузор, он же в просторечии «диффузор Шрёдера» (далее по тексту просто «диффузор»).
Совершим небольшой экскурс-напоминание: диффузор представляет собой рассеивающее в широком диапазоне частот звук устройство, применяющееся для корректировки акустических характеристик помещения. Внешний вид представляет собой похожую на деревянную коробку конструкцию, внутри которой в определенном порядке чередуются пустоты, разделенные ребрами (по сути, является открытым стеллажом с разной глубиной полок).
Внешний вид диффузора
Принцип работы заключается в том, что падающий звук за счет определенного порядка утопленных лицевых панелей и ребер отражается обратно равномерно (диаграмма направленности в форме полуцилиндра), также попутно снижая свою энергию на потерях при отражении и увеличивая время возврата звука к слушателю (создавая впечатление нахождения в большем по размеру помещении, чем есть на самом деле). Внутри диффузор может быть как полным, так и полым. На его работу главным образом влияют характеристики материала, на который падает звук. Также характеристики диффузора зависят от его габаритов и определяются количеством, шириной и глубиной лицевых панелей. Ребра диффузора должны иметь при этом как можно меньшую толщину при условии сохранения конструкцией жесткости.
3. Концепция диффузора
Некоторые задачи имеют множество вариантов решений, и это как раз такой случай. С ассортиментом основных деталей все было более-менее понятно, но также необходимо было понять, что потребуется для сборки.
Самым простым вариантом (назовем его первым) мне показалось использование метиза для последовательного крепления всех элементов друг к другу. Подставил — прикрутил, подставил — прикрутил, и так пока все не станет единым целым. Однако этот вариант мне не нравился сразу по ряду причин: изделие будет дырявое с большим количеством виднеющегося крепежа, из-за чего его получится покрасить только в сплошной цвет; точность крепления получится низкой, т.к. работать с высокой точностью руками тяжело; метиза понадобится много, что негативно скажется на весе диффузора. Забегая наперед, скажу, что все наихудшие ожидания сбылись — изделие получилось в итоге дырявым, одноцветным и тяжелым, несмотря на то, что я отмел этот вариант и пошел совсем по другому пути.
Второй и третий варианты я подсмотрел в Интернете — в чем их суть. Во втором случае сначала собирались боковые стенки и ребра диффузора, а потом в распор киянкой вбивались лицевые панели (высота регулировалась подставленными снизу брусками, потом они убирались). Мне эта технология показался еще более варварской, чем первая, хотя у нее однозначно были преимущества в простоте и скорости изготовления.
Наконец, в третьем варианте собирались все ребра и лицевые панели, а также боковые панели, параллельные ребрам. Таким образом, сбоку можно было видеть изделие как будто в разрезе. После чего в этом разрезе нижнюю часть диффузора заполняли монтажной пеной и ждали, пока она застынет. Застывшая, она исключала возможность люфта ребер и держала элементы так, чтобы общая форма диффузора в виде квадрата/прямоугольника не превратилась в параллелограмм (такое случается со старыми шкафами при большой загрузке). Оставалось только закрепить две оставшихся боковых стенки. Этот вариант мне понравился — наверное, я остановился бы на нем, если бы великий конструктор внутри меня не нашел творческий выход.
Четвертый вариант был рожден мною в процессе обдумывания способа крепежа диффузора на вертикальную поверхность. Точнее, как прикрепить было понятно, сомнение вызывала способность диффузора держать собственный вес. Метиз применять не хотелось, а клей не внушал доверия. Поэтому я решил, что пусть метиз остается, но его будет мало и он не будет виден. Тогда мне в голову пришла мысль использовать шпильки, которые надежно закрепят наиболее тяжелые элементы диффузора друг к другу и возьмут нагрузку на себя.
Собственная концепция устройства диффузора
Вот в чем заключается данная концепция — в качестве фундамента диффузора используется брус (далее по тексту «кубические опоры»), ширина которого равна ширине лицевых панелей, а глубина увеличена дополнительно на значение, необходимое для сквозного продевания шпильки. Ребра увеличиваются дополнительно на такое же значение и устанавливаются между кубическими опорами, которые держат их параллельно своим стенкам. В распор между ребрами устанавливаются лицевые панели. В пределах дополнительной глубины в каждом элементе сверлится сквозное отверстие, в которое продевается шпилька и стягивается гайками по обе стороны, тем самым обеспечивая надежное крепление всех элементов диффузора друг к другу (за исключением боковых стенок). Помимо этого, все элементы крепятся между собой на клей, а за счет кубических опор площадь соприкосновения становится достаточно большой, чтобы не беспокоиться за надежность склеивания. Вроде бы все складывается, подумал я и приступил к следующему шагу.
4. Проектирование диффузора
4.1 Размер и характеристики
В первую очередь необходимо было определиться с размером диффузора, т.к. все последующие расчеты будут зависеть от него. Самым распространенным размером диффузора, судя по всему, является вариант с использованием семи лицевых панелей суммарной шириной конструкции 60 см. При таких размерах проектная частота (на которой рассеивание наиболее эффективно) составляет
550 Гц, а общий рабочий диапазон от
Сравнение размеров диффузоров
Ширина одной лицевой ячейки остается при этом неизменной (8,57 см), рассчитанной на работу в обозначенном выше диапазоне средних частот. Как видно из таблицы, с ростом количества лицевых панелей значительно увеличиваются размеры и объем (а также вес) диффузора, что является препятствием к возможности его изготовления, а также обуславливает популярность диффузоров с шириной в 60 см.
Высота диффузора (расстояние вдоль лицевых панелей) при этом может быть любой. Однако в случае высоты аналогичной ширине (диффузор квадратной формы при виде спереди) диффузор удобно ориентировать в пространстве. Вертикальное положение лицевых панелей больше подойдет для расположения диффузора на уровне ушей слушателя, в то же время горизонтальное рекомендуется при расположении вблизи потолка и пола.
Таким образом, наиболее удобным для изготовления я счел диффузор размером 60х60х17,9 см (без учета дополнительной глубины). Если вас интересуют другие размеры, то определиться с выбором поможет один из калькуляторов, которые можно найти по запросу в поисковой системе, например, с помощью фразы «QRD diffuser calculator».
4.2 Определение состава элементов
При ширине лицевой панели в 8,57 см общая ширина диффузора составит 59,99 см. Ребра, расположенные между лицевыми панелями, и боковые панели должны входить в эту ширину, а не расширять ее дополнительно. Наиболее подходящими материалами для выполнения плоских элементов я счел необработанные листы МДФ толщиной 10 мм, мебельный щит или лист фанеры с аналогичной толщиной. Поэтому в качестве универсального в расчете будет использоваться именно это значение — 10 мм. Таким образом, (десятые доли мм в расчетах округлены) ширина одного ребра или боковой стенки составит 10 мм. Ширина одной лицевой панели (а также ширина кубической опоры) составит 85,7-10-1=75 мм. Последний миллиметр вычитается дополнительно для соблюдения габаритов, поскольку ребер и боковых стенок в сумме на одну больше, чем лицевых панелей.
Итоговая ширина диффузора составит (10х8)+(75х7)=80+525=605 мм. Длина одной лицевой панели (а также длина ребер и двух боковых стенок) составит 605-(10х2)=585 мм. Итоговая высота диффузора составит 179+10+30=219=
220 мм (округлено для кратности всех размеров 5 мм). Первая цифра в последнем расчете представляет собой расчетную глубину конструкции, вторая толщину лицевой панели, третья дополнительную глубину. Ниже приведены глубины пустот перед лицевыми планками (в таблице — глубина «ячейки»):
Определение глубины пустот
Высота кубических опор составит 220-45-10=165 мм, 220-179-10=31=
120 мм (округлено для кратности всех размеров 5 мм). Теперь, когда размеры всех элементов определены, составим их список:
Перечень элементов диффузора
4.3 Определение порядка сборки
Было принято решение уделить достойное внимание подготовительным работам, поэтому, прежде чем броситься покупать по списку элементы, для проверки расчетов и определения порядка сборки была предварительно создана трехмерная модель в бесплатно распространяемой САПР FreeCAD (скриншоты в статье сделаны именно из нее). Итак, предположим, что у нас уже подготовлены все элементы, а мы готовы к сборке. Для сборки предполагалось использовать любые поверхности, выставленные под прямым углом друг к другу (в моем случае — стол с подоконником).
Порядок сборки диффузора
Сборка начинается с любой кубической опоры, которая выставляется к углу между поверхностями, находящимися под прямым углом. Дальше с одной из ее сторон на клей монтируется ребро с просверленными отверстиями. С другой стороны ребра на клей монтируется аналогичная кубическая опора, после чего сверху на обе кубические опоры с помощью клея устанавливается лицевая панель. При этом во время сборки нужно не забывать прижимать элементы друг к другу и поверхностям, выставленным под прямым углом. Сборка вдоль перпендикулярно выставленных поверхностей обеспечивает ровную сборку в двух плоскостях с одной из сторон. С другой стороны детали могут быть отшлифованы для устранения незначительных неровностей перед монтажом боковой стенки. Все последующие элементы собираются на клей аналогичным образом.
Углубление под гайку в крайних кубических опорах
После этого в отверстия в кубических опорах вставляются шпильки и затягиваются с обеих сторон гайками, под которые подкладываются шайбы. Стяжка также обеспечивает хорошее приклеивание элементов друг к другу, что исключает необходимость дополнительной фиксации струбцинами на время высыхания.
Конструкция после установки двух боковых стенок
Следующим действием кубические опоры закрываются боковыми стенками на клей. Последним шагом к диффузору на клей крепятся боковые стенки размером 605х220х10 мм, после чего он выглядит так, как указано на первом рисунке статьи. Эти две операции требуют перерыва на высыхание клея, их можно выполнить в четыре действия без инструмента (переворачивая диффузор на сторону, к которой приклеена деталь, чтобы она оказалась под его весом) или в одно действие с использованием специализированного инструмента (четыре корпусные струбцины с обхватом губок 60 см и более).
4.4 Размещение диффузора
Размещать диффузор предполагалось на стене. Крепление к стене будет производиться навесом на пару саморезов через отверстия в задней крышке размером 605х605х10 мм. При этом нагрузка должна поступать не на саму заднюю крышку, а на кубические опоры, которые за счет шпилек будут обеспечивать распределение нагрузки и целостность конструкции. Единственное, что нужно обеспечить дополнительно — это исключение соскальзывания с настенного крепежа. Для этого проход в задней крышке должен быть более узким, чем место размещения шляпки самореза внутри кубической опоры.
Универсальное крепление в крышке диффузора
Возникал вопрос, где именно должны быть расположены отверстия в задней крышке. Квадрат — замечательная форма, которая позволяет сделать такое крепление универсальным. Да, в задней крышке и кубических опорах придется сделать четыре отверстия вместо двух, зато этой маленькой работой будет обеспечена большая возможность располагать диффузор в желаемой ориентации. В конце концов, его положение можно будет определять не по каким-то канонам, а на свой собственный слух (или же согласно эстетическим соображениям).
5. Изготовление деталей
Первым делом изготавливаются элементы из дерева, а именно — боковые стенки, ребра, лицевые панели и кубические опоры. Боковые стенки и ребра изготавливаются распилом из материала толщиной 10 мм. Площадь всех таких элементов составляет 1,6 м³. Для гарантии выполнения раскроя на необработанном листе и запаса в случае случайной ошибки рекомендуется взять запас в 15%, что в сумме составит 1,84 м³ материала. Это также позволит выпилить неправильно один любой элемент.
Карта плоских элементов: боковые стенки, ребра, лицевые панели
Детали из МДФ по размеру я заказал на мебельной фабрике, а если быть еще точнее, то мне изготовил их мой бывший одноклассник совершенно бесплатно из отходов производства. В случае необходимости оплаты это стоило бы порядка 1000 рублей за работу с материалом.
Кубические опоры, используемые в диффузоре
Кубические опоры предполагалось изготавливать из бруса 75х75 мм (очень удобно, это один из стандартных размеров). Суммарная длина всех подобных элементов составляет 1,68 м. В качестве запаса достаточно иметь 5% (ошибиться сложнее и цена ошибки не так велика), что в сумме составит 1,76 м. Материал также чудесным образом достался мне бесплатно, однако если бы я покупал его в строительном магазине, мои финансовые потери составили бы около 300 рублей.
Процесс распила бруса
Далее во всех ребрах и кубических опорах сверлится отверстие диаметром 6 мм под шпильку M5. Сверление желательно выполнять с использованием направляющей, т.к. очень важным является получение точного результата в плане отклонения от оси сверления. Впрочем, сам я пренебрег этим и просверлил все отверстия шуруповертом от руки, предварительно зафиксировав в тисках кубическую опору. Запас в один мм по диаметру отверстия обеспечит возможность легкой подстройки элементов друг под друга.
Отверстие в кубической опоре
В момент написания этих строк ко мне подошла супруга и спросила, не кажется ли мне, что я рекламирую инструмент известной компании. Честно говоря, такая мысль уже приходила мне в голову до ее упоминания. Я не стал откладывать тему в долгий ящик и написал в поддержку известной компании, сделав конструктивное предложение. Мол, так и так, пишу статью для крупного портала с высокой посещаемостью, касающегося аудио-видео аппаратуры: буду заниматься рукоделием с использованием вашего инструмента. Давайте вы мне немножко с расходкой (пяток шлифкругов, цена вопроса 200 руб.) подсобите, а я использую фото с вашим инструментом крупным планом. Я продолжу быть активным довольным клиентом вашей известной компании, а вы получите ненавязчивую рекламу среди рядовых обывателей — в итоге все счастливы. Если вам понравится, вы сможете прислать мне на тест кое-какой инструмент, я его использую для написания следующей статьи вместо имеющегося у меня сейчас инструмента известной вражеской компании. В итоге через несколько дней пришла отписка, мол, спасибо за вашу лояльность к нашей известной компании, если нас никогда не заинтересует — мы с вами никогда не свяжемся. Как известно, нет худа без добра, и теперь я мастерски владею фильтром пикселизации.
Процесс сверления кубических опор
Аналогичным образом сверлятся отверстия в ребрах с размерами 585х220х10 мм. В моем случае сверление было произведено еще на мебельной фабрике. В любом случае это более простая операция, т.к. толщина материала незначительна и ошибиться можно по сути только в процессе предварительной разметки. Да и то, ошибка эта не будет критичной, т.к. всегда можно будет пересверлить, стягивать ребра будут кубические опоры, а отверстие нужно только для продевания шпильки.
Отверстия в ребре
Для двух крайних кубических опор с размерами 75х75х210 мм и двух крайних кубических опор с размерами 75х75х165 мм дополнительно с одной стороны на месте ранее проделанных отверстий высверливаются углубления диаметром 15 мм и глубиной 10 мм для потайного размещения гайки, которая будет стягивать элементы диффузора.
Углубление в кубической опоре под потайное крепление гайки
Проверка потайной установки гайки на шпильку
Следующим шагом нужно выбрать объем в нижней части кубической опоры для крепление диффузора на стену. Для надежности было решено вешать на петли — они точно выдержат давление со стороны настенного крепежа, и с них диффузор точно не соскользнет. Сами петли будут закреплены саморезами в нижнюю часть кубических опор.
Кубическая опора и петли
Последняя деталь, которую нам нужно изготовить, — задняя крышка. Для изготовления задней крышки была использована фанера толщиной 10 мм. Обрезка до нужных размеров была произведена лобзиком. Как и в случае с углублениями в кубических опорах, отверстия правильнее делать сверлом большого диаметра, а не фрезером. Поскольку в данном случае речь идет о сквозном отверстии, его можно сделать перьевым сверлом (которое стоит заметно дешевле, чем сверло Форстнера).
Задняя крышка из фанеры
Кстати, мне показалось правильным пронумеровать и указать направленность для кубических опор, чтобы не путаться постоянно с направлением и порядком сборки. Сначала я сделал это карандашом (сразу после распила), но он был мало заметен, поэтому я перерисовал номера маркером — все равно впоследствии их не будет видно.
Слева готовый комплект деревянных элементов, справа — еще один комплект, но это другая история.
Итак, у нас готовы все деревянные элементы, а именно: четырнадцать кубических опор, семь лицевых панелей, шесть ребер, четыре боковых стенки и задняя крышка. Осталось подготовить металлические элементы, а именно — шпильки и петли. Не буду останавливаться на обрезании шпильки до нужной длины, скажу лишь только о том, что двух отверстий в петлях мне показалось мало, поэтому было сделано еще два отверстия рядом, после чего было выполнено зенкование всех четырех отверстий для потайного крепления на саморезы. Таким образом, если у нас приобретены все оставшиеся элементы списка, мы готовы к тому, чтобы приступить непосредственно к сборке диффузора.
6. Сборка и покраска
Прежде чем приступить к использованию клея, краски и совершению других непоправимых поступков, нужно убедиться, что о них не придется жалеть. Для этого имеет смысл провести сначала тестовую сборку и посмотреть, как это выглядит. Размещаем кубические опоры и ребра, продеваем шпильку, фиксируем гайками, раскладываем лицевые панели и прислоняем боковые стенки:
Тестовый сбор диффузора
Что касается покраски, то я размышлял над многими вариантами отделки, и все они разбились о суровую реальность. В итоге я пошел самым простым путем, а именно: сначала собрать, а потом загрунтовать и покрасить диффузор. Этот подход успешно применяется при окраске (тех же корпусов акустических систем). Ниже представлены лакокрасочные материалы, которые я использовал в процессе отделки.
О том, что осталось «за кадром» — в следующий раз
Все внутренние поверхности я принял решение покрыть защитной пропиткой. Не знаю, насколько это было необходимо и от чего в итоге защитит, но мне показалось это правильным (не оставлять внутри необработанное дерево). Убедившись, что конструкция собралась и не потребует механической доработки, была произведена защитная пропитка всех поверхностей элементов, смотрящих вовнутрь.
Операция осуществлялась одним слоем в два захода: сначала были пропитаны все стороны, кроме одной, на которой располагался элемент в процессе сушки. Во второй заход пропитывалась уже она. Была мысль воспользоваться шпилькой и выполнить операцию в одно действие (все кубические опоры-то дырявые), но размещение шпильки навесу показалось мне слишком авантюрной затеей.
Тот самый американский журнал символично пошел на подложку
Теперь можно начинать настоящую сборку. Действуем в соответствии с запланированным способом, шпильку при этом продеваем сразу. Вставить шпильку во все элементы сразу при тестовом сборе у меня не вышло, а вот по одному надевать получалось. Мажем клеем кубические опоры и приклеиваем к ним ребро.
Сборка первых трех элементов
Продолжаем так повторять до тех пор, пока все элементы, стягиваемые гайками, не будут установлены. Действовать при сборке нужно быстро, чтобы успеть собрать всю конструкцию до тех пор, пока клей не схватится. Тогда останется время сделать небольшую корректировку положения элементов в случае необходимости.
В процессе сборки
После установки последних кубических опор необходимо затянуть шпильки гайками с обеих сторон. Лучше всего сразу же примерить боковые стенки и убедиться, что элементы ровно прилегают друг к другу. Затем монтируем боковые стенки и заднюю крышку диффузора. На этом можно считать сборку оконченной.
Внутренности диффузора перед установкой задней крышки
Диффузор полностью собран
Теперь пора перейти непосредственно к покраске. Первым делом грунтуем всю поверхность белой грунтовкой с обеих сторон. Операция, как и в прошлый раз, выполняется в два действия (пять сторон в первый заход и последнюю после высыхания). Грунтовка производилась в один слой.
Загрунтованная передняя и боковые стороны диффузора
Загрунтованная задняя сторона диффузора
После грунтовки переходим к покраске. Тот же порядок действий, только в этот раз красим в два слоя, соответственно, в четыре захода. Я никогда не красил мебель, поэтому решил остановить свой выбор на тиксотропной краске. Способность краски не давать подтеков была призвана компенсировать отсутствие у меня опыта.
В процессе покраски после нанесения первого слоя с передней и боковых сторон
В процессе покраски после нанесения первого слоя с задней стороны
На этом изготовление диффузора заканчивается. Я позволил себе сделать небольшой финальный штрих на память. Кроме того, он будет служить напоминанием о характеристиках. Больше всего меня расстроила получившаяся масса диффузора, составляющая 14,8 кг — я планировал уложиться в 10 кг.
Этикетка с характеристиками изделия
