Как сделать динамик высоких частот
vovyc › Блог › Проект для изготовления рупорной акустики для 6,5′ динамика от 100Гц. Чертежи наборных рупоров.
В качестве основы для расчётов и построения рупора брались материалы из статьи «Проектирование рупорных громкоговорителей» Журнал ¦Мастер 12 Вольт¦ Дек./Январь 2005г. (ссылка на статью: yadi.sk/i/v6CrbOmdyHoZvQ)
Выдержка из статьи:
«После периода первых граммофонов, в которых повсеместно использовались рупорные громкоговорители, популярность последних резко упала вследствие относительно большого размера, сложности изготовления и, следовательно, высокой стоимости. Несмотря на то, что сегодня широкополосные рупорные системы используются лишь отдельными энтузиастами, большинство экспертов единодушно отмечают ряд достоинств звучания, присущих этому типу громкоговорителя, особенно высокую степень реализма и ¦присутствия¦. В статье кратко изложена история рупорных громкоговорителей, и более подробно = теоретические и практические сведения, необходимые для грамотного проектирования. Приведены данные для разнообразных видов рупоров.
Идеальный экспоненциальный рупор состоит из прямой круглой трубы, поперечное сечение которой логарифмически увеличивается в зависимости от расстояния от горла (где установлен громкоговоритель) до устья. Самые низкие басовые ноты требуют устья очень большой площади (2-3 кв.м) и самого рупора длиной по крайней мере 6 м. Напротив, для самых верхних нот требуется рупор размером всего сантиметров десять. По этой причине большинство широкополосных рупорных систем включают в себя множество отдельных громкоговорителей, каждый из которых имеет соответствующую длину и площадь устья. Чтобы размещать эти комбинации в пределах корпуса разумного размера, басовые и даже среднечастотные рупоры имеют квадратное сечение и ¦свернуты¦ сложным образом.
К сожалению, неизбежные ограничения и компромиссы, вызванные отклонениями от прямолинейности оси и круглого сечения, могут вызывать серьезные изменения в амплитудно-частотной характеристике. Искусство проектирования акустической системы приемлемого размера и стоимости состоит в том, чтобы не принести в жертву удивительный реализм, присущий идеальному рупору.
Эффективность рупорной системы обычно составляет от 30 до 50 % = очень внушительное значение по сравнению с 2 — 3 % фазоинверторного и меньше чем 1 % для закрытого оформления. Основными причинами недостаточной популярности рупоров являются их размеры и высокоя стоимость. Полный размер басового звена, даже удачно свернутого в корпус, будет намного большим, чем фазоинвертора или закрытого ящика с сопоставимым значением нижней граничной частоты. Но, хотя иногда встречаются курьезные проекты прямых рупоров длиной 6 м, превосходные результаты могут быть получены и от рупоров более удобного размера; например, полная система может быть свернута в корпус объемом всего 150-200 литров, что уже вполне приемлемо для использования в помещении. Стоимость изготовления корпуса обычно рассматривается в качестве главного препятствия, что совершенно справедливо, поскольку объем работы по изготовлению свернутого рупора существенно превосходит таковой для других видов оформлений. Кроме того, эта работа требует высокой квалификации исполнителя и плохо приспособлена к ¦поточным¦ методам. Однако это ни в коем случае не означает, что построение свернутого рупора находится за пределами способностей подготовленного самоделыцика, не говоря уже о профессионалах, и именно для них предназначена данная статья.
Хотя ранние акустические граммофоны, фонографы, а также первые ¦электрические¦ преобразователи 20-30-х годов использовали рупоры самых разных видов, впоследствии прогресс этого вида оформления практически остановился. Конечно, отдельные фирмы производят рупорные громкоговорители, и редкие статьи в технической прессе вызывают временный подъем интереса, но, за исключением классических трудов Олсона (Olson), Беранека (Beranek) и еще нескольких публикаций, вышедших до 1940 года, информации, доступной желающим спроектировать и построить рупор, крайне мало. Что касается публикаций на русском языке, то их вообще практически нет. Данная статья преследует цель хоть в какой-то степени удовлетворить интерес со стороны энтузиастов.
После краткого исторического обзора в статье будет рассмотрена теория громкоговорителя с рупорной нагрузкой, а также объяснены отправные пункты, принимаемые во внимание при проектировании рупоров. Кроме того, будут изучены различные компромиссы, применяемые при проектировании, в особенности в области способов ¦сворачивания¦ и влияние этих компромиссов на качество звучания.
Предисловие
В течение многих тысяч лет известно, что, если звук пропустить через трубу с маленьким отверстием с одной стороны и большим = с другой, то он заметным образом усилится. С библейских времен человек использовал рога животных и другие встречающиеся в природе ¦рожки¦ как в качестве музыкальных инструментов, так и в качестве мегафона. В 1877 году Томас Эдисон приставил рожок из олова к своему примитивному фонографу, чтобы согласовать крошечные колебания диафрагмы с акустической нагрузкой в виде воздуха в помещении. У большинства людей термин ¦рупор граммофона¦ вызывает в воображении образ ранних граммофонов или фонографов, разработанных примерно между 1890 и 1912 годами, когда все использовали внешний рупор.
В тех рупорах использовалось множество профилей расширения: в самых ранних моделях, главным образом, прямой конический; в более поздних граммофонах этого периода использовали большие расширяющиеся рупоры с прямолинейной или изогнутой осью, в зависимости от длины и общего дизайна всего изделия. Анализ этих ранних рупоров, выполненный на основе современных знаний в области акустики, показывает, что в то время недостаточно хорошо понимали принцип действия рупора как акустического трансформатора. Это тем более удивительно, поскольку лорд Рэлей (Lord Rayleigh) проанализировал ¦передачу акустических волн в трубах изменяющегося сечения¦ в статьях ¦¦ 265, 280 своего классического трактата ¦Теория Звука¦, изданного еще в 1878 году.
Лорд Рэлей в статье ¦ 281 дал анализ прохождения звука через коническую трубу, а также сделал интересное заявление, что ¦если отрезок трубы изменяем, то проблема колебаний воздуха в его пределах вообще не может быть решена¦. В течение первых нескольких лет после публикации результаты лорда Рэлея имели лишь чисто научный интерес, который возрос к рубежу столетий в связи с появлением граммофонов, большинство из которых как раз использовали конические рупоры, как, например, в ранних моделях HMV (известные по рекламе с собакой, слушающей хозяина = His Master’s Voice).
После 1912 года множество производителей представило рупоры, свернутые в той или иной степени, чтобы поместить их внутрь корпуса граммофона. Эти модели из-за их компактности и пригодности в качестве элемента мебели активно присутствовали на потребительском рынке течение следующих 12 лет (даже в те далекие дни энтузиастам было не всегда легко убедить своих жен в том, что аппарат с торчащей из него здоровенной трубой является наилучшим украшением гостиной).»
Перед тем как перейти к техническим вопросам сразу сделаю оговорку: описываемый здесь вариант построения акустики – сугубо компромиссный, и компромисс здесь между размерами, стоимостью, трудоёмкостью и желаемым результатом.
Не секрет, что для получения нормальных «рупорных басов» на частоте 30-50 Гц требуется рупор длиной 5-6 м с площадью устья 2-3кв.м. Для нормальных домов и квартир эти габариты излишни, даже если использовать т.н. свёрнутый рупор — улитку. Кроме всего прочего предпочтительно использовать широкополосные динамики с очень низкой добротностью, не более 0,5 (предпочтительно в районе 0,25-0,3). Стоимость таких динамиков так же не порадует рядового любителя музыки.
Предлагается компромиссный вариант акустики, в котором роль воспроизведения самых низких частот ниже 100 Гц отводится фазоинверторному сабвуферу (для экономии жилого пространства )), а остальные частоты от 100Гц (мидбас, СЧ, ВЧ) воспроизводятся автоакустикой, оформленной в наборные рупорные корпуса среднего размера, выполненные из вырезанных на лазере фанерных профилей, стянутых резьбовыми шпильками. Данное оформление называется back loaded horn (обратнонагруженный рупор). Наиболее реалистичное звуковоспроизведение происходит в тех случаях, когда обеим сторонам диафрагмы «позволено» излучать звук в пространство.
Результат который планируется получить: придание рупорного окраса, чёткости и реалистичности в звучании значительному звуковому диапазону (100-3000Гц), воспроизводимому рупорной акустической системой (АС)), в то время как низкие частоты воспроизводятся сабвуфером, а высокие – твитером без рупорного оформления (в то же время твиттер можно оформить небольшим фронтальным рупором широкого раскрыва).
Выбираем динамики с низкой добротностью, мощной магнитной системой и доступной ценой.
Для экономии места в помещении выберем динамики 6,5′
Как пример из отечественных можно приобрести НОЭМА 100ГДШ65-4 с добротностью 0,48 за 2500тр/шт
По размерам этих динамиков будем делать расчёты корпусов.
Исходные данные:
Диаметр обратно нагруженного рупором динамика: 6,5 дюймов
Расчётная частота рупора: от 100 Гц
Профиль кривой для построения расширения рупора – трактриса (tractrix):
Для компактности АС в расчётах примем расположение колонок в углах комнаты прослушивания.
Расчёт
Рассчитываем геометрические размеры рупора по таблицам из статьи «Проектирование рупорных громкоговорителей»: