|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Бас у автомобілі: нестандартні рішення. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Акустичні системи Як при мінімальних витратах розширити смугу частот, що ефективно відтворюються в автомобільній акустичній системі? Автор, неодноразовий учасник змагань з автозвуку та невтомний експериментатор, пропонує оригінальні конструкторські рішення (з додатком розрахункових формул), які забезпечать помітне покращення "басовитості" акустичної системи без істотного зменшення корисного об'єму багажника. Основна проблема, що виникає при побудові акустичної системи в автомобілі - ослаблене відтворення нижчих частот діапазону. Готовий чи саморобний сабвуфер – найбільш радикальне вирішення "басової" проблеми. Однак коробчатий корпус займає в багажнику чимало місця, а вбудовані конструкції, що повторюють складні криволінійні поверхні автомобіля, дуже трудомісткі у виготовленні. Тому безкорпусні сабвуфери, незважаючи на властиві їм недоліки, як і раніше, популярні. Не останню роль відіграє і простота рішення - для того, щоб встановити задню полицю динамік (для автомобілістів - синонім динамічної головки) в оформленні free air, не потрібно особливої кваліфікації. Однак метод придатний лише для "справжніх" седанів, багажник яких відокремлений від салону перегородкою. В іншому випадку герметичність цього акустичного оформлення дуже умовна, і відтворення нижчих частот погіршується. Крім того, розміри полиці під заднім склом обмежують максимальний розмір динамічних головок, тому круглі головки діаметром 6,5-8 дюймів або еліптичні 6x9 (7x10) дюймів – межа для більшості поширених автомобілів. У хетчбеках цієї проблеми немає, там у задній полиці легко можна розмістити і п'ятнадцятидюймову головку сабвуфера. Але так просто вирішити проблему не виходить. Кліпка задня полиця - це ще півбіди, справжня біда в тому, що об'єм багажника вкрай складно ізолювати від салону. В результаті від такого вирішення більше проблем, ніж виграшу: герметизувати стики полиці з боковинами багажного відсіку та спинкою заднього сидіння неможливо. Акустичне оформлення у разі вже не " умовно - закритий " ящик, а акустичний екран. Внаслідок втрати на витоках "з'їдають" усі переваги великого дифузора. Збільшення потужності, що підводиться, або корекція АЧХ не врятує положення. На щастя, втрати істотні тільки при великій потужності, що підводиться на частотах нижче 50 Гц. Вони знижуються зі збільшенням обсягу багажника (зменшується рівень зміни тиску). Втрати можна зменшити, якщо використовувати динаміки з малим збуджуваним обсягом (меншою площею дифузора і невеликим робочим ходом). Однак їх ефективність мала, так що цей шлях не становить інтересу. Проблему можна вирішити, якщо змінити тип акустичного оформлення. Оскільки в хетчбеках задню полицю для встановлення динаміків все одно необхідно як мінімум зміцнювати, а як максимум - виготовляти заново, то незначне ускладнення її конструкції - не такий вже й великий недолік. Далі пропонуються два варіанти акустичного оформлення низькочастотних головок в автомобілі, що неодноразово перевірені на практиці [1,2]. Смужний гучномовець З точки зору максимальної ефективності найвигідніше застосувати смуговий гучномовець (бандпас). По-перше, цей вид акустичного оформлення не відтворює сигнали поза смужкою пропускання. Тому застосування в тракті сигналу електричних фільтрів, що формують АЧХ сабвуфера, вже не є обов'язковим. По-друге, ККД смугового гучномовця значно вища, ніж в інших видів акустичного оформлення, що дозволить використовувати відносно малопотужний підсилювач. У сукупності ці обставини уможливлюють роботу сабвуфера безпосередньо від головного пристрою (магнітоли). Це є особливо привабливим для тих, хто не хоче встановлювати додатковий підсилювач. Для наших цілей особливо зручна система четвертого порядку, що складається з двох камер - закритої та резонансної, у перегородці між якими встановлена динамічна головка. Як закриту камеру будемо використовувати багажник, а полицю перетворимо на резонансну камеру, з фазоінвертором (рис. 1).
Можливий і зворотний варіант, але реалізувати його нелегко, оскільки можлива негерметичність і особливо змінний об'єм багажника (він залежить від заповнення) впливають на налаштування резонансної камери набагато більшою мірою, ніж на закриту. Та й з'ясувати необхідне для розрахунків точне значення об'єму багажника практично нереально – жоден автовиробник не наводить його з точністю до літра. Нарешті, ККД такого варіанта за результатами моделювання помітно нижче. Бандпас дозволяє гнучко керувати частотною характеристикою акустичної системи. Основні характеристики визначаються резонансною камерою, а об'єм закритої камери можна розглядати як інструмент налаштування резонансної частоти і добротності головки. Однак у нашому випадку набирають чинності певні обмеження: деякі параметри конструкції - "об'єктивна реальність", і довільно змінювати їх не можна. Так, об'єм багажника, що в даному варіанті грає роль закритої камери акустичного оформлення, зазвичай не менше 300 л, і варіювати його важко. На щастя, за відповідного вибору параметрів головки вплив об'єму закритої камери на частотну характеристику можна мінімізувати. Моделювання різних варіантів програмою JBL Speaker Shop дозволило визначити основні співвідношення параметрів (рис. 2):
У пропонованій конструкції обсяг резонансної камери та розміри порту фазоінвертора виходять цілком прийнятними. Збільшення об'єму резонансної камери щодо еквівалентного об'єму звужує смугу пропускання, а зменшення об'єму резонансної камери розширює смугу, але АЧХ стає двогорбою. З урахуванням реальних об'ємів багажника та доступних об'ємів резонансної камери для такої конструкції найкраще підходять динамічні головки з такими параметрами: повна добротність Qts = 0,7...1,0; еквівалентний об'єм Vas = 10...60 л; частота свого резонансу Fb = 40...60 Гц. Цим умовам відповідають не лише "серйозні" динаміки, а й більшість "млинців". Результати моделювання АС "в тому самому багажнику" показані на рис. 3.
Тут видно, що ефективність смугової системи з динамічною головкою, що має зазначені параметри, в області частот нижче 50 Гц помітно вище, ніж закритий корпус (принаймні, теоретично). Частота зрізу закритого корпусу за рівнем -3 дБ всього 42 Гц, а у смугового гучномовця – 27 Гц. У той же час в області найнижчих частот (15...30 Гц) бандпас поступається фазоін-вертору, виконаному в тому ж обсязі корпусу - при цьому нерівномірність АЧХ у смузі пропускання у фазоінвертора вище. Щоправда, у разі фазоінвертора такого обсягу використовувати багажник за прямим призначенням буде дуже важко. Практична реалізація запропонованої конструкції не становить складності. Достатньо поглянути на типову укріплену полицю (рис. 4).
Для перетворення на бандпас їй бракує лише герметичної резонансної камери та фазоінвертора. І незважаючи на значний обсяг резонансної камери, візуально вона не велика: для отриманого в розрахунку об'єму 45 л при розмірах панелі 1,1x,55 м внутрішня висота камери лише 7,5 см! З урахуванням товщини стін загальна висота – не більше 10 см. А таку втрату висоти багажника можна перенести безболісно. Більшість моделей, що моделюють, роблять також і розрахунок порту фазоінвертора, зазвичай тільки круглого перерізу Для розрахунку фазоінвертора без застосування спеціалізованих програм можна використовувати відому формулу [3]
де Fb – частота резонансу, Гц; V - обсяг камери, см3; S - площа порту, см2; l – довжина тунелю (товщина панелі), см; до - співвідношення сторін отвору З позиції технології виготовлення найзручніше робити порт фазоінвертора у вигляді отвору в панелі, без застосування труби. Оскільки ніякі математичні перетворення не приводять формулу до вигляду, зручного для розрахунку розмірів отвору, простіше скористатися методом послідовних наближень. У першому наближенні переріз отвору вибирають у межах 50...70 % площі дифузора (сумарної площі дифузорів, якщо динаміків кілька). Потім визначають частоту налаштування фазоінвертора при заданих товщині панелі та об'ємі резонансної камери. Далі залишається лише кількома ітераціями уточнити площу отвору та загнати результат у "вилку". Для остаточного припасування частоти налаштування (у бік збільшення) зручно використовувати коефіцієнт форми отвору до: його значення в ступені 0,12 дуже повільно зростає, подовженням отвору - не перевищує 1,4... 1,6 навіть для дуже вузьких і довгих щілин ( 1:20...1:50). Якщо в результаті всіх розрахунків площа отвору все ж таки виходить менше 20% площі дифузора, варто збільшити глибину порту, тобто перейти до короткої труби або довгої щілини з бортиком. При цьому потрібно пам'ятати, що відстань від внутрішнього зрізу труби до стінки резонансної камери повинна бути не меншою за її "характерний" розмір, що дорівнює квадратному кореню з площі (той самий корінь з S в знаменнику). Якщо ця умова не виконується, "надлишки" труби доведеться винести за межі корпусу або переглянути геометрію резонансної камери. Можливо, варто збільшити обсяг резонансної камери та повністю повторити розрахунки, починаючи з моделювання. Поясню з прикладу. Для АС, заснованої на наведеному вище розрахунку, використана головка діаметром 25 см з площею дифузора приблизно 380 см2. Необхідно налаштувати порт на 50 Гц. Для камери об'ємом 45 л при товщині панелі 12 мм отвір площею 300 см2 дає налаштування на 104 Гц, при площі 100 см2 частота налаштування знижується до 77 Гц. Подальше зменшення площі отвору небажане, тому доведеться збільшити глибину порту. При тій же площі 100 см2 та глибині 48 мм частота налаштування ще нижче – 67 Гц. Скріпивши серце, зменшуємо площу отвору до 74 см2 (труба із зовнішнім діаметром 100 мм, внутрішнім 97 мм), а глибину збільшуємо до 110 мм. Площа отвору становить 19% площі дифузора, частота налаштування - точно 50 Гц. Результату досягнуто, але не найкращим чином. Оскільки внутрішня висота корпусу дорівнює 7,5 см, а характерний розмір труби - 8,6 см, вся вона повинна бути поза резонансною камерою. Перевага розглянутого варіанта акустичного оформлення в тому, що параметри АС фактично не залежать від завантаження багажного відсіку (приблизно до половини його обсягу). Однак реалізувати фазоінвертор без труби можливо не з усіма типами головок, що є певним недоліком. А труба, що стирчить із задньої полиці, - естетика прямо-таки авангардистська. Втім, мистецтво (і музика зокрема) потребує жертв... Акустичні навантаження в АС (Плоский резонатор) А якщо підійти до проблеми з іншого боку – винести резонансну камеру поверх полиці? Звичайно, динамічні головки повинні відповідати вже наведеним раніше вимогам: повна добротність в інтервалі 0,7...1, помірно жорсткий підвіс, невисока частота основного резонансу. Найпростіший варіант резонансної камери – плоский акустичний екран, розміщений у безпосередній близькості перед дифузором. Маса повітря під екраном поводитиметься так само, як і в трубі фазоінвертора - коливатиметься. А роль порту гратиме щілина по периметру екрану. У першому наближенні можна вважати цю конструкцію варіантом резонатора Гельмгольця, і для розрахунку можна використовувати ту саму формулу (1), але в перетвореному вигляді - для варіанта "без труби":
де Fb – частота резонансу, Гц; Vc - об'єм камери, см; Sb – площа порту, см2; k – коефіцієнт форми отвору (k = 1-1,25). Однак, для розрахунку екрану формула в такому вигляді вкрай незручна, оскільки всі величини правої частини пов'язані між собою. Крім того, незрозумілий ступінь і навіть напрямок впливу тих чи інших параметрів. Тому були виведені зручні формули для розрахунку екрану (виведення формул та аналіз наприкінці статті). Для попереднього розрахунку площі екрану застосуємо таку формулу:
де S – площа екрану, см2. Як видно, у формулі (3) фігурує лише площа екрану. А куди зникли інші параметри? Ретельний аналіз показав, що частота налаштування слабко залежить від форми екрана та висоти його установки (перебудова в межах 10% від середнього значення). Тож попереднього розрахунку досить врахувати середні значення цих параметрів величиною коефіцієнта в чисельнику. А для остаточного розрахунку застосувати точну формулу (4), яка наведена далі. Неважко підрахувати, що для частот нижче 120 Гц площа екрану над полицею перевищує 1,2 м2 і подальше зниження частоти налаштування обмежено розмірами автомобіля. Точно частота налаштування визначається за формулою
де h – висота установки екрана, см; j – коефіцієнт форми екрану, рівний: 2,03 – для круглого екрану; 2,17 – для квадратного екрану; 2,25 – для прямокутного екрану з подовженням 2:1. Для експериментальної перевірки екран розмірами 0,99x0,46 м було встановлено на посиленій задній полиці автомобіля ІЖ-2126 "Ода". Проектна частота налаштування для розрахунку за формулою (3) була обрана 200 Гц, уточнена за формулою (4) - 215 Гц. У процесі регулювання та прослуховування з'ясувалося, що оптимальна висота установки екрана лежить у межах 25...40 мм. Цей захід дозволив усунути "провал" АХЧ в області середнього басу і згладити резонансний пік, властивий застосованим голівкам. Ескізи деталей полиці не наводяться, оскільки для автомобілів інших марок розміри будуть іншими. Екран виготовлений з фанери завтовшки 9 мм, для збільшення жорсткості з нижньої сторони екрана встановлений алюмінієвий куточок 20x20 мм. До полиці екран прикріплений шістьома довгими болтами з фланцевими гайками, що дозволяє регулювати висоту установки (рис. 5).
Зрозуміло, що така конструкція не зможе замінити сабвуфер, зате дозволяє покращити відтворення НЧ нижче 200 Гц навіть від недорогих динаміків. Саме тому ідею автора підхопили, і в низці міст Росії в автосервісах навіть налагоджено дрібносерійне виробництво екранованих акустичних полиць для найпоширеніших автомобілів. Крім покращення роботи в низькочастотному діапазоні, для споживачів важливо і те, що динаміки в такій полиці не видно і автомобіль не привертає уваги зловмисників. І зверху можна покласти щось, не перекриваючи дифузор. Пояснення та коментарі з висновком формул (3) та (4) Для фазоінверторів щодо великої площі (коли характерний розмір порту набагато перевищує його глибину) у формулі (1) член I можна прийняти рівним нулю:
де Fb – частота резонансу, Гц; Vc – об'єм камери, см3; Sb – площа порту, см2; k – співвідношення сторін отвору. Зазвичай у літературі ця формула наводиться в дещо іншому вигляді (2), де k (вже без ступеня!) називається коефіцієнтом форми отвору та наводяться його граничні значення: 1 – для круглих та квадратних отворів та 1,25-для довгої щілини. Суть розрахунку від цього змінюється; вказівка граничних значень зручна для практичних цілей, але приховує фізичний зміст цього коефіцієнта. Для формули в традиційному поданні випадок плоского екрану взагалі не розглядається, відповідно, значення коефіцієнта для такої конфігурації в довідниках не зазначено, що ускладнює аналіз. У первісній публікації [2] ця обставина сприяла помилці та хибним висновкам (у які, власне, ніхто з читачів і не вникав - практика була переконливішою за теорію). Для зручності подальшого аналізу введемо коефіцієнт "ідеальності" форми екрану i:
де Р – периметр екрану: S – площа екрану. Для кола він мінімальний і дорівнює 3,54, для квадрата – 4, для прямокутника із співвідношенням сторін 2:1 – 4,24. Подальше подовження екрана не має сенсу навіть з міркувань компонування. Квадратний корінь із площі екрану - не що інше, як його "характерний" розмір:
Порт в даному акустичному оформленні - не отвір, це межа між об'ємом повітря під екраном та навколишнім простором. Тому площа цього "кільцевого" порту - це добуток периметра екрана на висоту його установки. У той же час об'єм під екраном - це твір площі на висоту установки. Виразимо площу порту через периметр екрану і висоту його установки h, а об'єм камери - через площу екрана і ту саму висоту установки. Співвідношення сторін отвору – це відношення периметра до висоти. Переходячи до "ефективного" розміру та коефіцієнта, отримаємо
Підставивши вираз (6) для "характерного" розміру, остаточно отримаємо
Вплив форми екрану та його розмірів Залежно від форми екрана чисельник формули (7) прийматиме наступні значення: круглий екран - 2,03; квадратний екран – 2,17; прямокутний екран з подовженням – 2:1 – 2.25. Таким чином, при одній і тій же площі екран круглої форми забезпечуватиме мінімальну частоту налаштування. У цілому нині вплив форми екрана незначно - за переходу від кола до квадрату тієї ж площі частота налаштування зростає лише на 7 %. Вплив висоти установки також незначний - при зміні від 3 до 15 см частота налаштування знижується на 7 %. Подальше збільшення висоти установки екрана не має сенсу. Площа екрану виявляється найдієвішим механізмом налаштування Підставивши середні значення висоти установки та коефіцієнта форми, отримаємо зручну формулу для попереднього розрахунку
де Fb – частота резонансу, Гц; S – площа екрану, см2. література
Автор: А.Шихатов, м.Москва
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Інтерактивна панель Huawei IdeaHub S2 ▪ Нові джерела безперебійного живлення Schneider Electric ▪ Електрон вивчає наноструктуру ▪ У Канаді збудують точний детектор темної матерії
▪ розділ сайту Попередні підсилювачі. Добірка статей ▪ стаття Формат Dolby Digital. Мистецтво відео ▪ стаття Де і коли з'явилася стрічка (бандероль) на сигарах? Детальна відповідь ▪ стаття Кассава. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Характеристика автоматичних вимикачів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Рух назустріч силі. Фізичний експеримент
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page