Данная статья входит в серию публикаций Там, где живут басы.
Как быстро минули три года с тех пор, как мы, вооружившись плащами и зонтиками, загрузив в старую резиновую байдарочку изрядное количество “Довганя” (как почему-то заметил один из наших читателей), а также мешок писем, создавали с лохматой подругой “Имитацию отпуска” (см. “AM” №4 (9) 96, с. 67).
Давно покоится на десятиметровой глубине наше славное плавсредство, поименованная шестидесятипроцентная вода почему-то напрочь исчезла из продажи несмотря на нашу скрытую рекламу…
Луша. А письма все идут и идут, и отпуска как не было, так и нет…
Как когда-то и обещали, мы отвечаем иа письма по нашему циклу статей Там, где живут басы; начнем с послания Игоря Хайруллина из Москвы.
Обладая некоторой технической подготовкой и непочатым радиотехническим образованием, с удовольствием читаю статьи е вашем журнале, [касающиеся] технических вопросов, как, впрочем, и другие. Например, нравятся статьи, посвященные описанию и объяснению принципов работы разных аппаратов. В последних номерах радует появление серии статей, [где описываются] принципы работы акустических систем разного типа. И все было бы хорошо, но удивляет недосказанность, недопонимание основных моментов, остающееся после прочтения. Например, в статье написано, кем и когда был запатентован тот или иной принцип построения акустического оформления, далее следуют пространные объяснения достоинств и недостатков этого принципа. Но сам принцип, его физическая суть так и остается скрытой от читателя. Насколько мне известно, практически все макрофизические явления можно объяснить, как говорится, “на пальцах”, что было бы небесполезно сделать и в данном случае. Далее я постараюсь пояснить свою мысль.
В статье “Там, где живут басы (2)” написано буквально следующее: “Представим, что диффузор «летит» внутрь корпуса. Но и труба фазоинвертора в это время всасывает воздух…”. По прочтении этого места, у любого нормального человека, имеющего основы технических знаний, должно что-то замкнуть в голове. Если дуть в трубу, то трудно ожидать, что с другого ее конца воздух также будет всасываться — скорее наоборот. Я полагаю, что в момент появления сигнала так и будет: при движении диффузора внутрь корпуса воздух из фазоинвертора будет выходить (кстати, если это так, то вот еще один недостаток фазоинвертора). Но для процесса колебаний диффузора, видимо, это утверждение становится не совсем верным. Не так уж [сложно], полагаю, было бы пояснить, вследствие каких явлений противофазные колебания диффузора и воздуха в фазоинверторе переходят в синфазные (или близкие к ним). Связано ли это с размерами корпуса, расстоянием между диффузором и фазоинвертором? Если связано, то каким образом и почему?
Луша. Удивляюсь, как один человек может задать столько вопросов? А с “недоговорением” он вас с И. А. действительно здорово подцепил. Кстати, Костик, хочешь анекдот свеженький? Подруга в бане рассказала…
Едет на лодке глухонемой дворник с собачкой. Собачка и так на него посмотрит и эдак — а он все глаза отводит.
— Слышь,— говорит собачка,— Герасим… Чего-то ты сегодня не договариваешь…
К. К. Ну и?..
Луша. А вот, я думаю, и волнуются читатели, что мол, раз не договорили, другой не договорили…
К. К. ???
Луша. А потом кирпич на шею и концы в воду…
К. К. Ну слава Богу. А я уж думал, мы в технике где-то ошиблись.
Теперь по существу. С физической сутью — прав читатель Хайруллин. Исправимся. А чтобы в голове не замыкало, объясним ситуацию.
Прежде всего — для анализа принципов работы АС мы выбрали самый простой способ — синусоидальное воздействие. Понятно, что, если диффузор совершает очень медленные синусоидальные колебания, будет так, как пишет Игорь: диффузор двигается внутрь, а воздух из фазоинверсного отверстия — наружу. Диффузор при этом не чувствует “противодействия воздуха”, то есть оказывается раздемпфированным. Теперь пусть частота повышается. Понятно, что между двумя колебательными процессами (диффузора и воздуха в трубе) появляется и все увеличивается фазовый сдвиг: колебания воздуха в трубе отстают все больше. Отставание это тем значительнее, чем выше инерционность воздуха в трубе и чем меньше упругость воздуха в ящике. Понятно, что рано или поздно возникнет частота, при которой “всасывание” воздуха трубой будет соответствовать во времени движению диффузора уже не наружу, а внутрь. Понять, что решающее значение в этом процессе имеет упругость воздуха, несложно. Устремите упругость к бесконечности…
Луша. То есть, залейте все водой?
К. К. …и уже практически на любой частоте инверсия фазы будет невозможна. Диффузор будет загонять воду внутрь, а дырка синфазно выливать ее наружу.
Суть функционирования фазоинвертора заключается в том, что частота инверсии фазы не просто присутствует, но выбирается равной одной из характерных частот двух связанных колебательных систем, первая — диффузор, а вторая — масса воздуха, присоединенная к трубе и “висящая” на пружине — упругости воздуха в ящике. В этом случае процессы носят выраженный резонансный характер, мы наблюдаем максимум в излучении трубы и одновременно максимум демпфирования диффузора, что позволяет ему не просто гонять воздух, а отдавать максимальную колебательную энергию.
В широком диапазоне ни изменение формы ящика, ни расстояние между головкой и отверстием роли не играют. На характерных частотах в ящике идет упругий газодинамический, а не волновой (как, например, в трансмиссионной линии) процесс. Все составляющие процесса могут рассматриваться как элементы с сосредоточенными параметрами. Наиболее простая аналогия — колебания грузика на пружине:
Ясно, что ход процессов будет определяться именно упругостью пружины, а не ее длиной. Кстати, взяв пружину помягче и имея руки по-шустрее, вы многое сможете понять в работе фазоинвертора, поставив несложные опыты с колебаниями.
Луша. А вот многие наши читатели считают, что “руки по-шустрее”— это обязательно что-либо из серии “сделай сам”. С подобными просьбами к нам обращаются Марат Валеев из Казани, Сергей Распопов из Самары, А. Ситников из Новгорода, Валентин Скворцов из Киришей (Ленинградской области) и многие, многие другие.
К. К. Чувствую, подруга, здесь без фанеры, пилы и клея не обойдется. Порывшись в лабораторном хламе, мы с М. А. Сергеевым нашли неплохую отечественную головку типа 200ГДН-1.
В паспорте головки была указана резонансная частота (35 Гц), а вот про величину добротности Qts в отечественных паспортах любят писать что-нибудь вроде 0,5 (±0,2) — с такой точностью не то что фазоинвертор, закрытый ящик не спроектировать.
В связи с вышеизложенным мы с М. А. измерили все что нужно и получили:
Fs = 38 Гц;
Qts = 0,33;
Vas = 112 л.
Луша. А неплохую головку выпустила паша промышленность!
К. К. Особенно если учесть, что купили мы ее за $12.
Известно, что последие статьи про АС я пишу вместе с И. А. Алдошиной, без которой этот труд был бы для меня тяжеловат. Достав из пыли головку, я спросил у И. А., слышала ли она про такие и видела где-нибудь. Oтвет был более чем скромен: “Какая же это … головку из ВНИИРПА стащила и вам продала” меня чуть-чуть позабавила. Попятно, конечно, что вопрос мой был не продуман: И. А. в те времена как раз была главным разработчиком этих 200ГДН-1.
Луша. Меня, положим, купили за $5, хотя рядом продавались собачки и по одному… Но вчера…
К. К. Воспользуемся формулами из наших с И. А. статей:
Vb = Qts2,87 x 15Vas = 0,043 x 15 x 112 = 72 л
fb = Qts-0,92 x 0,42fs = 2,76 x 0,42 x 38 = 43,5 Гц
fзачх = Qts-1,43 x 0,26fs = 4,85 x 0,26 x 38 = 47 Гц
Для определения параметров трубы удобнее воспользоваться номограммой со с. 151 в “AM” №3 (26) 99, откуда имеем: L = 20 см, d = 15 см.
Габаритные размеры корпуса — произвольные, главное, чтобы и головка и труба успешно разместились и объем ящика соответствовал Vb.
Наш ящик был сделан из 18-миллиметровой многослойной фанеры (передняя панель — два слоя фанеры, проклеенных и стянутых шурупами, то есть 36 мм). Кстати, подойдет и ДВП (MDF). Стенки собраны в шип, то есть после выполнения ряда 18-ти миллиметровых запилов. Возможны и другие варианты. Передне-задние, верхне-нижние и боковые панели дополнительно укреплены стяжками и распорками, стяжка — стальной прут диаметром 8 мм, распорка — брусок, сделанный из березы. Внутренние стенки оклеены мягкими ватно-марлевымн ковриками толщиной 6 см (всего около 2 кг технической ваты). Если использовать 30-ти миллиметровую ДВП, никакого дополнительного укрепления, может, и не потребуется.
Все измерения проводились в салоне “Автоаудиомастер” на Обводном канале, где мы с подвернувшимся как нельзя более кстати М. А. обнаружили также красавицу-головку не отечественного производства JL Audio 15W6, тоже диаметром 15 дюймов, и, конечно, тут же ее обмерили:
fs=17 Гц;
Qts=0,78;
Vas=258 л.
Теперь:
Vb=1935 л;
fb=9 Гц;
fs=6,5 Гц
Какой же из всего этого можно сделать вывод?
Луша.:
- Расчетные объемы ящиков Vb соотносятся примерно как цены динамиков.
- Частота настройки во втором случае рассчитана в основном на психотронный эффект.
- Головку надо ставить в автомобиль, при этом авто используется как двухкубометровая колонка, а музыку слушают вокруг.
К. К. И наконец, четвертое и самое главное. Первая головка как нельзя лучше подходит для мощного и компактного сабвуфера. Импортная красавица, наверное, лучше подойдет для другого оформления, скорее всего — типа free air. Замечу, кстати, что частота среза отечественного сабвуфера вышла не низкой, что говорит о реализации характеристики квазитретьего порядка. Это обеспечит упругий, незатянутый бас и огромную (что усугубляется высокой чувствительностью головки) отдачу. Замечательная компактность сабвуфера позволит использовать его в небольших (до 50 м3) помещениях, приставляя к нему сверху мини-мониторы вроде “Acoustic Energy I Ser. II” или “Castle Isis”.
Продолжим чтение писем об АС. Пишет нам читатель В. Скворцов из города Кириши:
В своем стремлении все предельно упростить не перегибаете ли вы палку? Неужели весь звук определяется горсткой параметров Qts. Vas, fs? Неужели ничего не зависит от конфигурации АС? от хода диффузора, его площади, толщины стенок и т.п.? Лет 20 назад, будучи еще совсем молодым, я пытался сделать АС с басами на паре 8ГД-1. На настройку фазоинвертора на слух ушел почти год… Собираетесь ли вы продолжать теоретизировать или все же попытаетесь рассчитать какой-нибудь ящик?
Луша. Ага… Значит с предыдущей коробочкой с 200ГДН-1 мы в точку попали! Вот вам г-н Скворцов… Восемь гэдэ-один, восемь гэдэ-один!..
К. К. (продолжает цитировать письмо):
Категорически не согласен с тем. что АЧХ и ФЧХ в АС связаны однозначно, хотя в глубине души понимаю, что в этом что-то есть. Иначе почему же колонки с очень похожими АЧХ звучат по низам совсем различно?
Луша. Да. этот Кулибин не уймется! К. К., когда отвечать-то будешь?
К. К. – Да я уж и не знаю, с чего начать…
Конечно, читатель всегда прав. “Горстка параметров” (Qts, Vas, fs) позволяет оценить необходимые параметры АС [Vb, fb, fзачх] с точки зрения неплохой, но весьма ограниченной модели. Действительно, площадь и ход диффузора, диаметр и площадь сечения трубы при этом могут быть различными, но ведь мы нигде и не писали, что комбинация (Qts, Vas, fs) однозначно определит звучание!
Комбинация (Qts, Vas, fs) + [Vb, fb, fзачх] уже многое скажет о АЧХ, ФЧХ и импульсном отклике, особенно если [Vb, fb, fзачх] не связано с (Qts, Vas, fs) приведенными нами формулами. Но звучание — это для ушей, а не для формул.
Теперь еще раз об АЧХ и ФЧХ. Согласен, что многие устройства из области аудиотехники минимально-фазовыми не являются. Таковы, например, существенно нелинейные системы: проигрыватели CD, магнитофоны; даже линейную цепь с перекрестными связями можно считать не минимально-фазовой.
Но здесь дело не в этом. Как мне кажется, фазоинвертор с небольшой натяжкой можно считать минимально-фазовой цепью, АЧХ которой связана с ФЧХ простейшим образом — через преобразование Гильберта. Но: и АЧХ и ФЧХ должны быть измерены во всем частотном диапазоне — от нуля герц, – тогда не будет проблем, обычно же их так не измеряют, в результате чего и получаются “очень похожие АЧХ”.
По долгу службы мне приходится разбирать и ремонтировать очень много АС. Начинку их я знаю почти наизусть. Нередко при вскрытии оказывается, что многие, в том числе и облизанно-разрекламированные вами системы внутри представляют плачевное зрелище: тонкие плохо прикрепленные провода, катушки чуть ли не со стальным сердечником, отсутствие хорошего “ватника” и т.д. С чем это связано и не дурят ли нашего брата?
Луша. Дурят. Конечно дурят! Кстати, хочешь еще анекдот?
Патологоанатом после очередного удачного вскрытия в недоумении чешет репу, приговаривая: “Странно… А человеком ведь был хорошим…”
К. К. Ну, подруга, у тебя сегодня и юмор. Хотя в оценке “дурят” ты не ошиблась. Видели мы немало хваленых колонок, разбирать которые никому не рекомендуем. Все безобразие внутри АС — в угоду дешевизне и технологичности. С большой вероятностью можно ожидать, что если применить толстенные провода, катушки с воздушным сердечником, конденсаторы с хорошим диэлектриком (и уж тем более не электролиты), обеспечить отличное демпфирование, то звук будет лучше.
Или хуже. М. А. сказал бы, как фишка ляжет… И, в общем, оказался бы прав. Одно дело — наука, техника и технология, там лучше не делать грубых ошибок, другое — звук, где уши играют весьма немаловажную роль.
Луша. Но я бы все равно предпочла делать все по уму.
К. К. А пока — до следующих писем.
