Открытый корпус – акустическое оформление

Открытым акустическим оформлением (ОЯ) головки называется такое ее оформление, при котором задняя сторона звукоизлучающей поверхности диффузора головки не изолирована акустически от передней.  В  качестве открытого оформления   применяется ящик, обычно имеющий форму параллелепипеда, с перфорированной задней стенкой или с полным ее отсутствием.

Самый распространенный вид открытого акустического оформления — ящик, у которого задняя стенка имеет ряд сквозных отверстий или же полностью отсутствует. Головка устанавливается обычно на передней панели ящика. Его внутренний объем, как правило, используется для размещения деталей электрической схемы, например радиоприемника. Выносные АС в виде открытых корпусов применяются реже. Акустическое действие открытого оформления подобно действию экрана. Наибольшее влияние на частотную характеристику акустической системы с открытым оформлением оказывает передняя стенка, т.е. та, на которой крепится головка. Вопреки довольно распространенному мнению боковые стенки открытого оформления влияют на характеристику открытого оформления мало. Поэтому не рекомендуется делать открытое оформление глубоким, а надо стараться по возможности увеличивать переднюю панель оформления. На рис. 1 показаны различные частотные характеристики АС с открытым оформлением в зависимости от его глубины. Обычно открытое оформление выполняют такой глубины, чтобы головка помещалась в нем с некоторым технологическим запасом (20% от глубины головки). При этом «вклад» баковых стенок в суммарное звуковое давление открытого корпуса составляет 1-3 дБ.

Рис. 1. АЧХ динамика в открытом оформлении, с разной глубиной боковых стенок (h).

Однако было установлено, что наличие боковых стенок создает эффект снижения резонансной частоты открытого оформления с увеличением его глубины, которое происходит за счет присоединения части массы воздуха внутри оформления к массе подвижной системы головки. Резонансная частота в этом случае:

f₀₂ = f₀/√(1+ρ ∙ h ∙ S_эфф ∙ m₀)          [1]

а глубина  оформления для  получения нужной резонансной частоты:

h=((f₀²/f₀₂²)–1) ∙ (m₀/ρ ∙ S_эфф)          [2]

Конечно, если сделать оформление очень глубоким, то оно может действовать как труба, резонирующая на ряде частот, тем более низких, чем больше длина трубы. Естественно, что это не­желательно, поскольку такие резонансы являются причиной появления пиков и провалов на частотной характеристике АС.

Размеры передней панели, как уже говорилось, желательно иметь как можно больше. Ограничением здесь являются только соображения удобства размещения и пользования. Что касается места установки головки на передней панели, то рекомендации тут такие же, как при плоском экране.

Площадь передней панели открытого акустического оформления с учетом влияния глубины оформления h может быть найдена как:

S = 0,125c²/(f_гр.н.² ∙ φ²(Q)),          [3]

Рис. 3. Зависимость f_гр.н. от Q.

При Q<1,93 выражение [3] упрощается: S=0,125с²/(f₀₂² ∙ Q²),          [4]

где f₀₂ определяется из [1].

Имеется еще один элемент открытого оформления, который может влиять на работу открытой АС. Это задняя стенка оформления, которая служит для защиты элементов схемы радиоустройства. Она должна быть по крайней мере такой, чтобы не ухудшать акустические параметры системы. На рис. 2 приведены частотные характеристики  АС  с открытыми  корпусами  с  задними стенками, выполненными из различных материалов (с разной их толщиной). Как видно, материал и толщина задней стенки сильно влияют на частотную характеристику открытой системы. Акустические параметры открытой АС зависят также и от размеров и числа перфораций (отверстий) в задней стенке.

На рис. 4 приведены частотные   характеристики АС в ящиках с различным числом перфораций в поверхности задних стенок. Для оценки влияния перфораций вводится термин — степень перфорированности задней стенки, А₀/А — это отношение общей площади равномерно распределенных отверстий А₀ к площади задней стенки А. Степень перфорированности задней стенки должна составлять не менее 0,1 для оформлений с объемом оформления 5 л  и 0,15-0,20 для оформлений с объемом менее 5 л.

Конфигурация оформления оказывает большое влияние на форму частотной характеристики на средних частотах, вызывая появление многочисленных пиков и провалов при неудачной конфигурации. Это хорошо видно из рассмотрения графиков на рис. 5, где приведены частотные характеристики для разных конфигураций оформления: сферического (шара), куба, усеченной пирамиды, параллелепипеда. Наиболее благоприятная форма — сфера. Приведенные характеристики следует иметь в виду при выборе конфигурации оформления, хотя из конструктивных соображений редко можно применить благоприятную форму из числа приведенных на рис. 5, за исключением параллелепипеда. Из эстетических соображений размеры оформления в виде параллелепипеда часто выбирают так, чтобы размеры лицевой панели (длина и ширина) и глубины относились как.

Рис. 5. АЧХ головки в корпусах различной формы, точка – расположение динамика.

Обычно экраны выполняют меньших размеров, чем рекомендовано по вышеприведенным формулам. Тогда на нижней граничной частоте следует ожидать спада АЧХ:

Пример расчета. Требуется рассчитать размеры передней панели открытого оформления глубиной h=80 мм для головки 0,5ГД-37 (см. предыдущий пример).

1. Из  формулы f_гр=1,4с(∏/d) находим граничную частоту: f_гр.в.=(1,4 ∙ 343) / (3,14 ∙ 0,08)=1920 Гц.
2. По  [1]  определяем резонансную частоту головки в открытом оформлении с учетом его глубины: f₀₂=315 / √ (1+(1,3∙0,08∙3,14∙(0,04)²/(1,2∙10^-3)) Гц.
3. По графику на рис. 3 находим  нижнюю граничную частоту воспроизводимого диапазона при Q=2,3; f_гр.в.≈260 Гц.
4. По графику на рис. 1 находим разность уровней пик-провал: N=1,0 дБ.
5. φ(Q)≈Q=2,3.
6. По   формуле [2] определяем площадь передней панели оформления: S=(0,125 ∙ 343²) / (260² ∙ 2,3²)=0,041 м². При спаде на частоте f_гр.н. равном 6 дБ, по формуле [5] находим, что S’=0,02 м².
7. Выбираем размер передней панели равным 0,17х0,12 м².