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.

оформление открытый корпус ldsound.info (1)

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 ∙ Sэфф ∙ m0)          [1]

а глубина  оформления для  получения нужной резонансной частоты:

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

оформление открытый корпус ldsound.info (2)
Рис. 2. АЧХ головки в ОЯ с задей стенкой из:
1 – без задней стенки; 2 – слой поролона 5 мм; 3 – слой поролона 15 мм;
4 – электрокартон 3 мм; 5 – электрокартон 3 мм со слоем поролона 20 мм;

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/(fгр.н.2 ∙ φ2(Q)),          [3]

где φ(Q) – некоторая функция от Q, при 1,93<Q<2,5 приближенно равна Q; fгр.н. – определяется по рис. 3; вместо частоты f0 необходимо подставлять частоту f02, определяемую из [1].

оформление плоский экран (щит) ldsound.info (1)

Рис. 3. Зависимость fгр.н. от Q.

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

где f02 определяется из [1].

оформление открытый корпус ldsound.info (3)

Рис. 4. АЧХ головки в открытом оформлении
с различным числом отверстий (n) диаметром 20 мм в задней стенке.

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 — 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.

оформление открытый корпус ldsound.info (4)

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:

Nдб=10lg(S’/S)          [5]
где S – вычесленная по формулам выше площадь экрана;
S’ – фактическая площадь экрана.

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

  1. Из  формулы fгр=1,4с(∏/d) находим граничную частоту: fгр.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; fгр.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 fгр.н. равном 6 дБ, по формуле [5] находим, что S’=0,02 м2.
  7. Выбираем размер передней панели равным 0,17х0,12 м2.

15 комментариев: Открытый корпус – акустическое оформление

  1. Сергей Гудков пишет:

    Посмотрел Рис. 5. и стало понятно, почему СЧ боксы делают в виде стаканов, а не сфер.

  2. А.Б. пишет:

    Вы сделали неверные выводы из рисунка 5.

    • Сергей Гудков пишет:

      А.Б., из рисунка 5 очевиднее было бы написать – теперь понятно почему СЧ боксы всегда сферические, тогда вопроса и не было, а там цилиндр ведь. Забитый ватой он превращается в сферу

      • А.Б. пишет:

        Речь не идет о форме ящика внутри. Картинки показывают некий результат взаимодействия звуковой волны и фронтальной панели морды лица акустического оформления. Иначе говоря, игры дифракции.
        А что там внутри стакана- важно скорее владельцу стакана, нежели динамику.

        • Сергей Гудков пишет:

          А.Б., в первом комментарии у меня опечатка, я забыл “НЕ”, Посмотрел Рис. 5. и стало непонятно… ведь делали сферические боксы для Веги. Но вот посмотрел самые именитые брендовые акустические системы, они об это не думают, они не только в большинстве прямоугольные, так ещё и динамик всегда на оси симметрии, чтобы на это сказали инженеры акустики О.Салтыков и Р.Керно?

          • А.Б. пишет:

            Полусферическое дно кастрюльки вместо плоского дна цилиндра несколько убавит резонанс трубы, в которой работает средник. Да и сфера (полусфера) имеет наименьшую площадь поверхности , значит и материала уйдет меньше.

            • Сергей Гудков пишет:

              А.Б., когда вы работали в БЭК ВНИИРПА какой измерительной аппаратурой пользовались? там наверно Брюль и Къер

              • А.Б. пишет:

                Угадали. Микрофон М-101, клон Брюля 4145 , микрофонная станция к нему. Измерилка- на базе компа.

                • Сергей Гудков пишет:

                  101й это вроде совковый? т.е. ничего особенного в их измерилке не было? Не было всяких сертифицированных калиброванных постоянно поверяемых аппаратов и лицензионного программного обеспечения и штата метрологов для их обслуживания?

                  • А.Б. пишет:

                    Вы за мульон рублей не отличите настоящего Бруля от нашего М101. Отличить можно, если рядом положить оба и то не факт. И ачх у них идентичные.
                    В штате работников безэховой камеры НИИРПА были все положенные по штату работники, аппаратура поверялась и калибровалась. Я не входил в штат сотрудников. Потому как проезжий вольный индеец с микрофоном , сам по себе кот. Ко мне какие вопросы? Главную мысль донести можете? А то я мимо .

              • Игорь пишет:

                ВНИИРПА делал свои микрофоны и лучше Брюль и Къер, была микрофонная измерительная камера, и самописцы были собственной разработки с погрешность 0,5 дцб.

                • А.Б. пишет:

                  Перед поездкой в Петербург в конце 2007 года получил замеры динамиков той самой колонки , доставленной в безэховую камеру. Сравнил их со своими исходными замерами , отличий не выявлено. Разница лишь в измерительном сигнале: свип-тон + перьевой самописец НИИРПА – и шум +анализатор спектра моей измерилки.
                  Замеры хранятся в архиве, можно представить.

        • Сергей Гудков пишет:

          вот например

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.