Резонанс салона применительно к SPL

[Nastradamus]

Как известно, автомобиль, как и любое другой физическое тело, имеет основной резонанс и целый ряд второстепенных, малых резонансов. В приложении к SPL – соревнованиям нас прежде всего интересует именно основной резонанс. Если вспомнить школьный курс физики, то мы увидим, что резонанс – это резкое многократное увеличение амплитуды колебаний физического тела. То есть, логично было бы предположить, что если мы поставим резонанс себе на службу, то получим значительное увеличение звукового давления. Остается вопрос – как определить этот самый резонанс? Тут есть две стороны медали. Первая – все очень просто, резонанс большинства легковых автомобилей среднего размера (например, ВАЗ 2109, ВАЗ 2112 и др.) находится в диапазоне 48-55 Гц. Это факт, проверенный многолетней практикой многих опытных эспиэльщиков, ориентируйтесь на эти цифры при построении своей первой SPL – системы, и все будет хорошо. Вторая сторона медали – все очень сложно! Во-первых, резонанс нужно знать очень точно, во-вторых, нужно знать резонанс салона на том уровне громкости, на котором планируется выступать, так как с повышением звукового давления меняется поведение кузова авто, появляются мощные деформационные силы, влияющие на резонансные явления в металле. Как же быть, ведь так не хочется терять драгоценные децибелы?

 

Предлагаю следующий метод определения резонанса. Для него нам потребуется поместить наш сабвуферный динамик в оформление ЗЯ (закрытый ящик) и диск с нарезкой частот от 30 до 70 Гц с интервалом в 1 Гц. Сначала выносим наш ЗЯ на улицу и слушаем частотную нарезку, замечая, на какой частоте получается самый громкий звук (хотя конечно в идеале нужно этот замер делать не ушами, а инструментально, но уж если нет измерительного прибора, то хотя бы так). Рисуем для себя АЧХ (амплитудно-частотную характеристику). Затем помещаем наш ЗЯ в автомобиль в такое положение, в котором будет стоять наш будущий «боевой» ящик (почему именно так, мы поговорим чуть ниже). Закрываем все окна и двери. Снова слушаем частотную нарезку, определяя самую громкую частоту и рисуя для себя АЧХ. Полученные АЧХ на улице и в машине сравниваются. Частота, на которой различия в АЧХ будут максимальны и будет искомой частотой резонанса.

Следующее полезное явление, которой мы просто обязаны поставить себе на службу – это так называемые стоячие волны (хотя наибольшее влияние эти волны оказывают в седанах и экстремальных установках, где динамики устанавливаются в стенки). По сути это тоже резонанс, но в резонанс входит не кузов авто, а наполняющий его воздух (описание грубое, но наиболее точно приближено к действительности). Частота возникающей с салоне авто стоячей волны зависит от геометрических размеров салона. Для его определения вооружимся рулеткой и померяем длину салона от лобового до заднего стекла. Умножим полученное значение в метрах на 4. Теперь скорость звука в воздухе (340 м/с) делим на полученное измерениями значение (это получается нужная нам длина волны) и получаем значение частоты в герцах. То есть, допустим расстояние от лобового стекла до заднего – 1,9 метра. Умножаем на 4. Получится 7,6. Теперь 340 делим на 7,6 и получаем 44,7 Гц. Это и есть частота, на которой в салоне будет возникать стоячая волна. Итак, мы определили что, допустим, резонанс салона у нас 50 Гц, а стоячая волна образуется на 36 Гц. Возникает вопрос – и все-таки, на какую же частоту настраивать порт и какая частота будет боевой? Тут есть маленькая хитрость, которая работает с большой вероятностью в большинстве хэтчбэков – в качестве частоты настройки порта мы выбираем примерно среднее значение от этих двух частот, в данном случае это будет 43-44 Гц. Почему именно так? Да потому что при замерах пик амплитуды будет как раз на частоте резонанса салона! В него мы и будем «стрелять» на замерах, надеясь получить максимальный результат.

Что же касается соревнований в формате ЕММА ESPL, тот тут все несколько сложнее. Потому что замеры проходят на музыкальном материале, и зачастую спортсмены не знают, какой трек выберут судьи для соревнований. Тут уж спортсмен сам решает, на что ему сделать ставку - то ли надеяться поймать частоту, на которой его система имеет максимум, то ли пытаться поймать максимум амплитуды на данном треке. Тут уже важен соревновательный опыт и житейская мудрость. Еще одно замечание по поводу получения максимальных результатов. Вы наверное не однократно видели, как на соревнованиях группа поддержки спортсмена облепляет автомобиль, держит его. Имеет ли это смысл? Иногда. А иногда и просто вредит. Но узнать, нужна ли такая поддержка именно вашей системе, можно только имея много времени на эксперименты и собственный измерительный комплекс. И то и другое для серьезного спортсмена не составляет проблемы, а для новичка приходит по мере необходимости.

 

 

Сергей Smoke Туманов

[Nastradamus]

Smoke ответил:

 

Ух ты…. какая старая статейка Писал ее для газеры “За рулем Северный Кавказ”….. этакий ликбез для начинающих, но тем не менее.

Могу добавить сейчас 2 момента, которые в данной статье как-то упустил.

[Nastradamus]

Smoke ответил:

 

1. Измерения необходимо делать на максимально возможной громкости, только тогда картина будет адекватной. Ведь при разных уровнях давления, поведение компонентов и автомобиля будет разное, резонанс может смещаться, исчезать и появляться в самых неожиданных местах

2. Довольно часто наблюдается второй резонансный пик, примерно на 10-15 Гц выше основного резонанса. Возникает как сумма продольного и поперечного резонансов, а так же как равнодействующая от стоячих волн по трем основным измерениям. Как-то так По амплитуде он немного меньше, но иногда имеет смысл настраиваться на него. В общем пробовать надо, иногда лучше, иногда хуже получается.

[Nastradamus]

mier сказал:

 

В салоне существует очень много резонансов. Их частота зависит от жесткости площадей: у двери одна частота, у задней крышки другая, у переднего стекла своя частота. Наиболее существенное влияние на резонанс салона оказывает крыша. Рекомендую простейший способ определения СПЛрезонанса: произведение частоты резонанса на диагональ крыши представляет некоторую константу. Сидя за компьютером лень идти узнать эту константу, поэтому желающие и жаждущие могут определить ее, померив диагональ крыши ВАЗ-2108, в этой машине резонанс 53-54гц. Умножив 54 на диагональ “девятки” будем знать эту константу. А дальше меряйте крышу своей машины и ищите резонанс.

Добавлю ещё одну интересную деталь: большинство авто имеют дБ порог 148-151 дБ. На этом пороге происходит своеобразная резонансная “перестройка”, в этом диапазоне рост результатов чрезвычайно трудный и медленный. Преодолев этот порог, салон “упирается” и способствует росту результата. Как следствие мало результатов в диапазоне 151-153, основная статистика или до 151, или больше 153.

Успехов!

[Nastradamus]

Smoke ответил:

 

mier, я говорил об основном резонасе

А вообще, немного неправильно….. собссно в салоне мы ведь не замеряем какой-то один резонанс металла и чего-то еще. Мы ведь видим совокупную картину. Найденные пики являются результирующими пиками от всех резонансов, стояков и т.д. и т.п.

Кроме того, я ведь не просто так написал что при измерениях ящег ставить в боевое положение. Полученное значение резонанса будет отличаться пр разном расположении. Да и разными манипуляциями в салоне можно эту цифру подвинуть в ту или иную сторону. А еще, например шумоизоляция меняет резонанс (ну это думаю уже ни для кого не секрет).

Насчет пределов совершенно не согласен, просто картина меняется примерно при достижении 150-151. А методы остаются теже, не учитываются многие факторы…..

По большому счету все эти измерения нужны только на начальном этапе построения системы, чтобы знать откуда плясать.

[Nastradamus]

DENLaDEN Написал:

 

в дополнение про крышу: резонанс плоскости зависит не только от размеров, но и от жесткости. У стоковой крыши и у проклеяной будут совершенно разные резонансы. У проклееной крыши, при громкости до этого самого порога, резонанс будет ниже и “тише” (ниже по уровню) - из за увеличенной массы и из за бОльшего демпфирования.

[Nastradamus]

SQK ответил:

 

Как поднять резонанс? ведь именно от частоты зависит ход динамика и чем ход меньше - тем лучше для его долголтия. Допустим есть ваз2108 пускай с 54гц….. а хочу на 60гц резонанс сдвинуть - какие методы? Или таковых нет? не снижать же жётскость кузова. САМЫЙ важный параметр наверно длина от саба до датчика.

Понизить резонанс можно с помощью шумки, а как его повысить?

И опять если Седан и направление саба в багажник….. то стоит подумать о дополнительном замке/натяжении/уплотнителе именно на крышку багажника чтобы она не плясала.

[Nastradamus]

DENLaDEN Написал:

 

Стоит подумать о том, чтобы не плясала крышка В ЛЮБОМ случае!

Резонанс чаще всего повышают через чменьшение размера салона а если таких жестоких переделок не планируется, то уж какой он получится, таким и прийдется довольствоваться. Разве что пытаться сознательно превратить крышу в пассивнй радиатор, настроеный на нужную частоту… но это опять же может быть реализовано только посредством серьезных переделок кузова.

[Nastradamus]

Professore Написал:

 

Прошу прощения, если говорю известные всем (изучавшим углубленно акустику, особенно в ее приложении к автомобилям) вещи. Но позволю себе сделать несколько замечаний и задать вопрос уважаемому автору.

1. Стоячие волны возникают всегда, когда есть отражение падающей волны от любой неоднородности в среде распространения. Это относится ко всем разновидностям волн вне зависимости от их природы. Поэтому на любой частоте в салоне автомобиля обязательно(!) возникает стоячая волна.

2. Для возникновения резонанса необходимо наличие как минимум, двух неоднородностей. Резонансная частота определяется скоростью распространения волны, коэффициентом укорочения (читай: геометрией) и фазами (не модулями!) коэффициента отражения от этих неоднородностей.

3. Любой компонент (активный или пассивный) можно представить в виде эквивалентного четырехполюсника со своими параметрами (Z, Y, H, T или S, все они взаимосвязаны). Входные параметры зависят от нагрузки и, наоборот, выходные зависят от источника сигнала. Поэтому поведение ЗЯ, ФИ, БП и протчая зависит от среды (нагрузка!) и усилителя (выходное сопротивление!). На открытом воздухе и в салоне автомобиля они ведут себя совершенно по-разному!

Теперь вопрос: почему расстояние от лобового стекла до заднего умножаем на 4? Это частный случай, “четвертьволновый резонатор”. В этом случае образуется два узла по краям резонатора, а между ними - пучность. Реально же для звуковой волны около отражающей поверхности наблюдается узел. Поясните, пожалуйста, физику вашей рекомендации.

[Nastradamus]

Professore Написал:

 

 

К вопросу о резонансах различных поверхностей автомобиля.

Пассивный компонент (не имеющий собственного источника питания) не может увеличить энергию системы (тем более, открытой)! Поэтому, то, что имеет выход наружу (крыша, стекла и т.д.) и колеблется, звуковое давление внутри только уменьшает. Элемент, задемпфированный всякими вязкими материалами, преобразует энергию звуковых колебаний в тепловую (особенно на частоте собственного резонанса) и тоже уменьшает полезный эффект. В свете этого, остается открытым вопрос: что выгоднее - излучать энергию (звук) наружу или подогревать группу поддержки?

[Nastradamus]

Professore Написал:

 

 

 

К вопросу о “резонансной перестройке”.

Изменение поведения системы (не только в закрытом объеме) при уровнях давления порядка 145-150 дБ, объясняется тем, что начинает сказываться нелинейность среды, в первую очередь это зависимость скорость звука от давления. В результате звуковая волна из синусоидальной становится пилообразной. Принято считать, что с уровня 150 дБ начинается область слабых ударных волн.

[Nastradamus]

Сухарин Написал:

 

Господин Профессорэ! Вы начинаете раскрывать элементы Вашей волновой теории распространения звуковых волн в замкнутом обЪеме?

Мы пока вроде на пенсию не уходили! Книгу будем писать позднее-”Как не надо делать SPL…”. Прошу давать информацию в более сжатом виде-умные поймут, дураки не догадаются…

[Nastradamus]

DENLaDEN Написал:

 

 

Профессор, по поводу вашего поста о пассивном элементе, 2открытом наружу” - не совсем я с вами согласен. Простой пример - порт фазоинверторо - пассивный источник звука, который отбирает энергию колебаний у динамика и “выносит наружу” при этом на частоте чуть выше настройки получается максимальное давление, КАК СНАРУЖИ, ТАК И ВНУТРИ ящика! То же самое происходит и с бандпасом.

В случае ярко выраженого и слабо демпфированого резонанса “наружу” - вибрирующая крыша или открытая дверь(форточка) автособиль превращается в фазоинвертор, а в рассмотрении вместе с сабвуфером - в полосовой резонатор четрвертого порядка, при этом на “частоте настройки” открытой форточки перепад давления в салоне и вне салона, в непосредственной близости от машины максимальный, то есть сабвуфер и “порт” совершают противофазные (встречные) колебания, тем самым достигается максимум эффективности и максимальное демпфирование динамика на этой давильной частоте. Дальше обычно на эту же частоту и стремятся настроить сам сабвуфер, чтобы еще сильнее повысить “передаточное число” и увеличить по возможности добротность всей резонансной системы.

Хорошо иллюстрирую Гельмгольцевую суть работы салона американские видеосъемки с волосатыми девушками в форточках

[Nastradamus]

Professore Написал:

 

 

Mr DENLaDEN! Наше с Вами несогласие достаточно просто измерить. Измерьте активную (не полную, а именно активную) мощность, потребляемую в Вашем примере, и вопрос будет закрыт. Вибрирующая крыша, кстати, скорее пассивный радиатор, чем фазоинвертор.

P.S. В рекламе пива в кружки наливают отнюдь не пиво, а чаще всего смесь яблочного сока с жидкостью для мытья посуды - почерпнуто из ток-шоу с известными труженниками рекламы. Не помню, какой канал это показывал.

[Nastradamus]

DENLaDEN Написал:

 

 

Маленькая поправка: пассвный резонатор - это вид фазоинвертора. “Фазоинвертор” - устройство разворачивающее фазу, в случае с “привычным” ФИ, на самом деле правильно называмым резонатором Гельмгольца, фаза разворачивается за счет взаимодействия упругости воздуха и колебания воздушного столба в порте, а пассивный резонатор - за счет упругости воздуха и колебания массы диффузора пассивного резонатора, подвешаного на подвесе.

Пока не возникло вопроса “о чем же мы все таки спорим?” хочу сказать, что я ни о чем не спорю, я во многом разделяю критику в адрес материала статьи, я лишь хотел уточнить насчет пассивных элементов, для того чтобы не вводить никого в заблуждение, из числа тех, кто много читает и много верит, а по большей части просто потому что пиздеть люблю очень, че скрывать

Собственно смысл моих слов таков: не все пассивные элементы одинакого полезны! Разумеется и совершенно однозначно и безспорно то, что любой колеблющийся элемент поглощает энергию! Панель, воздушный шарик, крышка багажника, лобовое стекло, сидение - все это предметы, превращающие и без того неэффективно используемую энергию усилителя в тепло (= в говно) и вопрос тут в добротности.

А посколько таких некрупных, середниньких, резонансов в салоне дофига фига и все они имеют разную частоту, то с добротностью сами знаете что происходит, на любой частоте, попадающий в диапазон разброса этих паразитных резонансов она ничтожно мала и, стало быть, все эти резонансы вредят!

Но вот если находится один резонанс - солист, с высокой добротностью (не заклееный вибрами, не связаный обшивкамиклипсами…) то добротность у этого резонанса уже будет такова, что при должном использовании его можно заставить работать на результат. Такого резонанса может и не быть - раз, можно вобще нифига не понять с чем имеешь дело - два, не так просто этот резонанс “поработить2 - три.

А дальше боян, только почему то не популярный - нет правил и рекомендаций, так же, как нет дубльгиса в лесу и нет рельсов в саванне, каждую ситуацию ножно уметь воспринимать (измерять, вычислять, видеть, зондировать, сканировать), анализировать и по результатам осмысления уже делать НЕТ! не систему!!! делать эксперемент, а уже потом следующий эксперемент и уже потом систему. А пологаться на существование развед данных, топосъемки, по которой можно пройти до цели имея в багаже лишь умение читать и ходить, это проявление долбоебизма, так по большому счету в любой сфере деятельности, за редчайшим исключением!

И еще чуть чуть по теме - не получается подружиться с резонансом - убей его! И да здравствует фанера и бисфенольно фумаровая эпоксивинилэфирная смола! Ура товарищи!