"Лаборатория резонанса"

[DENLaDEN]

Врядли кто либо когда то до такого додумывался и уж точно мало кто такое видел... поэтому обещаю, будет очень интересно и полезно!

 

Смысл эксперимента - исследование работы ящика и кузова автомобиля как единой системы при помощи упрощенной модели.

Цель эксперемента - на данном этапе мне это очень нужно! (поэтому те, кому интересно, смогут найти ответы на очень многие любопытные вопросы, если будут внимательны ;)

 

Материальная база - динамик и набор объемов, которые будут использоваться для моделирования нескольких интересующих меня ситуаций (не исключено, что позднее будет смоделировано ряд других интересных схем...)

 

 

прежде всего собираем из всего этого самую простейшую систему - динамик в закрытом ящике:

 

 

снимаем ИЧХ этой системы:

 

 

Максимум импеданса на графике соответствует максимуму хода - это механический резонанс динамика в данном объеме. в данном случае частота резонанса порядка 280Гц (обойдемся без точных значений)

 

 

Далее моделируем другую, не слишком реальную, но вполне возможную ситуацию - динамик с обеих сторон нагружен закрытыми оъемами:

 

 

вот ИЧХ этой системы:

 

 

как видно по графику, астота резонанса примерно 420Гц, у меня не было возможности быстро присоединить к динамику два одинаковых объема, но я вас уверяю, что если бы второй объем были таким же, как первый, то частота резонанса была бы порядка 403Гц, то есть ровно в 1.44 раза выше, потому что жесткость, присоединенная к динамику стала была бы ровно в два раза выше. В данном случае частота выросла больше, чем в 1.44 раза потому что жесткость стала еще больше из за того, что дополнительный объем меньше первого. А если бы дополнительный объем был больше первого, то соответственно частота резонанса поднялась бы менее чем в 1.44 раза. Именно такая ситуация происходит с большим сабом в маленькой машине - легко невооруженным взглядом заметить как меняется ход динамика с открытым и с закрытым салоном. Но это всем должно быть понятно...

 

 

Далее мы оставляем с одной стороны динамика объем, снабженный дыркой, которую назовем "порт" (чтобы было удобно я сделал порт изменяемой площади и подобрал такую площадь, которая дает самый показательный график ИЧХ)

Получившаяся система - это всеми любимый фазоивертор:

 

 

Вот его ИЧХ:

 

 

Теперь на графике мы видим два "горба". Оба этих горба - механические резонансы, а самый нижний участотк ямы между ними - это ни что иное, как частота настройки ФИ. Тот горб, что выше - это резонанс динамика, взаимодействующего с присоедененной жесткостью оформления (как видно жесткость воздуха в фазоинверторе выше, чем жесткость воздуха в ЗЯ такого же объема, потому что частота механического резонанса выше, чем в ЗЯ). Второй горб, более низкий по частоте - это свободный резонанс динамика, он практически равен честоте резонанса динамика в свободном пространстве, но чаще всего немного ниже - от того, что вместе с диффузором динамика, совсем (в теории, а на деле _почти_совсем_) не встречая сопротивления на частоте ниже частота настройки ФИ, колеблется некоторая масса воздуха - от конструкции ящика (объема, конфигурации, геометрии порта...) зависит насколько сильно, относительно Fs, изменится эта частота, но в прикладном плане она нам совершенно не нужна, потому что хоть и амплитуда колебаний динамика будет максимальной именно на этой частоте, из за акустического короткого замыкания мы ничего не услышим.

 

Ситуация следующая: оставляем динамик одной стороной в фазоинверторе, а с другой стороны прицепляем закрытый ящик и получается у нас бандпасс 4 порядка

 

 

И вот его ИЧХ:

 

 

Хорошо видно, что частота настройки порта осталась на том же месте, а вот "горбы" резонансов переехали,и самое главное, что с ними произошло - они стали ближе друг к другу - это раз, нижний горб стал меньше ростом - это два. Означает это то, что обе частоты механического резонанса стали ближе к частоте настройки, уменьшение импеданса на частоте свободного резонанса (в данном случае это резонанс динамика в закрытом объее) означает уменьшение хода на этой частоте - происходит это потому, что резонанс этот достаточно близок к настройке резонаторной камеры и этой самое резонаторной камерой довольно хорошо усиливается даже не смотря на то, что по частоте он ниже настройки звук всеравно будет достаточно громким из за АБСОЛЮТНОГО принципиального отсутствия АКЗ у бадпасса 4 пордка.

Выводы можно сделать следующие - при подходящем по параметрам ящике в БП4 динамик будет работать очень эффективно но только в узком диапазоне, и чем уже этот диапазон (ближе горбы) - тем выше будет эффективность такого оформления.

 

 

Вот дальше самое интересное: Присоединяем к нашему БП4 еще один закрытый объем и моделируем ситуацию когда в большой машине с простым кузовом (пусть это будет суперстрит, или адвансед со стенами) огромная фронтальная камера БП4 нагружена на салон почти такого же объемом. Поскольку неизменяемым этот объем считать нельзя из за того, что реальный кузов ведет себя на больших уровнях давления как картонная коробка, мы заменяем одну стенку объема мятой бумажкой, плотно, но все же с небольшими щелями (потому что герметичной в суперстрит машина не когда не будет) прижимая к стенкам объема этот "имитатор говна в проруби".

 

вот так это выглядит на столе:

 

а так выглядет ИЧХ этой смешной модели:

 

 

казалось бы, мы нагрузили наш бандпасс еще на один объем - пусть он не совсем жесткий и не полностью герметичный, но жесткость, присоединенная к системе должна увеличиться и все рабочие частоты должны увеличиться.... а на деле Х#Й!!!

На деле мы не только не получаем подъема частоты и увеличения нагрузки, а частота вобще снижается присем не чуть чуть, а вполне так зашибись! а ход динамика естественно во всем диапазоне увеличивается... Короче жопа... и эта жопа объясняет очень много курьезных моментов, почему при настройке системы в резонанс какого нибудь стокового седана при попытке добавить децибеллов прижав капот и двери разультат безбожно падает))) (я ржу, потому что мне довелось однажды лично своей жопой, прижатой к багажнику, "улучшить" результат на минус 4 Дб)))) - да потому что при удерживании кузова изменяется не только "АЧХ салона" но и настройка самого ящика меняется до неузнаваемости и если так делать, то нужно как минимум заново искать нужную частоту, и то далеко не факт, что будет лучше...

 

Ладно, хватит лирики! Едем дальше: самая красивая ситуация - заменяем "газету" жесткой стенкой (переходим в класс "экстрим").

 

снимаем ИЧХ этой системы:

 

 

И что мы видем на графике?? все идеально... угадайте во сколько раз увеличилась частота настройки системы? ПРАВИЛЬНО! ровно в 1.44 раза! соответствующим образом разумеется повели себя и горбы импеданса, став ниже (это значит что ход уменьшился при той же подводимой мощьности) а вот минимам импеданса стал чуток повыше (и это тожк зашибись! потому что во многих случаях позволит использовать "опасные" схемы подключения...)

 

Вот такие вот эксперементы... ;) ::hair::

 

А на автосиб кто не пошел (я звал, даже тему специальную создал) это зря... :mic29:

Изменено 25 мая, 2010 пользователем DENLaDEN

[pox73]

Оченама СПАСИБО:good:

[BLACK BASS]

исследования автозвука без использования фанеры:good:

[yahoo]

Очень полезная тема!

[Smoke]

Хорошие тесты. Но я бы предложил их делать несколько более крупноразмерными, чтобы можно было поместить датчег внутрь, тоесть попутно делать измерения получаемого давления. Предел измерений у Термлаба - 200гц. Вот и расчитать габариты экспериментальных объемов так, чтобы частоты были не выше 200гц. Тогда помимо ИЧХ, можно будет еще и подгонять частоту и ценивать эфективность оформления не только косвенно, но и напрямую.

[awis15]

зачем цитировать почти весь пост, когда вот он, на этой же странице?!

 

По поводу бп4

 

Красава!!!!! Тема!!!

Только это все Вадик сочи проделал еще в 2007 году.И именно тоже на маленьком динамике. Только он доработал бп4-получилось весьма эффективное оформление, которое работало в их 2107 как из багажника,так и в стенке на пионерах

Там есть фишка как двигать горбы и тогда не будет говна в прорубе

Изменено 26 мая, 2010 пользователем awis15

[DENLaDEN]

Ты, Сережа, как всегда все верно пишешь! Как раз достоверной АЧХ тут и не хватает чтобы было совсем интересно)))

 

Насчет того чем мерить - здесь нужны только относительные измерения, без привязки к каким то реальным цифрам, поэтому твердотельник тут нафиг не нужен, отлично пойдет простейший электретник, который у меня где то валяется.

 

Но седня ночью я на измерении АЧХ заморачиваться не стал, просто потому что именно тут, с БП4, совершенно никаких сюрпризов и неясностей быть не может, а вчера я был наизмене именно из за частоты настройки. На все свои вопросы ответы я нашел, ну и попутно народ немного развлек ;)

 

В вот когда дело каснется БП6Б тогда мне будет точно не обойтись без полного представления ситуации с точными пропорциями объемов и с точными измерениями АЧХ и ИЧХ чтобы совершенно ясно понимать как же все таки настраивать нижнюю камеру БП6Б для получения максимальной эффективности, и как при этом должна выглядеть ИЧХ.

 

Ну и коробочки будут конечно же чуть чуть посерьезнее :) наверное в качестве корпуса возьму отрезок 110 трубы, а для подвижных перегородок куплю толстый картон, чтобы не надо было ничего пилить, чтобы делать все ночью на столе при помощи ножа и тупо пластилина.

[fostor]

,Красава!!!!! Тема!!!

Только это все Вадик сочи проделал еще в 2007 году.И именно тоже на маленьком динамике. Только он доработал бп4-получилось весьма эффективное оформление, которое работало в их 2107 как из багажника,так и в стенке на пионерах

Там есть фишка как двигать горбы и тогда не будет говна в прорубе

 

Тады колись, раз начал

[awis15]

Тады колись, раз начал

 

Да ну,брось.Ведь еще же машины делать будем под спл. Новосибирцы вон не рассказывают как у них в калдине и альтезе--а тоже очень интересно.Я например до конца не понял как там работает.Но их резам верю без сомнения!

[DENLaDEN]

Сегодня пол дня провел за изучением схемы БП6Б...

Многие догадки и мысли получили подтверждение, но кое что пришлось укладывать в голове, прикладывая к этому большие старания 8))

 

Весь процесс и точные цыфры я уже выкладывать не буду, (да и никто не осилит такое количество "буков") выложу лишь основное:

 

К сожалению смотрю сейчас что наглядных фото "коллайдера", собранного из двух пластиковых корпусов от 5" среднечастотников и соединительной муфты для 110мм трубы, я так и не сделал (не до этого было). Система состояла из трех последовательных, примерно равных объемов (около 1 литра каждый). Перегородки между ними сделанны из фольгированного стеклотекстолита, в одной из них установлен порт (пластиковая труба из коробочки от 35мм пленки), во второй установлен динамик, и прорезанно отверстие для установки портов, закрытое наглухо в варианте БП4.

 

В этот раз я измерял помимо импеданса звуковое давление, делал я это немного странным, на первый взгляд, способом: при помощи 8мм динамика, герметично воткнутого в отверстие в одной из камер. Измерения давления производились при мощьности порядка 10ватт (это на динамик диаметром 55мм). ТС параметры динамика и рабочие частоты стенда в адеквате друг с другом, так что графики очень близки к тем, что могут быть полученны реальной жизни, за исключением частоты, которая смасштабированна так же, как смасштабирован размер динамика и объемы камер))

 

Привожу две картинки, слева график ИЧХ, справа АЧХ. К сожалению кроме этих двух картинок ничего не сфотографировал, поэтому уровни громкости при замере давления разные (типа калибровка разная) и разницу по громкости между двумя вариантами на графиках вы не увидите)))) Можете думать что это специально, но на самом деле просто так получилось :flag_of_truce:

 

это БП4:

 

а это окончательный вариант настроенного БП6:

 

На графиках все как всегда - минимумы импеданса - это часоты настройки портов, максимумы - частоты резонанса динамика.

в БП4 хорошо видно, что частота настройки и частоты механического резонанса динамика плотно подогнанны друг к другу, максимальное давление практически совпадает с частотой настройки порта.

А вот с БП6Б уже не так просто) но впринципе все видно по графикам, несмотря на отвратительную точность.

 

Ну и пожалуй самое главное: переход от БП4 к БП6 дал разницу в максимальной громкости в данном случае более чем на 4Дб при одинаковом уровне сигнала, подаваемого на усилитель.

Падение импеданса в рабочем диапазоне частот свидетельствует о значительно большей нагрузке на динамик, а рост давления - о том, что эта нагрузка полезная. В итоге один из выводов можно озвучить такой: БП6Б может дать больше давления при меньшем ходе динамика, но платой за это будет смещение эффективного диапазона работы вниз по частоте, несмотря на то, что настройка основного порта, излучающего в камеру, в которой производится замер, останется практически такой же (она на самом деле даже чуть чуть вверх уползет). Поэтому расчеты давильного бандпаса 6 порядка, настолько туманны и далеки от окончательной реальности, что это наверное можео назвать самым геморройным оформлением :sarcastic: Но геморрой этот, если его победить, будет стоить полученных результатов...

 

З.Ы.: ради интереса погонял синусы без третьей, закрытой камеры, чтобы он "наулицу" звучал и на частотах 160-200Гц у меня шуршали бумажки на столе и ползал по столу телефон)) хотя хреновина эта на полу стояла) вобщем гудит в таком корпусе этот маленький-маленький динамичек очень убедительно)))

Изменено 26 мая, 2010 пользователем DENLaDEN

[Oleg]

Я Предлагаю взять 8" саб, несколько энтузиастов, необходимое оборудование, и как предлагал смоук провести крупномасштабные измерения. Хотя из-за этой статьи думаю результаты у народа вырастут! Мое спасибо!

[DENLaDEN]

Крупномасштабные это в натуральную величину в настоящей машине чтоли? ))) так тут надо не 8" а сразу нормальные восемнашки использовать ;)

 

А в миниатюре хоть крупномасштабно, хоть мелкомасштабно - разница никакой нет, потому что вот так вот смоделировать можно только поведение системы в абсолютно жесткой машине, то есть экстрим. А работу ящиков для всех других классов надо проверять в конкретной машине и на конкретных уровнях громкости иначе от этих тестов одни разочарования и ложные надежды будут.

 

Так что максимум полезности для неэкстримального спл от микротестов - это возможность хорошо понять принцип работы различных оформлений по наглядной иллюстрации. Чтобы просто иметь себе представление как примерно рассуждать настраивая то или иное оформление, но уже в конкретных условиях. То есть все равно мы приходим к эксперементам и пробам, но эти эксперементы должны быть осознанные, а не "алхимические" ;)

 

З.Ы.: а 8" у меня есть, и ящичков по 15-20 литров то же навалом для этих 8" но строить из нескольких таких ящиков макет броневика - это уже совсем не интересно, потому что этот эксперимент все равно не ответит на главный вопрос - сколько потенциально надавит твоя задумка)))

А вот надавить в реальной машине как можно больше с одного несчастного 8" динамика, просто из экономии материалов проверяя в слегка уменьшанном объеме свои идеи, чтобы воплотить их потом с учетом опыта для нормального саба - это занятие интересное! Но на него пока нет времени...

[DENLaDEN]

Хотите ТЛ? ;)

будет...

[DENLaDEN]

Итак ТЛ!

 

Эксперемент номер раз: сравниваем эффективность 1/4 и 3/4 волнового лабиринта.

 

Имеем занутую коралькой трубу длиной 36см - это соответствует 1/4 длины волны на 235Гц

 

Вот ИЧХ этой трубы:

 

 

труба длиной 106см - это 3/4 длины волны на 235Гц, выглядитэто примерно вот так (окончательный вариант не зафотал)

 

Вот ИЧХ:

 

 

Методика замера - динамик и выхлоп в одной плоскости, на расстоянии 1 метр от микрофона. Разница в громкости +3.2Дб в пользу четвертьволновика. Кое что можно списать на большее число поворотов и возросшие потери, но так или иначе 3/4 труба тише ну как минимум на 2Дб...

 

Эксперимент новер два: помещаем динамик одной стороной в закрытый ящик, второй стороной в 1/4 трубу. Вот так:

 

Снимаем ИЧХ:

 

 

Делаем то же самое, но с 3/4 трубой:

 

 

 

Замеряем громкость: для 1/4 результат падает на 2Дб, а для 3/4 повышается на 1Дб.

 

Какие можно сделать из этого всего выводы? а хрен его знает))) Но одно совершенно точно - просто четвертьволновик громче чем просто 3/4 труба и смысла делать ТЛ на 3/4 для СПЛ на первый взгляд нету никакого ;)

 

В 3/4 динамик практически не шевелится, а у 1/4 ход на частоте настройки хоть и не большой, но все таки заметный. Излучает звук восновном свободный конец трубы, динамик в ТЛ работает восновном как активный отражатель - для воздушной пробки в трубе диффузор это препятствие, от которого отражается звуковая волна, а поскольку отражатель этот подвижный - происходит усиление колебаний воздушной пробки засчет постоянного "подливания" энергии в колебательную систему. В более длинной 3/4 трубе масса воздушной пробки больше и ударяется она об динамик сильнее, за счет чего динамик значительно сильнее нагружается.

Что же касается разного поведения 1/4 и 3/4 ТЛ при заключении динамика в ЗЯ - я думаю тут вот какая ситуация: в 1/4 за счет не такого сильного, как у 3/4 демпфирования динамик так же учавствует в создании звука, потому что объемное смещение на двух концах трубы смещено на 90 градусов по фазе и суммируется. У 3/4 трубы смещение фазы точно такое же - 90 градусов, но за счет лучшего демпфирования вклад колебаний самого динамика в звук настолько ничтожный, что им даже вполне можно пренебречь, а закрытый объем в данном случае играет роль дополнительной жесткости подвигая механический резонанс динамика ближе к частоте настройки (это хорошо видно по графику ИЧХ) за счет чего увеличивается добротность и соответственно растет ход диффузора - воздушная пробка при отражении от динамика получает больше энергии и амплитуда на выходе заметно растет.

 

Теперь если проанализировать ситуацию (вобще всю глобальную ситуацию с ТЛ на планете) в голову приходят интересные мысли:

Да по КПД четвертьволновому резонатору сложно найти альтернативу, но многим хорошо известно, что у этого чуда есть вполне определенная граница и завязанна эта граница так или иначе на максимальный ход динамика (так или иначе - это значит что при грамотном и не очень грамотном расчете формы канала ТЛ пиндец динамику будет приходет на разных уровнях давления, причем весьма разных!)

Тем не менее с 3/4 ТЛ ситуация совсем не безнадежная - за счет бОльшей массы и большей длины канала амплитуда на выходе 3/4 трубы будет больше, чем на выходе 1/4 трубы при одном и том же ходе динамика, только вот чтобы раскачать так динамик в 3/4 ТЛ надо приложить больше мощьности, в два раза примерно, что само по себе представляет проблему, особенно в "легких" классах с ограничениями по усилителям, по питанию... ну и не каждый динамик способен будет такое выдержать, если даже для ЧВ мощьность может быть "несколько" (это не й и не 2) киловатт...

 

Пусти повышения чувствительности 3/4 ТЛ есть, один из них - по аналогии с бандпасом подвинуть механический резонанс динамика на нужную частоту при помощи жесткости закрытого объема. Это сработает и запросто приблизит чувствительность 3/4 трубы к чувствительности ЧВ, но при этом эффективно раскачав динамик мы сами себя лишим этой прибавки, которая могла бы работать на создание звука, если бы конец трубы был открытый. Все что нам нужно - это резонанс динамика на нужной частоте (резонанс вобще великая сила) любой динамик уже имеет мехонический резонанс и добротность этого резонанса в своих параметрах, присоединенная масса воздуха в ТЛ этот резонанс немножко понижает, но суть остается - если этот резонанс подвинуть на частоту настройки трубы и сделать его максимально высокодобротным (но только не через уменьшение силового фактора) то мы получим такой же или еще лучший эффект, как от ЗЯ, поимев при этом еще и суммирования амплитуды динамика и воздуха на свободном конце трубы.

Разумеется таких динамиков, с резонансом выше 55Гц, среди сабвуферных и тем более среди СПЛьных просто не существует... И если спользовать динамики "как есть" то о 3/4 ТЛ нечего даже думать!

А вот если совсем чуть чуть потрудиться и забив на все, что говорят умные люди о конструкции динамиков, налепить на подвижку столько шайб, сколько нужно для получения свободного резонанса процентов на 15-20 выше чем боевая частота, а потом установить динамик в уже настроенный на нужную частоту ящик и добавляя вес подвижке подогнать резонанс на нужное место (тогда на графике ИЧХ будет только один невнятный горб - на частоте настройки) то получится система колоссальной эффективности!

 

Вы думали это все? :lol: дальше только интереснее... но дальше сплошные секреты.. стал бы я делиться своими старыми мыслями и новыми открытиями насчет ТЛ, если бы не знал более эффективные оформления... :crazy:

 

Чисто ради прикола: БП6БЧВ - на 1.5 Дб эффективнее при той же подводимой мощьности, чем ЧВ но это так.. баловство... ;)

 

 

[DENLaDEN]

Ну и раз уж я это сделал... все равно никто на такое не подпишется по доброй воле)))

Но для любителей экзотики и просто думающих людей ;)

 

Реально то, что может быть ОЧЕНЬ эффективным и компактным, что не мало важно, оружием:

четвертьволнова ТЛ с пассивным радиатором.

 

Желтая линия - ИЧХ ящика с ПР - абсолютно то же самое, что ФИ, только вместо воздуха в порте колеблится мамбрана определенного веса, подвешанная на определенной жесткости, которые вместе с объемом ящика формируют частоту настройки. То есть все как обычно - минимум импеданса - это и есть "настройка" на которой у динамика будет минимальный ход а у пассивника, соответственно, максимальный - потому что на этой частоте он наиболее эффективно отбирает у динамика энергию. И отбирать ее может безо всяких потерь и завихрений воздуха вплоть до того предела, как закончится его ход ))) (как это было с восемнашкой в Пашиной хонде на аяске прошлым летом). Отбирает и передает в четвертьволновую трубу, где мембранна резонатора заставляет колебаться воздух в ТЛ.

Если то же самое проделать с ФИ то ничего не получится (я разумеется пробовал) по простой причине - ФИ это дырка, в ней колеблится воздух, а ТЛ работает во многом за счет отражения волны, а отразиться звуковая волна может только от твердой поверхности, от воздуха волна конечно отражается, но значительно хуже ))) А Пассивный Радиатор - это точно такой же ФИ, только вместо дырки-порта у него большущий (часто больше чем сам динамик, но в случае с ПР-ЧВ надо будет поэксперементировать чтобы не задушить) диффузор, от которого звуковая волна внутри трубы охотно отражается!

Зеленый график - это ИЧХ всего оформления - два пологих горба - это почти без изменений механические резонансы динамика, яма по середине - это по прежнему настройка фазоинвертора, а острый подъем ровно внизу этой ямы - это настройка ТЛ, выше и ниже которой так же сохраняется усиление колебаний, что как всегда дает возможность выбрать оптимальное соотношение между эффективностью и демпфированием, чтобы использовать возможности компонентов помаксимуму!

 

Разгонять воздух в трубе будет пассивник, а динамик во всем рабочем диапазоне будет очень сильно задемпфирован - толку от его колебаний наружу будет ноль, поэтому на него снаружи невозбраняется надеть горшок, который сдвинет его механические резонансы вкучу поближе к рабочему диапазону частот, что еще сильнее увеличит эффктивность системы засчет увеличения добротности.

 

*ну как? много уже новых ящиков то напилено?? ))) а то мне в натуральную величину пока некогда тестировать

 

З.Ы. кстати, 100-120 честных ватт 5" динамик легко переваривает почти во всех этих конструкциях с ходом, едва заметным глазу (а подчас совсем не заметным)

Изменено 27 мая, 2010 пользователем DENLaDEN