Отправлено: 17.04.16 19:01. Заголовок: Выбор длины трубы ФИ

Занимаясь настройкой АС с ФИ, я стал делать измерения микрофоном на самых низких частотах, добиваясь максимальной гладкости АЧХ. При этом обнаружилась большая разница между расчетом трубы ФИ в программах и оптимальной длинне по результатам акустических измерений.
Тогда я стал читать что написано по данной теме. Ниже мой перевод статьи Троэла по данной теме, перевода этой статьи я не видел.
Надеюсь, статья будет интересной. Перевод достаточно вольный, но надеюсь, что основные мысли автора я передал верно.
Первоисточник здесь http://www.troelsgravesen.dk/vent_tuning.htm
***
Данное исследование посвящено настройке порта, настройке оптимального объема ящика и оптимальной частоты настройки. Этим вопросам посвящены толстые книги и статьи, я не собираюсь здесь предлагать полное решение проблемы. Мы очень скоро столкнулись бы со сложной математикой и тем, что большинство динамических головок окажется очень нелинейными механическими устройствами, которые не следуют обычным формулам. Таким образом, я собираюсь на практике проверить некоторые из доступных формул (программ) и показать вам результаты моих измерений. Многие могут сказать, что мои рекомендации по размерам труб ФИ не соответствуют рассчитанным по формулам. Если это вас раздражает, дальше можете не читать...
Во всех ФИ системах, которые я сделал, я использовал программы моделирования, рассчитывающие оптимальный объем ящика (Vb) и частоту настройки ФИ (Fb). Тем не менее, расчеты туннеля (порта) никогда точно не соответствовали результатам реальных измерений. Обычно порт должен быть короче, чем прогнозировалось. В нижеописанном исследовании я использовал формулы доступные на сайте по адресу: http://www.diysubwoofers.org Это отличный сайт с широким спектром информации, связанной с расчетами ящиков для акустики. Здесь вы можете найти информацию относительно расчета порта. Длину порта надо знать для настройки на определенную частоту. Её можно рассчитать по формуле:
Lv = (23562,5*Dv^2*Np/(Fb^2*Vb))-(k*Dv)
где Dv = диаметр порта (см)
Fb = частота настройки порта (Гц)
Vb = чистый объем ящика (л)
Lv = длина каждого порта (см)
Np = число портов
к = коэффициент коррекции (обычно 0,732).
Значение к может быть уточнено с учетом оформления края каждого конца порта. Если на обоих концах фланец: к = 0,425 + 0,425 = 0,850. Один конец с фланцем, другой конец свободен: к = 0,425 + 0,307 = 0,732. Оба конца свободны: K = 0,307 + 0,307 = 0,614. Как правило, предполагается по умолчанию к = 0,732. Таким образом, сложно точно определить значение к, которое зависит и от формы развальцовки окончания трубы порта. Упомянутый сайт не указывает, каков размер развальцовки, чтобы рассматривать его как фланец. Он также не указывает влияние заполнения ящика ФИ звукопоглощающим материалом. Для того чтобы изучить влияние фланцев, я сделал дополнительный фланец из панели размерами 25 на см и сделал измерения с и без звукопоглощающего материала.
Прежде чем мы перейдем к результатам измерений, вот условия измерений: ящик объемом 29,5 литров с отверстием для трубы ФИ из ПВХ внутренним диаметром 72 мм. Для измерений сделаны отрезки ПВХ трубы: 10, 15, 20, 25 и 30 см длины.

Настройка туннеля ФИ относится только к массе колеблющегося воздуха, длина и диаметр туннеля не имеют жесткой привязки к примененному динамику, в принципе можно использовать любой динамик, но обычно для ящика объемом 29,5 литра не используют крошечные 4 дюймовые. Для эксперимента я взял Scan-Speak 21W / 8555-01 и исследовал влияние длинны трубы ФИ, как показано ниже.

Длина трубы ФИ: красный = 300 мм, синий = 250 мм, зеленый = 200 мм, желтый = 150, фиолетовый = 100 мм. Как видно, очень высокая частота настройки в ящике без звукопоглощающего материала создает паразитный пик на частоте около 50 Гц.

Ящик 29,5 л с звукопоглощающим материалом.
Длина трубы ФИ: красный = 300 мм, синий = 250 мм, зеленый = 200 мм, желтый = 150, фиолетовый = 100 мм. (4 листа размерами 30x60x3 см из смеси овечьей шерсти и полиэстера были размещены на внутренних поверхностях ящика). Добавление звукопоглощающего материала позволило несколько снизить частоту настройки из-за виртуального увеличения объема ящика. Это вполне ожидаемо и не удивительно.
Результаты для ящика без звукопоглотителя

Box volume – внутренний объем ящика
Tuning frequency – частота настройки
Vent diam – внутренний диаметр трубы ФИ
Actual length – физическая длина трубы ФИ
Vent length – эквивалентная длина трубы ФИ
Actual/calc.length – отношения реальной длины к вычисленной
Результаты для ящика со звукопоглотителем

В таблице приведены частоты в зависимости от выбранных длин труб ФИ по сравнению с расчетными длинами с K = 0,732. Как видно, существует значительное несоответствие между измеренными и расчетными значениями.
Как влияет фланец на Fb?

Для недемпфированного ящика с фланцем на одной стороне трубы результат должен быть к = 0,732. Так что, по-видимому, что-то не так. Следует отметить, что разница между двойным фланцем и двумя свободными концами трубы составила менее 0,6 Гц. Поскольку дополнительный фланец находится вне ящика, он не изменяет его объема. Динамик уменьшает объем ящика незначительно. Конечно, вы можете, измерить и учесть его объем, поместив его, например, в полиэтиленовый пакет и погрузив его в воду, но это уже смешно. Я бы не стал это делать, тем более что большая часть объема динамика состоит из воздуха. Даже если динамик уменьшит внутренний объем ящика на 1 литр, это окажет лишь незначительное влияние на расчеты т. к. 1 литр = 3,3% от общего объема.

Красный = нет фланцев, синий = фланец на одном конце, зеленый = фланец на обоих концах, желтый = фланец с одного конца, труба нормально вставлена в ящик.
Настройка частоты: нет фланца: 34,6 Гц, фланец с одного конца: 33,9 Гц, фланец с двух сторон: 33,7 Гц. Разница слишком мала, чтобы иметь практическое значение.
Большинство хорошего программного обеспечения, насколько я знаю, учитывает наличие звукопоглощающего материала, например, программное обеспечение JBL.
В соответствии с расчетом на основе формулы, показанной на www.diysubwoofers.org. Пример: Vb = 29,5, Fb = 28,7, труба диаметром = 7,2 см.
1. JBL: труба диаметром = 7,2 см на 46,79 см, без звукопоглотителя.
2. Сайт diysubwoofers: 7,2 см на 45 см (к = 0,732).
Даже при сильном демпфировании программное обеспечение JBL предсказывает 7,2 на 37,79 см, тогда как фактическое измерение дает 30 см.

Варианты фланцев: слева без фланца, "острый" фланец слева, правый конец отражателя скошен под 45 градусов или закруглен.
Звукопоглощающий материал:
Динамик ScanSpeak 8 дюймов, Vb = 29,5 л труба ФИ: 72 на 200 мм

Импеданс динамика без звукопоглотителя (синий) и с плотным заполнением (красный). Плотное звукопоглощение здесь означает 10 мм полиэфирную пену на всех внутренних панелях и по 2 листа Monacor MDM3, при этом обеспечен свободный проход воздуха от тыльной стороны динамика к отверстию трубы ФИ! МДМ-3 представляет собой отличный материал, состоящий на 2/3 из овечьей шерсти и на 1/3 из полиэфирного волокна. Как видно, добавление демпфирующего материала оказывает существенное влияние на профиль импеданса и частота настройки ФИ снижается с 37 Гц (без звукопоглотителя) до 33 Гц (с плотным наполнением), это не вызывает удивления. Опять же поглощающий материал увеличивает виртуальный объем ящика, что следует принимать во внимание.

Зависимость Fb от количества звукопоглощающего материала: Синий = нет, фиолетовый = 1 лист МДМ-3, зеленый = 2 листа МДМ-3, красный = 10 мм полиэфирная пена + 2 листа МДМ-3.
Уровень сигнала

Влияние уровня сигнала на настройку ФИ.
Красный: +12 дБ, синий = 0 дБ, зеленый = -10 дБ, фиолетовый = -20 дБ. Очевидно, что Fb не зависит от уровня входного сигнала, в то время как высота пиков импеданса уменьшается с увеличением напряжения. Это может означать, что даже диаметра 72 мм слишком мало для высоких уровней сигнала.

Звуковое давление в ближнем поле на разных уровнях сигнала.
Установка уровня выходного сигнала -20 дБ обычно соответствует уровню сигнала около 80…90 дБ на расстоянии 1 метра - в зависимости от чувствительности динамика. Провал в между 30 и 40 Гц обусловлен влиянием ФИ, который находится в резонансе, тем самым гасит движение диффузора. Интересно, что Fb уменьшается с увеличением сигнала, подаваемого на динамик. Выход был установлен на уровне: красный = -30 дБ, синий = -20 дБ, зеленый = -10 дБ, фиолетовый = 0 дБ (ДА, при таких измерениях я использую средства защиты органов слуха!)
Развальцовка отверстия трубы ФИ
И последнее в этой статье: Влияние развальцовки на Fb.
Данные были собраны во время тонкой настройки проекта SP38/13: Fb была настроена на 33…35 Гц и из практического опыта труба ФИ около 20 см в длину оказалась пригодной. При установке трубы Fb измеряли для трех различных сценариев:
1. Внутренний конец свободен, а наружный - с фланцем (как на левом рисунке ниже).
2. Внутренний конец свободен, а наружный с фланцем и «клёшем» (как на правом рисунке).
3. Внутренний и внешний конец: фланец + «клёш».


Красный = вариант 1, синий = вариант 2, зеленый = вариант 3. Как видно, развальцовка незначительно сдвигает Fb, приблизительно на 1…1,5 Гц.


Как видно из работы над проектом SP38 работы, влияние развальцовки весьма мало. Это не означает, что заниматься этим не стоит. Закругленные края значительно уменьшают шум от движения воздуха, когда воспроизводится большое количество баса, и думаю, что... так лучше выглядит.
Из всего вышеизложенного можно видеть, что вычисление размеров труб ФИ является непростым делом. Из практического опыта я привык умножать расчетную длину трубы на 0,6…0,7, чтобы получить нужную Fb.

Можно сделать общий вывод, что трудно дать точные рекомендации для получения правильного результата без дополнительной подстройки и применения акустического измерительного оборудования.