Самодельный сабвуфер

Fs -- это частота резонанса динамика без какого--либо акустического оформления. Она так и измеряется -- динамик подвешивают в воздухе на возможно большем расстоянии от окружающих предметов, так что теперь его резонанс будет зависеть только от его собственных характеристик -- массы подвижной системы и жесткости подвески.

Qts -- отношение передаточной функции динамика на частоте Fs к передаточной функции на частотах, где амплитудно--частотная характеристика (АЧХ) динамика горизонтальна, т.е. на частотах выше Fs. Другими словами, Qts –характеризует эффективность динамика на резонансной частоте.

Vas – объем воздуха, который обладает гибкостью (величина обратная упругости) такой же, как и подвижная система динамика. При размещении динамика в закрытом ящике (ЗЯ) гибкость воздуха внутри ящика добавляется к гибкости подвижной системы динамика и его резонансная частота изменяется. Существует следующая закономерность, при помещении динамика в ящик объемом Vas его резонансная частота Fs и добротность Qts возрастают в 1,4 раза.

Измерить эти параметры при первый взгляде на конструкцию довольно геморойно, но проделав это один раз -- все сомнения пропадают -- всё оказывается достаточно просто.

Для начала надо подготовиться:

  Далее нужно собрать  следующую схему:

Далее:

• Берем ручку и бумагу

• Запускаем программу генератора, громкость на компе ставим на середину (иначе синусоида обрезанная какая--то получается), остальное усилком выправиться.

• Подключаем вольтметр к точкам А и С (т.е к выходу усилка) , и устанавливаем напряжение равным 10--20 В на частоте 500--1000 Гц, регулируя громкость на усилителе.

• Подключаем вольтметр к точкам В и С (т.е к динамику).

• Ставим на ~5Гц генератор и УБИРАЕМ ДИНАМИК подальше от всех предметов и стенок (можно подвесить, если получиться). Практика показала, что в дали от предметов и на полу лежащий динамик дает таки различные показания, но незначительные, однако на чистоту эксперимента повлияет.

• Меняя частоту генератора смотрим показания вольтметра -- нас интересуют максимальное и минимальное напряжение. Примерно возле резонансной частоты напряжение резко возрастает, а после резко падает. При максимальном напряжении смотрим частоту -- это  и есть Fs.

Таким макаром мы уже имеем Fs. Изменяя частоту вверх относительно Fs, находим частоты, на которых показания вольтметра постоянны и значительно меньше Us (при дальнейшем повышении частоты напряжение опять начнет увеличиваться). Запишем это значение, Um. Лучше повторить процедуру с уменьшением частоты. По эти записям получим примерно такой график:

Где, Fs -- резонансная частота, а Us соответствующее ей напряжение. Um -- минимальное напряжение, U12 рассчитывается в Excel--е, после занесения данных в ячейки. Опять крутим опять частоту и ищем когда показания вольтметра совпадут со значением U12, запоминаем частоту. Таких значений должно быть два, как видно из графика. Это будут F1 и F2. Вносим их в Excel. Всё -- смотрим значение Qts. Я сделал две методики расчета, для проверки правильности того, что я насчитал :) в итоге показания сошлись, а небольшая разница объясняется погрешностью вычислений. Vas можно не считать, а  взять из справочных данных, он похож на правду, да и этот параметр не сильно влияет на расчет ящика. К тому же, для его расчета вам придется соорудить фанерный ящик, достаточно жесткий и герметичный, а затем повторить измерения. Я ставил себе цель, создать что--то типа конспекта тех материалов, которые я прочитал, дабы отбросить ненужное, а для глубинного изучения вопроса -- в конце материала привожу все линки. Итак мы сняли параметры динамика. Для 75ГДН--1--4 вот что получилось:
 

Наиболее важный параметр это Qts. Как вам отличие? В ДВА РАЗА! Надо сказать, что я скачал примерно с десяток справочников по динамикам, другие параметры в них колебались, а вот этот был на удивление стабилен. Вот и верь после этого людям...

Едем дальше. Теперь надо выбрать тип ящика, куда всё это добро засунуть можно. И тут нам как раз пригодятся точные параметры динамика.

Самых распространенных видов акустического оформления всего три :

 ЗЯ я сразу отмёл -- зачем мне колонка с низким КПД? Динамик и так не самый мощный -- номинал 50Вт, максимальная 75Вт. К тому же внутри колонки нехилое давление создается, что требует особой герметичности. И параметр Fs/Qts не подходит для моего динамика. Правда, ЗЯ это и самый маленький ящик из всех -- что может оказаться иногда важным.
 ФИ я не захотел делать по трем причинам :1) надо супер ровную дырку делать и потом чем--то её закрывать, иначе мой ребенок сразу приговорит динамик 2) надо ставить фильтр для обрезания частот свыше 200Гц, иначе 75ГДН дальше звучит совсем не cool. 3) нормальный спад на низах получался при диких размерах ящика 120--150л(еще один шкаф в квартире), меня бы жена выперла вместе с этим сабвуфером  :) НО! Fs/Qts=74, т.е. динамик наиболее подходит для ФИ, а низы классные дает при этом, только вот РАЗМЕР 8(. Тут надо учесть, что для одиночных бандпассов подходят практически те же динамики, что и для фазоинверторов.
 Бандпасс мне подошел и понравился больше всего. Фильтр делать не надо -- сам корпус фильтрует. Динамик внутри спрятан -- не проткнешь. И расчеты в программах показали наилучшие результаты при уместном размере...

Расчет и проектирование ящика.

Расчеты показали у Бандпасса относительно неплохие размеры и неплохой спад на низах, однако всё равно спад сильно зависел от объема и пришлось идти на компромисс, немного уменьшив ящик до 65л. Расчеты я провел сразу в трех программах, дабы проверить верность того, что я соорудил. Результаты практически сошлись. Я использовал WinISD 0.44, WinISD Pro Aplha и скачать JBL SpeakerShop или скачать BassBox (найдите 10 отличий называется). Понравилась мне больше всего первая прога, вторая была жутко глючной (на то она и Alpha), но в некоторых отношениях полезной, третья -- просто подтвердила мои расчеты (у неё очень неудобный интерфейс -- плохо менять параметры на лету, подбирая значения для размера камер и фазоинверторов, а после каждой загрузки нужно в метрическую систему переключаться). Итак чего получилось -- смотрим графики (взять файлы проектов можно будет далее):

Тут видно в сравнении БП и ФИ. При равных объемах ящика ФИ значительно уступает Бандпассу. А при больших наоборот. Так что если хотите поиметь новый шкаф дома -- то стоит присмотреться к ФИ. Про горб в середине см. ниже. И почти тоже самое в JBL SS:

Тут немного меньше объем у ФИ, но все равно он в 2 раза больше приведенного БП. Для БП тоже объем критичен, можно сделать большим, уменьшив тем самым провал в середине и улучшив спад на низах.

Расчет сводится в подборе литража камер и частот на которые они настроены, ну и проверке АЧХ. Я думаю остальные три графика вас не будут волновать :).

Провал в середине не убирался ну никак -- такой вот динамик :). На увеличение объема я идти не хотел, мне надо было вписаться в комнату, ящик кстати немаленький всё равно. Но я думаю, таким провалом можно пренебречь -- ведь провал в 3Дб очень небольшой (просто график растянут по высоте), а если учесть неравномерность АЧХ самого динамика в 10Дб, то про это просто можно забыть. К тому же, это все равно идеализированная АЧХ, в жизни всё куда сложнее и запутанней :) Провал можно сделать меньше, если сузить частоту, но мне хотелось дотянуть АЧХ до 200Гц, что не совсем удалось, но в 150Гц уж точно попал :). Тут же замечу -- середина всё равно слышна в сабе через толстую дырку, так что активный фильтр не помешает, что я потом и исполнил в усилке.

Расчет фазоинверторов сводится к заданию внутреннего диаметра трубы в метрах и проверке значения "Vent mach" на зеленый цвет, когда становиться красным -- плохо -- слишком большой поток воздуха, т.е это уже не сабвуфер, а музыкальный инструмент типа "труба". Тут же надо смотреть на длину фазоинвертора, чтобы она вообще вместилась в ящик, а желательно ваще до середины . Я долго не мог списаться в размер, ибо увеличивая диаметр, для нормального потока воздуха, длинна фаза сразу становилась немерянной. Длинна зависит от диаметра и частоты, на которую настроен фаз -- поэтому играться можно еще и частотой. При этои будет меняться АЧХ, учтите это.

Сначала, был изготовлен саб с одинаковыми трубами, благо в верхнем, как раз программа показывает меньшее сопротивление воздуха, но после сборки усилка на 100Вт и прослушке выяснилось -- после ~50Вт начинался эффект выхлопа воздуха (хлопки) как раз в верхнем отделении (самое маленькое однако). Пришлось всё разбирать и выпиливать большую дырку под тооолстую трубу 105мм внутри, чем я впритык почти вписался в  высоту камеры -- осталось 2см. Если учесть, что туда надо впереть еще звукопоглотитель -- это очень малый запас. Трубы я пользовал канализационные пластмассовые. Тут замечу, что 70мм трубы есть, но их не так валом как 50мм и 105мм. С увеличением верхнего фаза, сразу стал лучше работать нижний. 50мм очень не рекомендую ставить -- для такой дуры это очень мало. Итог такой -- для саба размеры элементов самое важное :).

Ну что, объемы определены, настало время рассчитать коробку и конструкцию. Поскольку я занЂРё -- меньше СЂРёСЃРє повредить динамик Рё практически отпадает необходимость РІ полосовом фильтре(хотя РЅР° практике выяснилось -- что РІСЃС‘ равно желателен)